NL8005194A - Regelinrichting voor een gasturbine met cyclisch belastingsbedrijf. - Google Patents

Description

L .jt - , p & c

W 2348-1076 Ned.dB/LvD

Rege1inrichting voor een gasturbine met cyclisch belastingsbedrijf.

De uitvinding heeft betrekking op een regelinrichting voor een gasturbine en in het bijzonder op een verbeterd regelsysteem voor een gasturbine, die als krachtwerktuig wordt gebruikt, waarbij dit regel-5 systeem kan worden aangepast voor toepassing op machines met een of twee assen.

Het regelen van de verschillende parameters van een grote gas-'·turbine is zeer ingewikkeld geworden, maar als resultaat van de toenemende ingewikkeldheid zijn de vermogens-karakteristieken verbeterd, terwijl tegelijk een grotere levensduur is verkregen voor veel van de samenstellende 10 delen. Deze regelinrichtingen omvatten normaal organen voor het beïnvloeden van de toegevoerde brandstofhoeveelheid aan de verbrandingskamer van de gasturbine in overeenstemming met brandstof-regelsignalen, verkregen door het bewaken van de werkparameters van de gasturbine. Voorbeelden van dergelijke regelinrichtingen zijn bekend en bijvoorbeeld beschreven in 15 de Amerikaanse octrooischriften 3.520133, 3,635076 en 3,725928.

Bij een een-assige gasturbine is de methode, welke normaal wordt toegepast voor het besturen van het vermogen van de machine, het regelen van de hoeveelheid brandstof die aan de verbrandingskamer wordt toegevoerd, hetgeen resulteert in veranderingen in de ontsteekteroperatuur.

20 Wanneer de ontsteektemperatuur zeer snel wordt gewijzigd, hetgeen kan gebeuren bij cyclisch optredende belastingen, worden warmtespanningen opgewekt in de onderdelen in de baan van de hete gassen, zoals de turbine-schoepen, daar deze niet gelijkmatig worden verhit door de snelle wijzigingen in de gastemperatuur. Te grote warmtespanningen kunnen voeren tot warmte-schck-25 belasting, hetgeen een toestand is, waarin de opgewekte warmtespanningen groter zijn dan de elastische mechanische sterkte van het materiaal. Warmte-schokbelasting kan op zijn beurt leiden tot breuk van onderdelen, waardoor de installatie moet worden stilgelegd en onderhoudswerkzaamheden uitgevoerd, hetgeen duur is.

30 Warmte-schokbelasting kan natuurlijk worden vermeden door het zo klein mogelijk maken van sterke of cyclische temperatuur-veranderingen, bijvoorbeeld dorr de belasting zeer langzaam te wijzigen. Er zijn echter veel toepassingen waarin het vermogen van de gasturbine niet kan worden geregeld, maar moet beantwoorden aan uitwendige invloeden. Een voorbeeld 35 daarvan is een een-assige gasturbine, die is verbonden met een afzonderlijke generator voor bediening van een lichtboogoven. Een ander voorbeeld is een een-assige gasturbine, verbonden met een afzonderlijke generator voor het drijven van een kolenschop in een mijn. Nog een ander voorbeeld is een twee-assige turbine als voortstuwings-installatie voor een varende i '|j 40 ijsbreker. In dit laatste geval is vol vermogen nodig om het vaartuig door \\ R η n 519 i η - 2 - het ijs te drijven, totdat het niet verder kan gaan. Daarna wordt de schroef gestopt en dus de turbine ontlast en van richting omgekeerd voor het verwijderen van het schip van het ijs om nogmaals het schip in het ijs te drijven. Het is duidelijk dat bij een dergelijke werkwijze, 5 cyclische belastingen ontstaan van de gasturbine, die de genoemde warmte-vermoeïngsverschijnselen kunnen veroorzaken.

De uitvinding betreft het overwinnen van de problemen verbonden met de warmtebelastingen als gevolg van cyclische belasting, zowel bij een een-assige als bij een twee-assige turbine.

10 Bekende gasturbines maken gebruik van verschillende mechanismen voor het besturen van de luchtstroom. Bijvoorbeeld kunnen leischoepen met variabele inlaat worden geplaatst bij de inlaat van de compressor voor het regelen van de luchtstroom bij het starten van de gasturbine, teneinde drukgolven in de compressor te voorkomen. De leischoepen worden gebruikt 15 voor het smoren van de luchtstroom, teneinde ,instabiliteit te voorkomen totdat de gasturbine op volle snelheid is. Inlaat-leischoepen worden ook gebruikt teneinde hoge uitlaattemperaturen te kunnen handhaven bij deel-last van de turbine, met het oog op terugwinning van warmte.

Afblaaskleppen kunnen zijn aangebracht in bekende gasturbines 20 tussen een compressortrap en de gasturbine-uitlaat en worden tegenwoordig gebruikt voor het beperken van de grote snelheid of op hol slaan bij toepassingen waarin de belasting plotseling kan wegvallen.

