EP2027368A1 - Gasturbine sowie verfahren zum betreiben einer gasturbine - Google Patents

Gasturbine sowie verfahren zum betreiben einer gasturbine

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EP2027368A1 EP06753264A EP06753264A EP2027368A1 EP 2027368 A1 EP2027368 A1 EP 2027368A1 EP 06753264 A EP06753264 A EP 06753264A EP 06753264 A EP06753264 A EP 06753264A EP 2027368 A1 EP2027368 A1 EP 2027368A1
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    • F01D25/36—Turning or inching gear using electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D21/08—Restoring position

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine, in particular an aircraft engine, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a gas turbine, in particular an aircraft engine, according to the preamble of claim. 7
  • Gas turbines such as aircraft engines, have several assemblies, such as at least one compressor, a combustion chamber and at least one turbine.
  • the rotor-side components of the or each turbine are exposed to high temperatures.
  • the rotor-side components of the or each turbine cool down at standstill.
  • different temperatures develop on a bottom side and a top side due to convection. Due to these different temperatures at the top and the bottom of the rotor, a curvature thereof, a so-called rotor bow, can form.
  • the curvature of the rotor can be so strong that rotor-side rotor blades come to rest on a housing of the turbine and stator-side vanes on a hub of the rotor. In this case, a restart of the gas turbine is only possible if after a longer cooling time, the rotor bow has receded again. Otherwise it would be damaged if the gas turbine restarts.
  • the present invention is based on the problem to provide a novel gas turbine and a novel method for operating a gas turbine.
  • the or each generator after stopping the gas turbine, can be used as a motor to drive a rotor of the respective turbine after switching off the gas turbine for a certain period of time and thereby cause a uniform cooling of the rotor.
  • the rotor of the respective turbine for a certain period of time after switching off the gas turbine.
  • This allows a uniform cooling of the Rotor of the respective turbine causes or be established. Due to the fact that the rotor of the respective turbine is rotationally driven after stopping the gas turbine for a certain period of time, caused by convection, different temperatures at the bottom and the top of the rotor are avoided, so that the formation of a rotor curvature or a rotor bows is prevented.
  • the invention allows earlier restarting of a gas turbine after it has been shut down.
  • the or each generator drives the rotor of the respective turbine at a speed of the order of magnitude of between 0.1 rpm and 10 rpm, in particular of the order of magnitude between 0.2 rpm and 5 rpm. min, on.
  • an oil circulation is additionally effected or established after stopping, so as to prevent a ⁇ lverkokung after switching off the gas turbine.
  • Gas turbines have several assemblies, namely at least one compressor, a combustion chamber and at least one turbine.
  • gas turbines are known from the prior art, which have two compressors and two turbines. These are then a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine.
  • gas turbines with three compressors and three turbines are known, which are then a low pressure compressor, a medium pressure compressor, a high pressure compressor, a high pressure turbine, a medium pressure turbine and a low pressure turbine.
  • One compressor each is connected to a turbine via a shaft.
  • the high-pressure turbine is connected to the high-pressure compressor and the low-pressure turbine to the low-pressure compressor via one shaft.
  • the medium-pressure turbine is further coupled to the medium-pressure compressor via a shaft.
  • Gas turbines with generators are already known from the prior art, with the generators serving to generate electrical energy.
  • the low-pressure turbine may be associated with a generator which draws power during operation of the gas turbine of the low-pressure turbine and generates electrical energy therefrom. The electrical energy generated by the generator is then used for operating cultivation aggregates of the gas turbine or for operating other electrical devices.
  • the or each generator which serves to generate electrical energy during operation of the gas turbine is used as an engine after switching off the gas turbine and is therefore operated in engine operation.
  • the or each generator then converts, during engine operation, electrical energy into mechanical energy for driving the respective turbine rotor, wherein the respective turbine rotor is driven at a relatively low speed.
