EP2644838A1 - Abgasgehäuse einer Gasturbine - Google Patents

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Publication number
EP2644838A1
EP2644838A1 EP12161397.0A EP12161397A EP2644838A1 EP 2644838 A1 EP2644838 A1 EP 2644838A1 EP 12161397 A EP12161397 A EP 12161397A EP 2644838 A1 EP2644838 A1 EP 2644838A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strut
gas turbine
exhaust
core
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12161397.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Rauch
Christian Kreutle
Juergen Pacholleck
Ernst Pauli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority to EP12161397.0A priority Critical patent/EP2644838A1/de
Publication of EP2644838A1 publication Critical patent/EP2644838A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas housing for a gas turbine.
  • the invention also relates to a gas turbine plant, in particular for driving a generator for generating electricity in a power plant, which is equipped with such an exhaust housing.
  • the invention further relates to a method for operating such a gas turbine plant.
  • a gas turbine plant which is preferably used in a power plant for driving a generator for generating electricity, ie a stationary gas turbine plant, usually comprises a compressor for compressing a working gas, downstream of a combustion chamber for heating the working gas and downstream of a gas turbine for relaxing the working gas.
  • the gas turbine has an exhaust gas outlet through which the expanded working gas, which is combustion exhaust gas of the combustion chamber, exits the gas turbine. From the exhaust gas outlet, the exhaust gas is supplied via a corresponding exhaust pipe, for example, an exhaust system or - in a combined cycle power plant - a steam generator for generating steam for operating a steam turbine.
  • an exhaust gas housing of the aforementioned type is used, which is arranged for this purpose on the exhaust gas outlet or on the input side to the exhaust pipe.
  • Such an exhaust housing in this case comprises a jacket, which has a gas path for guiding an exhaust gas flow of the gas turbine in the circumferential direction encloses.
  • a housing core is arranged, which is supported with a plurality of distributed in the circumferential direction arranged struts on the jacket.
  • These struts can be designed as profile struts, which have a flow profile, which is employed with respect to the exhaust gas flow.
  • the suitably radially arranged profile struts each have the same angle of attack with respect to the exhaust gas flow, which counteracts the twist and thus reduces the flow resistance in the subsequent exhaust pipe.
  • the angle of attack of the profile struts is designed with respect to the base load of the gas turbine in order to achieve an optimal effect in terms of reducing the flow resistance in the exhaust pipe during the base load operation.
  • the base load of the gas turbine corresponds to its nominal operating condition, for which it is energetically optimized.
  • gas turbine plants can not be operated continuously in the base load mode, but that comparatively often other operating conditions occur, such as peak loads, which require up to about 10% more power than in base load operation, or partial load operating conditions, the maximum 50% of Demand base load.
  • peak loads which require up to about 10% more power than in base load operation, or partial load operating conditions, the maximum 50% of Demand base load.
  • load states any intermediate states as well as further, not mentioned here load states are conceivable. Since the exhaust housing is designed with respect to the angle of attack of the profile struts only on the base load of the gas turbine, the flow resistance in all deviating from the base load operating conditions are increased, which significantly reduces the energy efficiency of the gas turbine or the entire gas turbine plant in these other operating conditions.
  • the invention deals with the task according to the problem, for an exhaust gas housing of the aforementioned type or for an equipped gas turbine plant or for an associated operating method to provide an improved embodiment, which is characterized in particular by the fact that even in operating conditions of the gas turbine plant, which differ from the base load, increased energy efficiencies can be achieved.
  • the invention is based on the general idea, at least one of the struts, by means of which the housing core is held in the jacket of the exhaust housing, with respect to their angle of attack relative to the exhaust gas flow to design adjustable.
  • the respective strut is in this case along its entire length or only in a longitudinal section, that is not necessarily over its entire length, rotatable about a parallel to the longitudinal direction of the respective strut extending axis of rotation.
  • the housing core of the exhaust housing may be designed as a bearing for supporting a rotor shaft of a turbine rotor of the gas turbine.
  • the exhaust housing is assigned a significant additional function, namely the bearing of the rotor shaft.
  • the exhaust housing integrated in the scope of the gas turbine and thus forms part of a stator the gas turbine.
  • the struts then serve to support the bearing on the mantle.
  • At least one such strut which is at least partially adjustable in rotation, can now have a strut core which connects the bearing or the aforementioned housing core to the strut core and a strut sheath which at least partially envelops the strut core and which is rotatable about the axis of rotation at least in a longitudinal section relative to the strut core is.
  • the respective strut has in this case a stationary strut core which connects the housing core or the bearing fixed to the mantle, and a mobile strut sheath which is rotatable about the axis of rotation with respect to the stationary strut core, in order in this way the Setting angle of rotation adjustable strut relative to the exhaust gas flow can.
  • the exhaust management function is separated from the support function, which greatly simplifies the realization of a fver constituen strut.