Een ander type van luchtregeling bij twee-assige gasturbines bestaat uit een turbinestraalbuis met variabele doorlaat, waardoor de 25 verdeling van de energie wordt bestuurd tussen de hogedrukcompressor (en daardoor van de cempressor-snelheid) en de lagedruk-of vermogensturbine, teneinde de warmtebelasting optimaal te maken. De regeling van de turbinestraalbuis met variabele doorlaat beïnvloedt de luchtstroom slechts doordat daarmee de variabele Snelheid van de hogedrukcompressor kan worden 30 geregeld.

Bij bekende gasturbines met verstelbare inlaatschoepen, afblaaskleppen of een straalbuis met variabele doorlaat, voor het regelen van de luchtstroom in en rond de compressor, is het primaire middel van het regelen van het turbine-vermogen het wijzigen van de brandstofstroom, zoals 35 beschreven in de genoemde octrooischriften.

Kort gezegd wordt het nadelige effekt van warmtevermoeïng, optredende bij cyclische belasting van gasturbines, belangrijk verminderd door het wijzigen van het uitgangsvermogen van de gasturbine, terwijl de ontstekingstemperatuur bij benadering constant wordt gehouden. Dit wordt 40 verkregen door het wijzigen van de luchtstroom, terwijl de ontstekings- \ 8005194 \ - 3 - temperatuur constant wordt gehouden. De luchtstroom wordt bestuurd door gebruik te maken van bestaande luchtregelorganen, zoals de instelbare inlaat-leischoepen, afblaaskleppen en straalbuis met variabele doorlaat, zowel bij een een-assige als een twee-assige gasturbine. De gasturbines 5 kunnenhetzij normaal werken, waarbij het vermogen wordt geregeld door het wijzigen van de brandstofstroom, of cyclisch, waarbij het uitgaande vermogen wordt geregeld door het wijzigen van de luchtstroom.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan <3e hand van de tekening, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden van de 10 regelinrichting volgens de uitvinding zijn weergegeven.

Fig. 1 toont een vereenvoudigd schematisch schema van een regelinrichting voor een een-assige gasturbine volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een vereenvoudigd schematisch diagram van een regelinrichting voor een twee-assige gasturbine, volgens de uitvinding.

15 Fig. 1 betreft een een-assige gasturbine 1 met een compressor 2, een verbrandingskamer 3 en een turbine 4, verbonden met een belasting 5.

Lucht, die de inlaat 6 binnengaat, stroomt langs instelbare inlaat-leischoepen 9 naar de compressor 2 en van daar naar de verbrandingskamer 3 voor het ondersteunen van de verbranding van brandstof, die wordt 20 ingebracht door een mondstuk of straalbuis 7. De hete gassen, ontstaan in de verbrandingskamer 3, drijven de turbine 4, waarvan de uitgaande as 13 is verbonden met de belasting 5 en met de compressor 2. De verhitte uitlaatgassen verlaten de turbine-uitlaat 8, langs verdeelde temperatuurmeters zoals 22, die de uitlaat-temperatuur meten. Brandstof wordt toegevoerd 25 aan de straalbuis 7 via een leiding 14 uit een brandstofsysteem 11, dat een pomp omvat met vaste opbrengst en een terugkoppelcircuit 15 voor het wijzigen van de stroom brandstof naar de verbrandingskamer 3 in overeenstemming met een electrisch signaal, dat de gewenste brandstofstroom vertegenwoordigd en binnenkomt via de leiding 16. De leiding 16 is de 30 uitgang van een vermenigvuldiger 135, die als een ingang ontvangt een brandstof-vraagsignaal via de leiding 12 en alS zijn andere ingang een electrisch signaal, via de leiding 125, dat de turbinesnelheid vertegenwoordigt. De snelheidsmeting wordt bijvoorbeeld verkregen met een inductie-generator Of magnetische pickup 17 op de rotoras 13 van de turbine 1, 35 waardoor een electrisch signaal wordt verschaft waarvan de frequentie recht evenredig is met de turbine-snelheid.

Het brandstof-regelsignaal in de leiding 12 is een enkelwaardig electrisch signaal dat wordt toegevoerd aan de vermenigvuldiger 135, door een lage-waarde-poort, bestaande uit een aantal diodes 31, 34 en 37. De 40 diodes 34 > 34 en 37 zijn gepoold als weergegeven ten opzichte van een 0 Λ η K Λ n è V-\ - 4 - gemeenschappelijke bus 12, waarvan het brandstofregelsignaal wordt verkregen. Zoals wordt verklaard in het Amerikaanse octrooischrift 3,S20.133 bewaakt deze inrichting een reeks afzonderlijke brandstof-regelsignalen, die worden afgegeven door afzonderlijke regelingen met gesloten kringloop die 5 reageren op respectievelijke werkparameters van de turbine. De laagste van deze brandstofregelsignalen wordt doorgelaten door de leiding 12 en bepaalt daarna de brandstofstroom naar de verbrandingskamer 3 van de gasturbine.

Een aantal circuitregelorganen 30/ 33 en 36 worden toegepast zoals beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 3,520.133.