  • the respective turbine rotor with a speed in the order of 0.1 U / min to 10 U / min, preferably in the order of 0.2 U / min to 5 U / min, is driven.
  • the generator of the low-pressure turbine is operated in engine operation in accordance with the present invention after switching off the gas turbine to the rotor of the low-pressure turbine or the rotor-side components of the low-pressure turbine for a to drive or rotate certain time duration.
  • a uniform cooling of the rotor-side assemblies of the low-pressure turbine can be effected. Different temperatures on an upper side and a lower side of the rotor-side assemblies of the low-pressure turbine can be avoided.
  • an oil circulation in the lubrication system of the respective turbine is established, so as an oil coking after to prevent the shutdown of the gas turbine.
  • the oil circulation may be effected by the or each generator also driving an oil pump after shutting off the gas turbine to effect the oil circulation.
  • the turbine rotor driven by the generator can effect an oil circulation in which, for example, ribs assigned to the rotor cause a pumping effect in the region of a bearing sump of a rotor bearing and thus cause an oil circulation. In any case, however, prevents an overheating of the oil by an after the shutdown of the gas turbine caused oil circulation and thus reduces ⁇ lverko- kungsgefahr.
  • the or each generator may also be operated in engine mode so as to rotate for servicing the rotor-side assemblies of the respective turbine.
  • the inspection of rotor-side blades, for example in the so-called Boroskopieren be facilitated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, mit mindestens einem Verdichter, einer Brennkammer und mindestens einer Turbine, wobei mindestens einer Turbine mindestens ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist nach dem Abstellen der Gasturbine der oder jeder Generator als Motor verwendbar, um einen Rotor der jeweiligen Turbine nach dem Abstellen der Gasturbine für eine bestimmte Zeitdauer anzutreiben und hierdurch eine gleichmäßige Abkühlung des Rotors zu bewirken.

Description

Gasturbine sowie Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Gasturbinen, wie zum Beispiel Flugtriebwerke, verfügen über mehrere Baugruppen, so zum Beispiel über mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer sowie mindestens eine Turbine. Im Betrieb der Gasturbine sind insbesondere die rotorseitigen Bauteile der oder jeder Turbine hohen Temperaturen ausgesetzt. Im Sinne des Standes der Technik kühlen beim bzw. nach dem Abstellen der Gasturbine die rotorseitigen Bauteile der oder jeder Turbine im Stillstand ab. Beim Abkühlen der rotorseitigen Bauteile einer Turbine im Stillstand bilden sich konvektionsbedingt an einer Unterseite und einer Oberseite unterschiedliche Temperaturen aus. Bedingt durch diese unterschiedlichen Temperaturen an der Oberseite und der Unterseite des Rotors kann sich eine Krümmung desselben, ein sogenannter rotor bow, ausbilden. Die Krümmung des Rotors kann dabei so stark sein, dass rotorsei- tige Laufschaufeln an einem Gehäuse der Turbine sowie statorseitige Leitschaufeln an einer Nabe des Rotors zur Anlage kommen. In diesem Fall ist ein Wiederstarten der Gasturbine erst dann möglich, wenn sich nach einer längeren Abkühlzeit der rotor bow wieder zurückgebildet hat. Ansonsten würde bei einem Wiederstarten der Gasturbine dieselbe beschädigt werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Gasturbine sowie ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Gasturbine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist nach dem Abstellen der Gasturbine der oder jeder Generator als Motor verwendbar, um einen Rotor der jeweiligen Turbine nach dem Abstellen der Gasturbine für eine bestimmte Zeitdauer anzutreiben und hierdurch eine gleichmäßige Abkühlung des Rotors zu bewirken.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der jeweiligen Turbine für eine bestimmte Zeitdauer anzutreiben. Hierdurch kann eine gleichmäßige Abkühlung des Rotors der jeweiligen Turbine bewirkt bzw. etabliert werden. Bedingt dadurch, dass der Rotor der jeweiligen Turbine nach dem Abstellen der Gasturbine für eine bestimmte Zeitdauer drehend angetrieben wird, werden durch Konvektionen bedingte, unterschiedliche Temperaturen an der Unterseite sowie der Oberseite des Rotors vermieden, so dass die Ausbildung einer Rotorkrümmung bzw. eines rotor bows verhindert wird. Durch die Erfindung wird ein früheres Wiederstarten einer Gasturbine nach einem Abstellen derselben ermöglicht.