  • the strut sheath decouples the strut core from the exhaust gas flow, whereby this is additionally protected and can be dimensioned accordingly compact.
  • the respective rotationally adjustable strut in such a way that, at least in the rotationally adjustable longitudinal section, it can be rotated about the axis of rotation as a whole.
  • the rotationally adjustable section has both the support function and the flow control function.
  • the rotatable strut can be configured, at least in its rotationally adjustable range, as a profile strut having an airfoil.
  • at least the strut sheave rotatable relative to the strut core is equipped with the flow profile.
  • the flow profile is characterized by the fact that its profile length measured in the exhaust gas path in the flow direction of the exhaust gas is greater than its profile measured transversely thereto Profile thickness.
  • all struts that support the housing core or the bearing on the jacket be designed to be adjustable in rotation.
  • the respective rotationally adjustable strut can be rotationally adjustable over its entire length. According to the preferred embodiment described above, therefore, the strut sheath can extend over the entire length of the strut.
  • the struts can be arranged in a star shape in the mantle.
  • the housing core or the bearing may be held coaxially to the jacket via the struts in the jacket, wherein the jacket may in particular have a cylindrical cross-section.
  • At least one actuator for Drehverstellen at least one such HFver ausen strut may be provided.
  • each rotary-adjustable strut can be associated with its own actuator, which then allows an individual rotational adjustability.
  • an actuator for driving at least two rotatable struts or for driving all rotatable struts is provided.
  • a gas turbine plant according to the invention which serves in particular for driving a generator for generating electricity in a power plant, comprises at least one gas turbine for expanding combustion exhaust gas of a combustion chamber and an exhaust gas housing of the type described above, which is arranged on an exhaust gas outlet of the gas turbine.
  • the gas turbine plant may have a control device for actuating or for controlling at least one actuator, which serves for Drehverstellen at least one of the rotationally adjustable struts.
  • the rotational position of the respective rotationally adjustable strut can be varied automatically depending on the operating state of the gas turbine or the gas turbine plant. It is clear that the control device for this purpose has knowledge of the current operating state of the gas turbine plant. In principle, a map-specific association between operating states of the gas turbine plant and suitable pitch angles of the adjustable struts is conceivable for this purpose.
  • An inventive method for operating a gas turbine plant is characterized in that depending on the current operating state of the gas turbine plant, a suitable rotational position of the respective rotationally adjustable strut is set.
  • the struts are preferably evenly distributed in the circumferential direction. However, it is also possible to provide a quasi-uniform distribution. If several adjustable struts are provided, these are expedient synchronously adjusted. In particular, the adjustable struts for their synchronous adjustment can be mechanically coupled together.
  • the flow profile can be conveniently designed symmetrical.
  • a symmetrical flow profile is characterized by a mirror-symmetrical contour of the two outer sides of the respective airfoil with respect to a mirror axis, wherein the two outer sides of the airfoil begin at a common approach point and end at a common outflow point and wherein the approach point and the outflow point are both on the straight axis of symmetry.
  • FIG. 1 includes a gas turbine plant 1, which can be preferably used in a power plant for driving a generator for generating electricity, a compressor 2, according to an arrow 3, a working gas is fed and which serves to compress the working gas.
  • the compressor 2 is followed by a combustion chamber 4, which is supplied according to an arrow 5 with compressed working gas and in which a fuel is reacted.
  • the compressed and heated working gas which is now combustion exhaust gas of the combustion chamber 4 is fed to a gas turbine 7, in which the exhaust gas can be expanded.
  • an exhaust housing 9 is arranged, which is flowed through by the exhaust gas of the gas turbine 7, before the exhaust gas passes according to an arrow 10 in an exhaust pipe not shown here.
  • the gas turbine plant 1 expediently comprises a rotor 11 which forms a compressor rotor in the region of the compressor 2 and a turbine rotor in the region of the gas turbine 7, which may also be designated 11 below.
  • the exhaust housing 9 comprises a jacket 12 having an in Fig. 2 surrounded by arrows indicated gas path 13 in the circumferential direction, the in Fig. 2 indicated by a double arrow and denoted by 14.
  • the gas path 13 serves to guide the exhaust gas flow of the gas turbine 7, which emerges from the gas turbine 7 at the exhaust gas outlet 8.
  • the exhaust housing 9 comprises a housing core 15, which is arranged in the gas path 13.
  • this housing core 15 is designed as a bearing 16, by means of which the turbine rotor 11 can be mounted on the exhaust housing 9.
  • the housing core 15 or the bearing 16 is supported on the casing 12 with a plurality of struts 17.