10 In het bijzonder omvatten de kringloopregelorganen een temperatuurregeling 30, een snelheid- en belastingsregeling 33 en een startregeling 36, die elk in hun uitgaande lèidingen de dioden 31, 34 en 37 hebben, welke een lage-waarde-poort vertegenwoordigen. Elk regelsignaal van de regelorganen 30, 33 en 36 is bestemd een bepaalde fase van de gasturbine-werking te besturen.

15 Kort gezegd meet elk regelorgaan een werktoestand van de gasturbine en vergelijkt deze met een gewenste referentie. Bijvoorbeeld verschaft de startregeling 36 met open kringloop een geprogrammeerd brandstofregelsignaal aan zijn uitgang in overeenstemming met de in het verloop van de tijd plaats vindende gebeurtenissen in de gasturbine, zoals een bepaalde snelheid, 20 het waarnemen van vlammen in de verbrandingskamer en dergelijke verschijnselen, welke gebeurtenissen worden waargenomen door het sluiten van een aantal schakelaars, welke schematisch zijn aangeduid met het cijfer 66.

Het start-regelorgaan 36, tezamen met-niet weergegeven- versnellings-regelorganen zijn niet nodig voor de onderhavige uitvinding, hoewel zij voor de .

25 volledigheid kort worden beschreven.

Het temperatuur-regelorgaan 30 meet de uitlaat-temperatuur onder gebruikmaking van de verschillende temperatuurmeters 22. Een gemiddelde temperatuur wordt verkregen van een inrichting 39, die de temperaturen middelt!, welke gemiddelde temperatuur dan de ingang vormt in de leiding 42 30 naar de versterker 30 voor de temperatuur-regeling. Een fout-signaal wordt afgegeven door de uitgang van de versterker 30 wanneer de werkelijke uitlaattemperatuur verschilt van de temperatuurreferentie, welke bijvoorbeeld wordt verschaft door een potentiometer in de leiding 43.

De versterker 33 voor het besturen van de snelheid en de belasting 35 krijgt een signaal betreffende de werkelijke snelheid van de magnetische pick-up of de inductieve generator 17, gemonteerd op de turbine-as 13.

Het werkelijke snelheidssignaal in de leiding 51 wordt vergeleken met een snelheidsreferentie in de leiding 52 en het foute signaal, indien dit XMff aanwezig is, verschijnt als uitgang van de versterker 33 als brandstofregel-^.40 signaal. De derde ingang 32 naar de versterker 33 vormt een deel van de 1BQ 0 5 1 9 4 - 5 - uitvinding en wordt nader hieronder beschreven.

Elk brandstof-regelsignaal van de versterkers 30, 33 en 36 wordt toegevoerd aan de bijbehorende diode 31, 34, 37. Het brandstof regelsignaal, dat een aanwijzing is van de kleinste brandstofstroom naar 5 de verbrandingskamer 3, verschijnt aan de gemeenschappelijke bus van de leiding 12. Opgemerkt wordt dat, hoewel slechts een brandstof-regelsignaal in de leiding 12 verschijnt op een willekeurig bepaald moment, elk van de andere brandstof-regelsignalen werken als ondersteunende bescherming.

De leischoepen met variabele inlaat voor de gasturbine 1 zijn 10 juist stroomafwaarts geplaatst van de ccmpressor-inlaat 6 en zijn schematisch met 9 aangeduid. De hoekstand van de schoepen 9 en daardoor de hoeveelheid lucht, die de inlaat 6 kan passeren, wordt geregeld door een regelorgaan 145 voor de leischoepen, dat kan bestaan uit een bekende electronische verstelinrichting, die de leischoepen 9 kan aandrijven.

15 De afblaaskleppen zijn schematisch met 44 aangeduid en opgenomen in een omloopleiding 45, waardoor cycluslucht een omloopweg kan volgen ^van de uitlaat van de compressor 2 naar de turbine-uitlaat 8. Tot nu toe waren de afblaaskleppen 44 hetzij geheel open of geheel gesloten en werden zij gebruikt voor het beperken van te hoge snelheden. Volgens de uitvinding 20 achter kan de stand van de afblaaskleppen 44 worden gevarieerd door een regelorgaan 105, dat hieronder nader wordt beschreven.

De uitvinding maakt het mogelijk de turbine 1 te doen werken op twee verschillende manieren, welke verder zullen genoemd de normale manier en de cyclische belastingsmanier. Be overschakeling van de ene op 25 de andere manier vindt plaats door de bedienende man en wordt uitgevoerd met schakelaars 10, 20 en 30', die afzonderlijk zijn weergegeven maar bij voorkeur met elkaar zijn verbonden, zodat zij gelijktijdig kunnen worden geschakeld. De letter N geeft de stand aan van de schakelaars 10, 20 en 30' bij de normale manier van werken van de turbine, terwijl de 30 letter C de stand aangeeft van de schakelaars voor het geval dat cyclische belasting van de turbine wordt verwacht. Hierdoor wordt het door de gasturbine afgegeven vermogen bestuurd door het regelen van de luchtstroom, terwijl de temperatuur constant wordt gehouden. Bij de normale werkmanier wordt het door de turbine afgegeven vermogen bestuurd door het brandstof-regelsignaal 35 en wordt de luchtstroom constant gehouden.

gen de luchtstroom besturende versterker 60 ontvangt als referentie-ingang hetzij een temperatuur-referentie-signaal via de leiding 70, afgegeven door de potentiometer 65, of een snelheids-referentie_ signaal via de leiding 80,

Wj afgegeven door de snelheids-referentie-potentiometer 55. De temperatuur-\ 40 referentie in de leiding 70 wordt toegevoerd bij de normale werkmanier, - 6 - terwijl het snelheidsreferentie-signaal via de leiding 80 wordt toecrevoerd bij de cyclische werking, afhankelijk van de stand van de schakelaar 30'.