Vorzugsweise treibt der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der jeweiligen Turbine mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,1 U/min bis 10 U/min, insbesondere in der Größenordnung zwischen 0,2 U/min bis 5 U/min, an.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Abstellen zusätzlich eine Ölzirkulation bewirkt bzw. etabliert, um so eine Ölverkokung nach dem Abstellen der Gasturbine zu verhindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine ist im unabhängigen Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich, ohne hierauf beschränkt zu sein, aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gasturbinen verfügen über mehrere Baugruppen, nämlich über mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer sowie mindestens eine Turbine. So sind aus dem Stand der Technik Gasturbinen bekannt, die über zwei Verdichter und zwei Turbinen verfügen. Hierbei handelt es sich dann um einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, eine Hochdruckturbine sowie eine Niederdruckturbine. Des weiteren sind Gasturbinen mit drei Verdichtern sowie drei Turbinen bekannt, wobei es sich hierbei dann um einen Niederdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, eine Hochdruckturbine, eine Mitteldruckturbine sowie eine Niederdruckturbine handelt .
Jeweils ein Verdichter ist mit einer Turbine über eine Welle verbunden. Bei Gasturbinen mit zwei Verdichtern und zwei Turbinen ist die Hochdruckturbine mit dem Hochdruckverdichter und die Niederdruckturbine mit dem Niederdruckverdichter über jeweils eine Welle verbunden. Bei einer Gasturbine mit drei Verdichtern und drei Turbinen ist des weiteren die Mitteldruckturbine mit dem Mitteldruckverdichter über eine Welle gekoppelt. Aus dem Stand der Technik sind bereits Gasturbinen mit Generatoren bekannt, wobei die Generatoren der Erzeugung elektrischer Energie dienen. So kann zum Beispiel der Niederdruckturbine ein Generator zugeordnet sein, der im Betrieb der Gasturbine der Niederdruckturbine Leistung entnimmt und hieraus elektrische Energie erzeugt. Die von dem Generator erzeugte elektrische Energie wird dann zum Betreiben von Anbauaggregaten der Gasturbine bzw. zum Betreiben sonstiger elektrischer Einrichtungen verwendet .
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der oder jeder Turbine für eine bestimmte Zeitdauer drehend anzutreiben, um hierdurch eine gleichmäßige Abkühlung der rotorseitigen Baugruppen des jeweiligen Turbinenrotors zu ermöglichen. Dabei wird im Sinne der Erfindung der oder jeder Generator, der im Betrieb der Gasturbine der Erzeugung elektrischer Energie dient, nach dem Abstellen der Gasturbine als Motor verwendet und demnach im Motorbetrieb betrieben. Der oder jeder Generator wandelt dann im Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie zum Antreiben des jeweiligen Turbinenrotors, wobei der jeweilige Turbinenrotor mit einer relativ geringen Drehzahl angetrieben wird. Es liegt dabei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, das der jeweilige Turbinenrotor mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,1 U/min bis 10 U/min, vorzugsweise in einer Größenordnung von 0,2 U/min bis 5 U/min, angetrieben wird.