  • the struts 17 are arranged distributed in the circumferential direction 14, preferably uniformly, however, a quasi-uniform distribution is also possible, which can be used to special flow conditions. Further, the central positioning of the bearing 16 shown here is concentric in the cylindrical shell 12 is preferred, resulting in the struts 17, the star-shaped arrangement shown here. In the example of Fig. 2 are shown without limitation of generality, only four struts 17. It is clear that in principle less or more than four struts 17 can be used to support the housing core 15 and the bearing 16 on the casing 12. At least one of the struts 17 is designed to be rotationally adjustable in at least one longitudinal section about an axis of rotation 18. In the example of Fig.
  • struts 17 each along its entire length about such a rotation axis 18 relative to the housing core 15 and the bearing 16 and with respect to the jacket 12 rotatably adjustable.
  • the respective axis of rotation 18 extends parallel to the longitudinal direction of the respective strut 17.
  • the struts 17 extend radially with respect to a longitudinal central axis 19 of the shell 12. Alternatively, it can also be provided that only a substantial longitudinal section of the respective strut 17 is designed to be adjustable in rotation.
  • the respective strut 17 can be rotationally adjustable relative to the casing 12 or relative to the casing core 15 or bearing 16.
  • Fig. 3 shows a modified embodiment in which the respective rotatable strut 17 has a strut core 20 and the strut core 20 enveloping strut sheath 21.
  • the strut core 20 is used for firmly connecting the housing core 15 and the bearing 16 with the casing 12.
  • the respective strut core 20 is thus stationary and not rotationally adjustable.
  • the respective strut sheath 21 is at least in a longitudinal section relative to the strut core 20 about the aforementioned rotation axis 18 rotatable. In this way, the respective strut core 20 keeps the housing core 15 stably positioned in the casing 12, while the strut casing 21 fulfills a flow guiding function.
  • the respective strut 17 now according to Fig. 3 has a strut core 20 and a strut casing 21 or is relatively adjustable in rotation relative to the casing 12, the respective strut is according to Fig. 3 preferably configured as a profile strut, which is characterized by a flow profile 22 at least in its rotationally adjustable range.
  • the airfoil 22 has a profile beginning at an inflow point 23 of the airfoil 22 and ending at an outflow point 24 of the airfoil 22 profile length 25 and a transverse thereto measured profile thickness 26.
  • the profile length 25 is greater than the profile thickness 26 in the airfoil profile Profile length 25 about twice as large as the profile thickness 26. It is clear that others Ratios of profile length to profile thickness are conceivable.
  • Fig. 2 For example, it shows a ratio of at least 4: 1.
  • At least one actuator 29 may be provided, by means of which at least one of the struts 17 can be driven to Drehverstellen.
  • a corresponding drive coupling is in Fig. 2 indicated by a double arrow 30.
  • the actuator 29 may be suitably arranged outside on the jacket 12.
  • each rotationally adjustable strut 17 can be assigned its own such actuator 29.
  • a control device 31 indicated, which is coupled via a corresponding control connection 32 with the respective actuator 29.
  • the control device 31 can now be suitably configured or programmed such that it operates the gas turbine plant 1 according to an operating method in which, depending on the current operating state of the gas turbine plant 1 a suitable rotational position, ie an angle ⁇ for the respective navver miche strut 17 and determined the respective actuator 29 is set.
  • a suitable rotational position ie an angle ⁇ for the respective navver miche strut 17 and determined the respective actuator 29 is set.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasgehäuse (9) einer Gasturbine (7), umfassend einen Mantel (12), der einen Gaspfad (13) zum Führen einer Abgasströmung (27) der Gasturbine (7) in der Umfangsrichtung (14) umschliesst, einen im Gaspfad (13) angeordneten Gehäusekern (15), und mehrere Streben (17) zum Abstützen des Gehäusekerns (15) am Mantel (12), die in der Umfangsrichtung (14) verteilt angeordnet sind. Um den Wirkungsgrad der Gasturbine (7) zu verbessern, ist wenigstens eine solche Strebe (17) in wenigstens einem Längsabschnitt um eine sich parallel zur Längsrichtung der jeweiligen Strebe (17) erstreckenden Drehachse (18) drehverstellbar.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasgehäuse für eine Gasturbine. Die Erfindung betrifft ausserdem eine Gasturbinenanlage, insbesondere zum Antreiben eines Generators zur Stromerzeugung in einer Kraftwerksanlage, die mit einem derartigen Abgasgehäuse ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gasturbinenanlage.