De andere ingang van de versterker 60 is een signaal in delleiding 90, dat hetzij de uitlaattemperatuur aangeeft via de leiding 24 wanneer de 5 schakelaar 20 in de normaal-stand staat of een snelheids-signaal via een omkeer-^versterker 130 en de leiding 115, wanneer de schakelaar 20 in de cyclische stand staat.

De uitgang van de versterker 60 vertegenwoordigt! de gewenste stand van de inlaat-leischoepen 90 en de afblaaskleppen 44 en wordt toegevoerd 10 aan het regelorgaan 145 voor de leischoepen en het regelorgaan 105 voor de afblaaskleppen voor de versterkers 50 resp. 100.

De versterker 50 werkt zodanig dat de werkelijke inlaat-leischoepen-stand onafhankelijk wordt beperkt tussen een minimum en een maximum werkstand, zoals bijvoorbeeld 48° en 88°, terwijl de versterker 15 100 werkt afhankelijk van een signaal, dat wordt verkregen via de ingang 110, voor het in gesloten stand vastzetten van de afblaaskleppen. Een negatief signaal in de leiding 120 wijzigt de stand van de afblaaskleppen tussen hun geheel gesloten en geheel geopende standen.

Bij de normale wijze van werking, wanneer de schakelaars 10, 20 20 en 30' in hun N stand staan, is duidelijk dat de schakelaar 10 geen effekt heeft op de versterker 33, die de snelheid bestuurt, zodat de snelheid van de gasturbine in overeenstemming wordt gebracht met de snelheidsreferentie 52 door normale regulateurwerking. Nadat het starten is voltooid, wordt bij deel-last de uitgang van de regelaar 33 inoesteld voor het gelijk maken van de 25 snelheid, welke wordt waargenomen in de leiding 51, aan de snelheidsreferentie in de leiding 52, hetgeen wordt verkregen door het besturen van de brandstoftoevoer aan de turbine. Bij deel-last werken de startversterker 36 en de versterker 30 voor de temperatuur-regeling in verzadiging daar de snelheidsversterker 33 het laagste brandstofregelsignaal in de leiding 12 30 verschaft. Naamate de snelheidsreferentie 52 wordt verhoocrd voor het verder beladen van de gasturbine, wordt een punt bereikt waarin het signaal van de uitlaattemperatuur in de leiding 42 aelijk is aan de temperatuur-referentie in de leiding 43, waarna de versterker 30 voor de temperatuurregelinc de brandstofstroom naar de turbine gaat besturen.

35 De schakelaar 20 in de N stand voert het signaal, dat evenredig is met de uitlaat-temperatuur in de leiding 42, als incangs-signaal 90 y . toe aan de versterker 60 voor de luchtregeling. De andere ingana naar de 'v - versterker 60 komt van de leiding 70 tenaevolae van de stand van de \ ; schakelaar 30'. De leiding 70 voert een spanning toe aan de versterker 60 40 die recht evenredia is met de aewenste temperatuur, welke is incesteld • 8005194 - 7 - op de potentiometer 65. De temperatuur, die is inaesteld met de ' temperatuurreferentie 65, is iets kleiner, bijvoorbeeld 10°, dan de temperatuur inoesteld op de temperatuurreferentie 43. Bij de normale werking verschaft de schakelaar 301, behalve een busspanning aan de 5 potentiometer 65 voor de temperatuurreferentie, een spanning in de leiding 110 naar de versterker 100, waardoor verzekerd wordt dat de afblaaskleppen 44 gesloten blijven.

Bij de normale werking heeft de uitlaattemperatuur de neiaing op te lopen door de toenemende brandstofstroom wanneer de machine 10 geleidelijk zwaarder wordt belast door middel van de snelheidsreferentie 52. Bij deellast worden, zolang het uitlaattemperatuursianaal in de leiding 90 lager is dan het referentie-temperatuursignaal in de leiding 70, de inlaat-leischoepen 9 in hun geheel gesloten stand van bijvoorbeeld 48° gehouden door de versterker 50. Wanneer het uitlaat-temperatuursignaal in de leiding 90 15 gelijk wordt aan het inlaat-leischoepen- temperatuurreferentiesignaal in de leiding 70,verschaft de versterker 60 een signaal aan de versterker 50 waardoor de regelaar 145 de leischoepen 9 opent. De luchtstroom naar de compressor 2 neemt dan toe en daar de brandstofstroom op dat moment onafhankelijk wordt bestuurd, neemt de waargenomen uitlaattemperatuur in de 20 leiding 90 af, evenredig met de toename van de luchtstroming, waardoor op zijn beurt het signaal in da leidina 90 wordt verlaagd tot het niveau van het signaal in de leiding 70. Wanneer de belastina toeneemt, neemt ook de brandstofstroom weer toe en stijgt de uitlaattemperatuur, waarbij de kchtstroomregelaar 60 da leischoepen verder opent voor het 25 verlagen van de temperatuur. De luchtstroomregelaar 60 dient daarom bij de normale werking van de turbine voor het onder een zodanige hoek plaatsen van de leischoepen 9, dat de temperatuur in hoofdzaak constant blijft in overeenstemming met de in de leiding 70 inaestelde temperatuur-referentie.