Ist zum Beispiel der Niederdruckturbine einer Gasturbine ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zugeordnet, so wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung nach dem Abstellen der Gasturbine der Generator der Niederdruckturbine im Motorbetrieb betrieben, um den Rotor der Niederdruckturbine bzw. die rotorseitigen Bauteile der Niederdruckturbine für eine bestimmte Zeitdauer anzutreiben bzw. zu drehen. Hierdurch kann eine gleichmäßige Abkühlung der rotorseitigen Baugruppen der Niederdruckturbine bewirkt werden. Unterschiedliche Temperaturen an einer Oberseite sowie einer Unterseite der rotorseitigen Baugruppen der Niederdruckturbine können vermieden werden. Ebenso ist es möglich, den Rotor einer Mitteldruckturbine sowie einer Hochdruckturbine nach dem Abstellen der Gasturbine durch einen der jeweiligen Turbine zugeordneten Generator für eine vorbestimmte Zeitdauer anzutreiben.
Es liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass nach dem Abstellen der Gasturbine zusätzlich eine Ölzirkulation im Schmiersystem der jeweiligen Turbine etabliert wird, um so eine Ölverkokung nach dem Abstellen der Gasturbine zu verhindern. Die Ölzirkulation kann zum Beispiel dadurch bewirkt werden, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine auch eine Ölpumpe antreibt, um so die Ölzirkulation zu bewirken. Alternativ kann der durch den Generator angetriebene Turbinenrotor eine Ölzirkulation bewirken, in dem zum Beispiel dem Rotor zugeordnete Rippen im Bereich eines Lagersumpfes einer Rotorlagerung einen Pumpeffekt bewirken und so eine Ölzirkulation hervorrufen. In jedem Fall wird jedoch durch eine nach dem Abstellen der Gasturbine bewirkte Ölzirkulation eine Überhitzung des Öls verhindert und so eine Ölverko- kungsgefahr reduziert.
Bei der Wartung bzw. Inspektion einer Gasturbine kann der oder jeder Generator ebenfalls im Motorbetrieb betrieben werden, um so zur Wartung bzw. Inspektion die rotorseitigen Baugruppen der jeweiligen Turbine zu drehen. Hierdurch kann die Inspektion von rotorseitigen Laufschaufeln, zum Beispiel beim sogenannten Boroskopieren, erleichtert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit mindestens einem Verdichter, einer Brennkammer und mindestens einer Turbine, wobei mindestens einer Turbine mindestens ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Gasturbine der oder jeder Generator als Motor verwendbar ist, um einen Rotor der jeweiligen Turbine nach dem Abstellen der Gasturbine für eine bestimmte Zeitdauer anzutreiben und hierdurch eine gleichmäßige Abkühlung des Rotors zu bewirken.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der jeweiligen Turbine mit einer relativ geringen Drehzahl antreibt.
3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der jeweiligen Turbine mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,1 U/min bis 10 U/min antreibt.
4. Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor der jeweiligen Turbine mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,2 U/min bis 5 U/min antreibt.
5. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine den Rotor antreibt, wobei der sich drehende Rotor eine Ölzirkulation bewirkt und so eine Ölverkokung nach dem Abstellen der Gasturbine verhindert .
6. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Generator nach dem Abstellen der Gasturbine eine Ölpumpe antreibt, um eine Ölzirkulation zu bewirken und so eine Öl- verkokung nach dem Abstellen der Gasturbine zu verhindern.
7. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, mit mindestens einem Verdichter, einer Brennkammer und mindestens einer Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Gasturbine ein Rotor der oder jeder Turbine für eine bestimmte Zeitdauer angetrieben wird, um hierdurch eine gleichmäßige Abkühlung des Rotors zu bewirken.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Gasturbine der Rotor der jeweiligen Turbine mit einer relativ geringen Drehzahl angetrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Gasturbine der Rotor der jeweiligen Turbine mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,1 U/min bis 10 U/min angetrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Gasturbine der Rotor der jeweiligen Turbine mit einer Drehzahl in der Größenordnung zwischen 0,2 U/min bis 5 U/min angetrieben wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen eine Ölzirkulation bewirkt bzw. etabliert wird, um so eine Ölverkokung nach dem Abstellen der Gasturbine zu verhindern.
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