    • Stand der Technik
  • Eine Gasturbinenanlage, die vorzugsweise in einem Kraftwerk zum Antreiben eines Generators zur Stromerzeugung verwendet wird, also eine stationäre Gasturbinenanlage, umfasst üblicherweise einen Verdichter zum Komprimieren eines Arbeitsgases, stromab davon eine Brennkammer zum Erhitzen des Arbeitsgases und stromab davon eine Gasturbine zum Entspannen des Arbeitsgases. Die Gasturbine besitzt einen Abgasaustritt, durch den das entspannte Arbeitsgas, bei dem es sich um Verbrennungsabgas der Brennkammer handelt, aus der Gasturbine austritt. Vom Abgasaustritt wird das Abgas über eine entsprechende Abgasleitung beispielsweise einer Abgasanlage oder - bei einem Kombi-Kraftwerk - einem Dampferzeuger zum Erzeugen von Dampf zum Betreiben einer Dampfturbine zugeführt. Am Abgasaustritt der Gasturbine ist das Abgas mit einem vergleichsweise hohen Drall beaufschlagt, der in der Abgasleitung zu einem vergleichsweise hohen Strömungswiderstand führt. Zur Reduzierung dieses Strömungswiderstands kommt ein Abgasgehäuse der vorstehend genannten Art zum Einsatz, das hierzu am Abgasaustritt bzw. eingangsseitig an der Abgasleitung angeordnet ist. Ein derartiges Abgasgehäuse umfasst hierbei einen Mantel, der einen Gaspfad zum Führen einer Abgasströmung der Gasturbine in der Umfangsrichtung umschliesst. Des Weiteren ist innerhalb des Mantels und innerhalb des Gaspfads, vorzugsweise zentrisch, ein Gehäusekern angeordnet, der mit mehreren in der Umfangsrichtung verteilt angeordneten Streben am Mantel abgestützt ist. Diese Streben können dabei als Profilstreben ausgestaltet sein, die ein Strömungsprofil besitzen, das gegenüber der Abgasströmung angestellt ist. Mit anderen Worten, die zweckmässig sternförmig angeordneten Profilstreben besitzen jeweils denselben Anstellwinkel gegenüber der Abgasströmung, der dem Drall entgegenwirkt und so den Strömungswiderstand in der nachfolgenden Abgasleitung reduziert.
  • Zweckmässig wird hierbei der Anstellwinkel der Profilstreben hinsichtlich der Grundlast der Gasturbine ausgelegt, um während des Grundlastbetriebs einen optimalen Effekt hinsichtlich der Reduzierung des Strömungswiderstands in der Abgasleitung zu erzielen. Die Grundlast der Gasturbine entspricht dabei ihrem Nennbetriebszustand, für den sie energetisch optimiert ist.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass Gasturbinenanlagen nicht dauernd im Grundlastbetrieb betrieben werden können, sondern dass vergleichsweise häufig auch andere Betriebszustände auftreten, wie zum Beispiel Spitzenlasten, die bis etwa 10% mehr Leistung fordern als im Grundlastbetrieb, oder Teillastbetriebszustände, die maximal 50% der Grundlast fordern. Ferner sind auch beliebige Zwischenzustände sowie weitere, hier nicht angeführte Lastzustände denkbar. Da das Abgasgehäuse hinsichtlich des Anstellwinkels der Profilstreben nur auf die Grundlast der Gasturbine ausgelegt ist, sind die Strömungswiderstände in allen von der Grundlast abweichenden Betriebszuständen erhöht, was den energetischen Wirkungsgrad der Gasturbine bzw. der gesamten Gasturbinenanlage in diesen anderen Betriebszuständen signifikant reduziert.
    • Darstellung der Erfindung
  • Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung beschäftigt sich aufgabengemäss mit dem Problem, für ein Abgasgehäuse der vorstehend genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Gasturbinenanlage bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass auch bei Betriebszuständen der Gasturbinenanlage, die von der Grundlast abweichen, erhöhte energetische Wirkungsgrade erzielbar sind.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäss durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest eine der Streben, mit deren Hilfe der Gehäusekern im Mantel des Abgasgehäuses gehalten ist, hinsichtlich ihres Anstellwinkels gegenüber der Abgasströmung einstellbar auszugestalten. Durch diese Massnahme ist es möglich, den Anstellwinkel der jeweiligen Strebe an unterschiedliche Betriebszustände der Gasturbinenanlage anzupassen. Somit kann grundsätzlich für jeden beliebigen Betriebszustand der Gasturbinenanlage ein dafür optimaler Anstellwinkel eingestellt werden. Somit kann auch für von der Grundlast abweichende Lastzustände der Gasturbinenanlage durch Anpassen des Anstellwinkels der jeweiligen Strebe der Strömungswiderstand in der Abgasleitung reduziert werden, was den energetischen Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage verbessert.
  • Die jeweilige Strebe ist dabei entlang ihrer gesamten Länge oder nur in einem Längsabschnitt, also nicht zwangsläufig über ihre gesamte Länge, um eine sich parallel zur Längsrichtung der jeweiligen Strebe erstreckende Drehachse drehverstellbar.
  • Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Gehäusekern des Abgasgehäuses als Lager zum Lagern einer Rotorwelle eines Turbinenrotors der Gasturbine ausgestaltet sein. Durch diese Massnahme wird dem Abgasgehäuse eine bedeutende Zusatzfunktion zugeordnet, nämlich die Lagerung der Rotorwelle. Auf diese Weise integriert sich das Abgasgehäuse in den Bauumfang der Gasturbine und bildet damit einen Bestandteil eines Statorgehäuses der Gasturbine. Die Streben dienen dann zum Abstützen des Lagers am Mantel.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun zumindest eine solche zumindest abschnittsweise drehverstellbare Strebe einen das Lager bzw. den vorstehend genannten Gehäusekern fest mit dem Mantel verbindenden Strebenkern und eine den Strebenkern zumindest teilweise umhüllende Strebenhülle aufweisen, die zumindest in einem Längsabschnitt relativ zum Strebenkern um die Drehachse drehverstellbar ist. Mit anderen Worten, die jeweilige drehverstellbare Strebe besitzt in diesem Fall einen stationären Strebenkern, der den Gehäusekern bzw. das Lager fest mit dem Mantel verbindet, sowie eine mobile Strebenhülle, die bezüglich des stationären Strebenkerns um die Drehachse drehverstellbar ist, um auf diese Weise den Anstellwinkel der drehverstellbaren Strebe gegenüber der Abgasströmung einstellen zu können. Auf diese Weise wird die Abgasführungsfunktion von der Stützfunktion getrennt, was die Realisierung einer drehverstellbaren Strebe erheblich vereinfacht. Da ausserdem die Strebenhülle, welche die Strömungsführungsfunktion realisiert, den Strebenkern, der die Stützfunktion realisiert, umhüllt, entkoppelt die Strebenhülle den Strebenkern von der Abgasströmung, wodurch dieser zusätzlich geschützt ist und dementsprechend kompakt dimensioniert werden kann.
  • Alternativ ist es ebenso möglich, die jeweilige drehverstellbare Strebe so auszugestalten, dass sie zumindest im drehverstellbaren Längsabschnitt insgesamt um die Drehachse verdrehbar ist. In diesem Fall besitzt der drehverstellbare Abschnitt sowohl die Stützfunktion als auch die Strömungsleitfunktion.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die drehverstellbare Strebe zumindest in ihrem drehverstellbaren Bereich als Profilstrebe ausgestaltet sein, die ein Strömungsprofil aufweist. Bei der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform ist daher zumindest die gegenüber dem Strebenkern verdrehbare Strebenhülle mit dem Strömungsprofil ausgestattet. Das Strömungsprofil charakterisiert sich dadurch, dass seine in der Strömungsrichtung des Abgases im Abgaspfad gemessene Profillänge grösser ist als seine quer dazu gemessene Profildicke. Durch ein Verdrehen der Strebe bzw. des verdrehbaren Längsabschnitts der Strebe bzw. der Strebenhülle kann nun der Anstellwinkel der Profilstrebe gegenüber der Abgasströmung eingestellt werden.
  • Gemäss einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können alle Streben, die den Gehäusekern bzw. das Lager am Mantel abstützen, drehverstellbar ausgestaltet sein.
  • Ferner kann die jeweilige drehverstellbare Strebe über ihre gesamte Länge drehverstellbar sein. Gemäss der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann sich daher die Strebenhülle über die gesamte Länge der Strebe erstrecken.
  • Die Streben können im Mantel sternförmig angeordnet sein. Der Gehäusekern bzw. das Lager kann über die Streben im Mantel koaxial zum Mantel gehalten sein, wobei der Mantel insbesondere einen zylindrischen Querschnitt besitzen kann.
  • Gemäss einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein Stellantrieb zum Drehverstellen wenigstens einer solchen drehverstellbaren Strebe vorgesehen sein. Dabei kann grundsätzlich jeder drehverstellbaren Strebe ein eigener Stellantrieb zugeordnet sein, womit dann eine individuelle Drehverstellbarkeit möglich ist. Ebenso ist eine Ausführungsform denkbar, bei der ein Stellantrieb zum Antreiben von wenigstens zwei drehverstellbaren Streben oder zum Antreiben von allen drehverstellbaren Streben vorgesehen ist.
  • Eine erfindungsgemässe Gasturbinenanlage, die insbesondere zum Antreiben eines Generators zur Stromerzeugung in einer Kraftwerksanlage dient, umfasst zumindest eine Gasturbine zum Entspannen von Verbrennungsabgas einer Brennkammer sowie ein Abgasgehäuse der vorstehend beschriebenen Art, das an einem Abgasaustritt der Gasturbine angeordnet ist. Auf diese Weise kann der abgasseitige Strömungswiderstand für unterschiedliche Lastzustände der Gasturbinenanlage durch Verändern der Anstellwinkel der Streben reduziert werden. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Gasturbinenanlage eine Steuerungseinrichtung zum Betätigen bzw. zum Ansteuern wenigstens eines Stellantriebs aufweisen, der zum Drehverstellen wenigstens einer der drehverstellbaren Streben dient. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Steuerungseinrichtung automatisch die Drehlage der jeweiligen drehverstellbaren Strebe abhängig vom Betriebszustand der Gasturbine bzw. der Gasturbinenanlage variiert werden. Es ist klar, dass die Steuerungseinrichtung hierzu Kenntnis vom aktuellen Betriebszustand der Gasturbinenanlage hat. Grundsätzlich ist dabei eine kennfeldmässige Zuordnung zwischen Betriebszuständen der Gasturbinenanlage und hierfür geeigneten Anstellwinkeln der verstellbaren Streben denkbar.
  • Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage zeichnet sich dadurch aus, dass abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Gasturbinenanlage eine geeignete Drehlage der jeweiligen drehverstellbaren Strebe eingestellt wird.
  • Die Streben sind hierbei vorzugsweise in der Umfangsrichtung gleichmässig verteilt. Allerdings ist es auch möglich, eine quasi-gleichmässige Verteilung vorzusehen. Sofern mehrere verstellbare Streben vorgesehen sind, werden diese zweckmässig synchron verstellt. Insbesondere können die verstellbaren Streben für ihre synchrone Verstellung mechanisch miteinander gekoppelt sein.
  • Das Strömungsprofil kann dabei zweckmässig symmetrisch konzipiert sein. Ein symmetrisches Strömungsprofil charakterisiert sich durch einen spiegelsymmetrischen Konturverlauf der beiden Aussenseiten des jeweiligen Strömungsprofils bezüglich einer Spiegelachse, wobei die beiden Aussenseiten des Strömungsprofils an einem gemeinsamen Anströmpunkt beginnen und an einem gemeinsamen Abströmpunkt enden und wobei der Anströmpunkt und der Abströmpunkt beide auf der geraden Symmetrieachse liegen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • Fig. 1
    eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Gasturbinenanlage,
    Fig. 2
    eine stark vereinfachte isometrische Ansicht eines Abgasgehäuses,
    Fig. 3
    einen stark vereinfachten Querschnitt durch ein Strömungsprofil einer drehverstellbaren Strebe.
    Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Gasturbinenanlage 1, die bevorzugt in einer Kraftwerksanlage zum Antreiben eines Generators zur Stromerzeugung verwendet werden kann, einen Verdichter 2, dem gemäss einem Pfeil 3 ein Arbeitsgas zugeführt wird und der zum Verdichten des Arbeitsgases dient. Dem Verdichter 2 ist eine Brennkammer 4 nachgeordnet, die gemäss einem Pfeil 5 mit komprimiertem Arbeitsgas versorgt wird und in der ein Brennstoff umgesetzt wird. Gemäss einem Pfeil 6 wird das komprimierte und erhitzte Arbeitsgas, bei dem es sich nun um Verbrennungsabgas der Brennkammer 4 handelt, einer Gasturbine 7 zugeführt, in der das Abgas entspannt werden kann. An einem Abgasaustritt 8 der Gasturbine 7 ist ein Abgasgehäuse 9 angeordnet, das vom Abgas der Gasturbine 7 durchströmt wird, bevor das Abgas gemäss einem Pfeil 10 in eine hier nicht weiter dargestellte Abgasleitung gelangt. Die Gasturbinenanlage 1 umfasst zweckmässig einen Rotor 11, der im Bereich des Verdichters 2 einen Verdichterrotor und im Bereich der Gasturbine 7 einen Turbinenrotor bildet, die im Folgenden ebenfalls mit 11 bezeichnet werden können.
  • Entsprechend Fig. 2 umfasst das Abgasgehäuse 9 einen Mantel 12, der einen in Fig. 2 durch Pfeile angedeuteten Gaspfad 13 in der Umfangsrichtung umschliesst, die in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil angedeutet und mit 14 bezeichnet ist. Der Gaspfad 13 dient dabei zum Führen der Abgasströmung der Gasturbine 7, die am Abgasaustritt 8 aus der Gasturbine 7 austritt. Ferner umfasst das Abgasgehäuse 9 einen Gehäusekern 15, der im Gaspfad 13 angeordnet ist. Bevorzugt ist dieser Gehäusekern 15 als Lager 16 ausgestaltet, mit dessen Hilfe der Turbinenrotor 11 am Abgasgehäuse 9 gelagert werden kann. Der Gehäusekern 15 bzw. das Lager 16 ist am Mantel 12 mit mehreren Streben 17 abgestützt. Die Streben 17 sind dabei in der Umfangsrichtung 14, vorzugsweise gleichförmig, verteilt angeordnet, indessen ist eine quasi-gleichförmige Verteilung auch möglich, womit auf spezielle Strömungsverhältnisse eingegangen werden kann. Ferner wird die hier dargestellte zentrale Positionierung des Lagers 16 konzentrisch im zylindrischen Mantel 12 bevorzugt, wodurch sich für die Streben 17 die hier gezeigte sternförmige Anordnung ergibt. Im Beispiel der Fig. 2 sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit nur vier Streben 17 dargestellt. Es ist klar, dass grundsätzlich auch weniger oder mehr als vier Streben 17 verwendet werden können, um den Gehäusekern 15 bzw. das Lager 16 am Mantel 12 abzustützen. Zumindest eine der Streben 17 ist in wenigstens einem Längsabschnitt um eine Drehachse 18 drehverstellbar konzipiert. Im Beispiel der Fig. 2 sind alle Streben 17 jeweils entlang ihrer gesamten Länge um eine solche Drehachse 18 gegenüber dem Gehäusekern 15 bzw. dem Lager 16 und gegenüber dem Mantel 12 drehverstellbar. Die jeweilige Drehachse 18 erstreckt sich dabei parallel zur Längsrichtung der jeweiligen Strebe 17. Die Streben 17 erstrecken sich dabei bezüglich einer Längsmittelachse 19 des Mantels 12 radial. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass nur ein wesentlicher Längsabschnitt der jeweiligen Strebe 17 drehverstellbar ausgestaltet ist.