Wanneer de schakelaars 10, 20 en 30' worden geschakeld voor de 30 cyclische manier van werking, hetaeen kan gebeuren bij elke belastina^waarde, voert de schakelaar 10 een zaagtandsignaal toe van de potentiometer 85 en de bijbehorende, niet weergegeven, condensator, aan de snelheidsversterker“3'3, dat wordt gesommeerd bij het snelheidsreferentiesignaal in de leidina 52. Behalve dat de versterker 33 een toename veroorzaakt van de brandstofstroom, 35 komt de versterker in de verzadiaingstoestand, zodania, dat de brandstofstroom wordt bestuurd door de versterker 30 voor de temperatuurregeling.

De schakelaar 20 wijzigt in de cyclische werkinaswijze de I terugkoppeling naar de versterkers 60 van een signaal, evenredig met de temperatuur, naar een signaal in de leidina 115, dat evenredig is net 40 de turbinersnelheid. De schakelaar 30' wijziet de referentie^inaang naar 8005194 - 8 - de versterker 60 van een temperatuurreferentie-signaal in de leiding 70 naar een snelheidsreferentie-signaal in de leiding 80.

Wanneer de brandstofstroom wordt vergroot door de schakelaar 10 in de C-stand te plaatsen, wordt de daardoor veroorzaakte snelheids-5 toename waargenomen door de versterker 60 voor de luchtstroomregeling in de leiding 90. De versterker 60 vergelijkt nu het snelheidssignaal in de leiding 90 met het4 snelheidsreferentiesignaal in de leiding 80.

De toenemende snelheid veroorzaakt een vermindering van de door de leischoepen 9 stromende lucht, waardoor vermogen en snelheid worden verlaagd. Hierdoor 10 ontstaat een toenemende uitlaattemperatuur, daar er bij de zelfde brandstofstroom nu minder luchtstroning is. Na een zeer korte tijd wordt het fcrandstof-regelsignaal in de leiding 12 nu bestuurd door de versterker 30 voor de temperatuurregeling.

Wanneer cyclische wijzigingen in de belasting plaats vinden,ver-15 oorzaken deze een wijziging in het snelheids-signaal in de leiding 115.

De versterker 60 voor de luchtstroom-regeling, die nu de hoofdversterker is voor het regelen van het vermogen van de gasturbine, sluit of opent de inlaat-leischoepen via de regelaar 145 als reactie op een toenemende, resp. afnemende snelheid, voor het regelen van het vermogen van de turbine, 20 terwijl de snelheid vrijwel constant wordt gehouden.

Opgemerkt wordt, dat de snelheid in de evenwichtstoestand vrijwel onafhankelijk is van de stand van de inlaat-leischoepen in de evenwichtstoestand. Daar echter de brandstofstroom tegelijk wordt geregeld voor het constant houden van de uitlaattemperatuur, wordt de 25 snelheid indirect bestuurd door de stand van de leischoepen.

Wanneer de stand van de leischoepen wordt gewijzigd, verandert ook de uitlaattemperatuur. De uitlaattemperatuur bestuurt nu de brandstofstroom voor het handhaven van een constante uitlaattemperatuur zoals ingesteld door de teraperatuurreferentie 43. Wanneer de belasting afneemt, 30 neemt de turbinesnelheid toe, waardoor de inlaat-leischoepen worden gesloten totdat zij in hun maximaal gesloten stand staan, van bijvoorbeeld 48°. De uitgang van de versterker 60 wordt zodanig ingesteld, dat“Èijvoorbeeld een uitgangsspanning van 0 Volt overeenkomt met de maximaal gesloten stand van de leischoepen ofwel de 48° stand. Een signaal beneden 35 0 Volt van de versterker 60 geeft een signaal af via de diode 75 naar de leiding 120 van de versterker 100 voor het openen van de afblaaskleppen via de regelaar 105. Hierdoor wordt kringlooplucht om de compressor 2 heengevoerd naar de uitlaat 8, evenredig met het signaal van de versterker 60, waardoor het vermogen van de turbine verder wordt verlaagd.