  • Grundsätzlich kann die jeweilige Strebe 17 insgesamt gegenüber dem Mantel 12 bzw. gegenüber dem Gehäusekern 15 oder Lager 16 drehverstellbar sein.
  • Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform, bei welcher die jeweilige drehverstellbare Strebe 17 einen Strebenkern 20 und eine den Strebenkern 20 umhüllende Strebenhülle 21 aufweist. Der Strebenkern 20 dient zum festen Verbinden des Gehäusekerns 15 bzw. des Lagers 16 mit dem Mantel 12. Der jeweilige Strebenkern 20 ist somit stationär und nicht drehverstellbar. Im Unterschied dazu ist die jeweilige Strebenhülle 21 zumindest in einem Längsabschnitt relativ zum Strebenkern 20 um die zuvor genannte Drehachse 18 drehverstellbar. Auf diese Weise hält der jeweilige Strebenkern 20 den Gehäusekern 15 stabil im Mantel 12 positioniert, während die Strebenhülle 21 eine Strömungsleitfunktion erfüllt.
  • Unabhängig davon, ob die jeweilige drehverstellbare Strebe 17 nun gemäss Fig. 3 einen Strebenkern 20 und eine Strebenhülle 21 aufweist oder insgesamt relativ zum Mantel 12 drehverstellbar ist, ist die jeweilige Strebe gemäss Fig. 3 bevorzugt als Profilstrebe ausgestaltet, die sich zumindest in ihrem drehverstellbaren Bereich durch ein Strömungsprofil 22 auszeichnet. Das Strömungsprofil 22 besitzt eine an einem Anströmpunkt 23 des Strömungsprofils 22 beginnende und an einem Abströmpunkt 24 des Strömungsprofils 22 endende Profillänge 25 sowie eine quer dazu gemessene Profildicke 26. Die Profillänge 25 ist beim Strömungsprofil 22 grösser als die Profildicke 26. Im gezeigten Beispiel ist die Profillänge 25 etwa doppelt so gross wie die Profildicke 26. Es ist klar, dass auch andere Verhältnisse von Profillänge zu Profildicke vorstellbar sind. Fig. 2 zeigt beispielsweise ein Verhältnis von mindestens 4:1.
  • Durch Verdrehen der Strebe 17 kann nun ein Anstellwinkel α gegenüber der in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeuteten Abgasströmung 27 eingestellt werden. Der Anstellwinkel α ist auch in Fig. 2 angedeutet. In Fig. 2 deuten ausserdem Drehpfeile 28 die Drehverstellbarkeit sämtlicher Streben 17 an.