40 8 0 0 5 1 9 4

V

r ·» - 9 -

Twee-assiqe turbine

Fig. 2 toont het vereenvoudigde schema van een twee-assige gasturbine 1, met een compressor 2, een verbrandingskamer 3, een hogedrukturbine 4 en een lagedrukturbine 5. Het is bekend, dat bij· bepaalde gasturbine-5 toepassingen, bijvoorbeeld voor schepen, het gewenst is, de hogedrukturbine , 4, die de compressor 2 drijft, en de aandrijfturbine 5, te monteren op afzonderlijke assen. De as 6 van de aandrijfturbine is verbonden met een schroef 8.

Een straalbuis of mondstuk 9 voor de tweede trap met variabele 10 doorlaat koppelt aërodynamisch de hogedrukturbine 4 met de aandrijfturbine 5.

De details van deze staalbuis zijn bekend, bijvoorbeeld uit het Amerikaanse octrooischrift 2,625,789.

Lucht, die de compressor-inlaat 51 binnen gaat, passeert de inlaat-leischoepen 52 naar de compressor 2, die de samengeperste lucht 15 voert naar de verbrandingskamer 3 voor verbranding van door een mondstuk 12 ingespoten brandstof. De verhitte uitlaatgassen passeren eerst de hogedrukturbine 4 en de aandrijfturbine 5 en verlaten dan de turbine-uitlaat 13 langs verdeelde temperatuurmeters 14 voor het meten van de uitlaat-temperatuur. Brandstof wordt toegevoerd aan het mondstuk 12 door een leiding 20 14 uit een brandstofsysteem 11, dat wordt bestuurd door een vermenigvuldiger 135, welke een brandstof-regelsignaal ontvangt van de leiding 19 en een hogedrukturbine- snelheidssignaal uit de leiding 21. De uitgang van de vermenigvuldiger 135 geeft een signaal dat een maat is voor de gewenste brandstofstroom. Het brandstofsysteem 11 heeft een terugkoppelleiding 15 25 voor het wijzigen van de hoeveelheid aan de verbrandingskamer toegevoerde brandstof.

De twee-assige turbine van fig. 2 heeft de zelfde besturings-organen 30, 33 en 36 voor de kringloop ali boven beschreven voor de een-assige turbine. Verder kan een extra brandstof-regelsignaal worden 30 verschaft door een versterker 40 voor het regelen van het vermogen, waarvan de uitgangsdiode 18 een deel vormt van een lage-waarde-poort, welke de dioden 31, 34 en 37 omvat. Zoals uitvoerig is beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3,639.076 en 3,729.928 wordt een bepaald minimum vermogenssignaal toegevoerd aan de versterker 40 voor het regelen 35 van het vermogen via de leiding 45. Een terugkoppel-signaal, dat de werkelijke brandstofstroom vertegenwoordigt, welke evenredig is met het vermogen, wordt afgegeven aan de versterker 40 via de leiding 13. De referentie voor de versterker 40 voor het regelen van het vermogen wordt 1 normaal verschaft door een leiding 26, die de signalen roet elkaar 1 40 vergelijkt van een koppelbegrenzingsversterker 80 en een vermogensbesturing 8005194 - 10 - door een derde-machts-functie-generator 210/ die reageert op een vermogens—instelpunt, verkregen door een voortstuwingshefboom 190. De functie van de vermogensversterker 40 en van de koppelbegrenzingsver-sterker 80 is geheel beschreven in de octrooischriften. Behalve de 5 schakelaars 10, 20 en 30 voor de wijze van werking van de turbine, welke ongeveer gelijk zijn als beschreven aan de hand van fig. l,is een vierde schakelaar 25 aangebracht, die de uitgang van de derdemachtsfunctie -generator 210 verbindt met de ingang 26 van de vermogensversterker 40 bij de normale werking, en de uitgang van een versterker 180 verbindt met een 10 ingang 80 van de regelversterker 60 bij de cyclische wijze van werking.

Het snelheidssignaal van de compressorturbine in de leiding 21 wordt ook als ingang 160 toegevoerd aan een versterker 150 voor de besturing van-'de straalbuis, waarvan de uitgang is verbonden met de regelaar 155 voor de straalbuis. De andere ingang voor de versterker 150 15 komt van de leiding 170, die de uitgang is van een begrenzingsversterker 140, welke wordt begrensd, teneinde te verzekeren dat het snelheids -instalpunt voor de hogedrukturbine-snelheidsregelaar 150 blijft tussen bijvoorbeeld 92 en 100% van de snelheid. De versterker 150 omvat een snelheidsregulateur voor de hogedrukturbine, waarvan het terugkoppelsignaal 20 wordt opgenomen in de leiding 160 en waarvan het snelheidsreferentiesignaal wordt opgenomen door de leiding 170. De straalbuisregelaar 155 verschaft een ander middel voor het regelen van de kringloop-luchtstroom door de gasturbine, behalve de regeling van de regelaar 145 voor de inlaat-lei-schoepen en de regelaar 105 voor de afblaaskleppen, welke werken afhankelijk van 25 de uitgang van de versterker 60 voor het regelen van de luchtstroom, ongeveer op de zelfde wijze als bovenbeschreven aan de hand van fig. 1.

Bij de normale werking heeft de schakelaar 10 geen invloed op de besturende versterkers 33 en 40, welke op hun normale wijze werken voor het regelen van de brandstofstroom naar de turbine. De schakelaar 20 30 verschaft een signaal voor de uitlaattemperatuur in de leiding 24 als ingang 90 naar regelversterker 60 voor de luchtstroom, welk signaal wordt vergeleken met het temperatuur-referentiesignaal in de leiding 70, dat aanwezig is wanneer de schakelaar 30 in zijn normale stand staat.

De schakelaar 30 dient ook voor het blokkeren van de versterker 100 voor 35 het gesloten houden van de afblaaskleppen bij de normale werking.

Bij de normale werking verschaft de schakelaar 25 het uitgangs-signaal van de derdemachtsfunctie-generator 210 als de primaire referentie ***’ voor het brandstof-regelsysteem.

I Bij de cyclische werking dient de schakelaar 10 voor het verzadigen 40 van de versterkers 33 en 40 door middel van een spanningssignaal, 8005194 - 11 - verkregen van de potentiometer 27, waardoor het brandstofbesturings-systeent wordt geplaatst onder invloed van de temperatuurversterker 30.

De schakelaar 25 levert een signaal in de leiding 80 van de voortstuwings-hefboom 190 via de versterker 180. De rooster-voorspanning van de 5 versterker 180, verschaft door de potentiometer 200, geeft een minimum snelhaidssignaal, en de uitgang van de versterker 180 verschaft een vaste snelheidsreferentie in de leiding 80 voor de versterker 60 voor het regelen van de luchtstroom, in de cyclische wijze van werking.

De regelinrichtingen 105, 145 en 155 voor de luchtstroom zijn 10 getrapt geschakeld door regelnetwerken 220, 230 en 240, zodanig, dat bij een dalende vermogensvraag de regelaar 150 voor de snelheid van de hogedrukturbine eerst de compressorsnelheid vermindert tot bijvoorbeeld 92%, waarna de inlaat-leischoepen worden gesloten door de regelaar 145 en tenslotte bij het minimum vermogen de afblaaskleppen worden geopend door de regelaar 105. 15 Bij de normale werking zijn de afblaaskleppen gesloten en werken de leischoepen en de straalbuisregelaar 145 en 155 via een uitlaat-teropera-tuurssignaal in de leiding 24, dat wordt vergeleken met de ingestelde temperatuurreferentie in de leiding 70. De versterker 60 geeft een signaal af dat recht evenredig is met de fout tussen de temperatuur-20 referentie in de leiding 70 en de taruggekoppelde temperatuur in de leiding 90. De uitgang van de versterker 190 is een snelheidsreferentie voor de versterker 150 voor het drijven van de compressor, waardoor de luchtstroom wordt gevrijzigd voor het in stand houden van de uitlaattemperatuur-regeling, 25 De netwerken 220, 230 en 240 zorgen er voor dat slechts een van de regelaars 105, 135 en 155 op een willekeurig moment werkzaam zijn.

De grafieken in de vierkanten, waarmee de regelaars in de figuur zijn aangegeven, hebben op hun horizontale as de uitgang van de versterker 60 en op de verticale as de uitgang van het resp. netwerk 220, 230 en 240.

30 Het is duidelijk dat bij de cyclische wijze van werking bij toename van het vermogen en aangenomen dat de versterker 60 een lineaire uitgang heeft, het besturingsnetwerk 220 eerst de afblaaskleppen opent.

Wanneer de uitgang van de versterker 60 een bepaald niveau overschrijdt, blijven de afblaaskleppen gesloten, maar worden de inlaat-leischoepen 35 versteld' van bijvoorbeeld 48 tot 88®. WAnneer de uitgang van de versterker 60 een punt overschrijdt waarbij de inlaat-leischoepen in hun geheel open stand van 88° worden gehouden, krijgt de versterker 140 een ingangssignaal van het netwerk 240 voor het wijzigen van het ; instelpunt voor het regelen van de straalbuis in de leiding 170 van 92% 40 snelheid tot 100% snelheid.

ύ η n K Λ n £ - 12 -

De vermogens_afname van de gasturbine veroorzaakt een afnemend signaal van de versterker 60, waardoor eerst het instelpunt voor de compressor-snelheid wordt verminderd van 100 tot 92%, daarna de inlaat-leischoepen worden gesloten van de stand van 88 naar 48° en daarna de afblaaskleppen 5 van geheel gesloten stand geheel worden geopend.

Het is duidelijk dat vele wijzigingen binnen het kader van de uitvinding in de bovenbeschreven uitvoeringsvoorbeelden kunnen worden toegepast. Hoewel hierboven de snelheid van de uitgaande as als de eerste ingaande referentie-functie voor de turbineregeling is gekozen, 10 is het duidelijk, dat ook kan worden gereageerd op het vermogenssignaal als de primaire referentie-functie.