  • Gemäss Fig. 2 kann wenigstens ein Stellantrieb 29 vorgesehen sein, mit dessen Hilfe zumindest eine der Streben 17 zum Drehverstellen angetrieben werden kann. Eine entsprechende Antriebskopplung ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 30 angedeutet. Der Stellantrieb 29 kann dabei zweckmässig aussen am Mantel 12 angeordnet sein. Grundsätzlich kann jeder drehverstellbaren Strebe 17 ein eigener derartiger Stellantrieb 29 zugeordnet sein. Zweckmässig ist jedoch eine mechanische Zwangskopplung der verstellbaren Streben 19, so dass ein einziger Stellantrieb 29 ausreicht, um mehrere oder bevorzugt um sämtliche drehverstellbare Streben 17 synchron antreiben zu können. Zum Betätigen bzw. zum Ansteuern des jeweiligen Stellantriebs 29 ist in Fig. 2 ausserdem eine Steuerungseinrichtung 31 angedeutet, die über eine entsprechende Steuerverbindung 32 mit dem jeweiligen Stellantrieb 29 gekoppelt ist. Die Steuerungseinrichtung 31 kann nun zweckmässig so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie die Gasturbinenanlage 1 gemäss einem Betriebsverfahren betreibt, bei dem abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Gasturbinenanlage 1 eine hierfür geeignete Drehlage, also ein Anstellwinkel α für die jeweilige drehverstellbare Strebe 17 ermittelt und über den jeweiligen Stellantrieb 29 eingestellt wird. Somit lässt sich der Strömungswiderstand der Abgasströmung der Gasturbine 7 in einer Abgasleitung auch bei variierenden Lastzuständen der Gasturbinenanlage 1 optimieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gasturbinenanlage
    2
    Verdichter
    3
    Pfeil
    4
    Brennkammer
    5
    Pfeil
    6
    Pfeil
    7
    Gasturbine
    8
    Abgasaustritt
    9
    Abgasgehäuse
    10
    Pfeil
    11
    Rotor
    12
    Mantel
    13
    Gaspfad
    14
    Umfangsrichtung
    15
    Gehäusekern
    16
    Lager
    17
    Strebe
    18
    Drehachse
    19
    Längsmittelachse von 12
    20
    Strebenkern
    21
    Strebenhülle
    22
    Strömungsprofil
    23
    Anströmpunkt
    24
    Abströmpunkt
    25
    Profillänge
    26
    Profildicke
    27
    Abgasströmung
    28
    Drehpfeil
    29
    Stellantrieb
    30
    Antriebskopplung
    31
    Steuerungseinrichtung
    32
    Steuerverbindung

Claims (10)

  1. Abgasgehäuse einer Gasturbine (7),
    - mit einem Mantel (12), der einen Gaspfad (13) zum Führen einer Abgasströmung (27) der Gasturbine (7) in der Umfangsrichtung (14) umschliesst,
    - mit einem im Gaspfad (13) angeordneten Gehäusekern (15),
    - mit mehreren Streben (17) zum Abstützen des Gehäusekerns (15) am Mantel (12), die in der Umfangsrichtung (14) verteilt angeordnet sind,
    - wobei wenigstens eine solche Strebe (17) in wenigstens einem Längsabschnitt um eine sich parallel zur Längsrichtung der jeweiligen Strebe (17) erstreckenden Drehachse (18) drehverstellbar ist.
  2. Abgasgehäuse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekern (15) als Lager (16) zum Lagern eines Turbinenrotors (11) der Gasturbine (7) ausgestaltet ist.
  3. Abgasgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine solche drehverstellbare Strebe (17) einen den Gehäusekern (15) fest mit dem Mantel (12) verbindenden Strebenkern (20) und eine den Strebenkern (20) zumindest teilweise umhüllende Strebenhülle (21) aufweist, die zumindest in einem Längsabschnitt relativ zum Strebenkern (20) um die Drehachse (18) drehverstellbar ist.
  4. Abgasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehverstellbare Strebe (17) zumindest in ihrem drehverstellbaren Bereich als Profilstrebe ausgestaltet ist, die ein Strömungsprofil (22) aufweist.
  5. Abgasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Strebe (17) über ihre gesamte oder quasigesamte Länge oder Teillänge drehverstellbar ist.
  6. Abgasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Streben (17) gleichförmig oder individuell drehverstellbar ausgestaltet sind.
  7. Abgasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest einen Stellantrieb (29) zum Drehverstellen wenigstens einer solchen drehverstellbaren Strebe (17).
  8. Gasturbinenanlage, insbesondere zum Antreiben eines Generators zur Stromerzeugung in einer Kraftwerksanlage,
    - mit einer Gasturbine (7) zum Entspannen von Verbrennungsabgas einer Brennkammer (4),
    - mit einem Abgasgehäuse (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das an einem Abgasaustritt (8) der Gasturbine (7) angeordnet ist.
  9. Gasturbinenanlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (31) zum Betätigen wenigstens eines Stellantriebs (29) nach Anspruch 7 zum Variieren der Drehlage der jeweiligen drehverstellbaren Strebe (17) abhängig vom Betriebszustand der Gasturbinenanlage (1).
  10. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Gasturbinenanlage (1) eine Drehlage der jeweiligen drehverstellbaren Strebe (17) eingestellt wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1415204A (fr) * 1963-11-29 1965-10-22 Bristol Siddeley Engines Ltd Perfectionnements apportés aux turbines et compresseurs à flux axial
US20040088989A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Siemens Westinghouse Power Corporation Variable exhaust struts shields
EP1505263A1 (de) * 2003-08-08 2005-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Abströmleiteinrichtung im Diffusor einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Strömungsablenkung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1415204A (fr) * 1963-11-29 1965-10-22 Bristol Siddeley Engines Ltd Perfectionnements apportés aux turbines et compresseurs à flux axial
US20040088989A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Siemens Westinghouse Power Corporation Variable exhaust struts shields
EP1505263A1 (de) * 2003-08-08 2005-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Abströmleiteinrichtung im Diffusor einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Strömungsablenkung

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