8005194

Claims (10)

1. Regelinrichting voor een gasturbine met een verbrandingskamer, gekenmerkt door een aantal kringloop-besturingsorganen voor het opwekken van een brandstof-regelsignaal voor het regelen van de brandstofstroom naar de verbrandingskamer als reactie op verschillende werk—parameters 5 van de gasturbine,en door organen voor het opwekken van een luchtregelsignaal voor het besturen van de luchtstroom naar de verbrandingskamer als reactie op verschillende werkparameters van de gasturbine.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de organen voor het opwekken van een brandstofregelsignaal in een eerste 10 wijze van werking reageren op de waargenomen snelheid en de temperatuur van de gasturbine, voor het overeenkomstig wijzigen van de brandstofstroom, terwijl de organen voor het opwekken van een luchtregelsignaal in de eerste wijze van werken van de turbine reageren op de temperatuur van de gasturbine, voor het wijzigen van de luchtstroom zodanig, dat de 15 temperatuur in hoofdzaak constant wordt gehouden.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de organen voor het opwekken van een brandstofregelsignaal in een tweede wijze van werking van de turbine reageren op de temperatuur van de turbine voor het in hoofdzaak constant houden van deze temperatuur, en 20 de organen voor het opwekken van een luchtregelsignaal in de tweede wijze van werking van de turbine reageren op de waargenomen snelheid van de turbine, voor het zodanig wijzigen van de luchtstroom, dat de snelheid in hoofdzaak constant wordt gehouden.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat inlaat-25 leischoepen aanwezig zijn, welke reageren op de organen voor het opwekken van een luchtregel-signaal, waardoor de stroom inlaatlucht naar de verbrandingskamer wordt geregeld binnen een bepaalde bovengrens en ondergrens .

5. Inrichting volgens conclusie 4, gekenmerkt door afblaaskleppen, 30 welke eveneens reageren op de organen voor het opwekken van een lucht- ^ regel—signaal, waardoor kringlooplucht via een omloop-ieiding kan worden afgevoerd wanneer de luchtstroom door de inlaat-leischoepen daalt tot de onder·' ^ grens.

6. Regelinrichting voor een twee-assige gasturbine met een 35 compressoras en -een aandrijfas en met een kamer, waaraan lucht en brandstof voor verbranding worden toegevoerd, gekenmerkt door een aantal brandstofregelorganen met gesloten kringloop, die elk reageren op een andere werkparameter van de turbine en elk zijn ingericht voor het verschaffen van een brandstofregelsignaal; - 14 - Poortorganen, welke reageren op het laagste brandstof-regelsignaal van de brandstof-regelorganen met gesloten kringloop, voor het besturen van de brandstofstroom naar de verbrandingskamer; Luchtregelorganen welke reageren op een bepaalde werkparameter 5 bij de eerste wijze van werking van de turbine en op een andere werk-parameter in de tweede wijze van werking van de turbine, welke luchtregelorganen een luchtregel-besturingssignaal verschaffen; en door organen welke reageren op het luchtregel-besturingssignaal voor het besturen van de luchtstroom naar de verbrandingskamer, waardoor een werkparameter van 10 de turbine in hoofdzaak constant wordt gehouden.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de eerste genoemde bepaalde werkparameter de uitlaat-temperatuur van de turbine is, terwijl de tweede werkparameter de snelheid van de uitgaande as van de aandrijfturbine is.

3. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de organen, welke reageren cp'ohet luchtstroom-besturingssignaal, omvatten: Regelorganen voor afblaaskleppen, welke reageren op een eerste bepaald luchtstroom-besturingssignaal^gebied, voor het openen en sluiten van de afblaaskleppen van de turbine;

20 Besturingsorganen voor de inlaat-leischoepen, welke reageren op een tweede bepaald luchtstroom-besturingssignaalgebied, voor het openen en sluiten van de leischoepen van de turbine; en straalbuis-bedieningsorganen, welke reageren op een derde bepaald luchtstroom-besturingssignaal^gebied, voor het wijzigen van de 25 snelheid van de compressoras.

9. Regelinrichting voor een gasturbine met organen voor het besturen van de brandstofstroom naar een verbrandingskamer van de turbine, in overeenstemming met een laagste-waarde-poortsignaal van een brandstof-regelaar, verschaft door een aantal kringloopbesturings^organen, die elk 30 reageren op een verschillende werkparameter van de gasturbine en elk een brandstofregelsignaal kunnen afgeven aan een lage-waarde-poort, gekenmerkt door organen voor het besturen van de luchtstroom naar de verbrandingskamer • in overeenstemming met een luchtstroom-besturingssignaal, dat bij een eerste wijze van werking van de turbine wordt afgegeven als reactie op 35 waargenomen temperaturen, voor het in hoofdzaak constant houden van de temperatuur van de gasturbine, en dat bij een tweede wijze van werking van de - turbine wordt afgegeven als reactie op de waargenomen snelheid van de ; turbine, zodanig, dat de snelheid van de turbine in hoofdzaak constant J' wordt gehouden. * 40 10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de 8005194 - 15 - organen voor het regelen van de brandstofstroom naar de verbrandingskamer in de tweede wijze van werking van de turbine reageren op gemeten temperaturen, voor het in hoofdzaak constant houden van de temperatuur, terwijl de luchtstroom wordt gewijzigd afhankelijk van het luchtstroom-besturingssignaal. 5 C 1 8005194