DE1275835B

DE1275835B - Fuel control device for a gas turbine plant

Info

Publication number: DE1275835B
Application number: DEG38514A
Authority: DE
Inventors: Jacob Burnell Gatzemeyer; Neal Eyferth Starkey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1962-08-29
Filing date: 1963-08-21
Publication date: 1968-08-22

Description

Brennstoffregeleinrichtung für eine Gasturbinenanlage Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichtung für eine Gasturbinenanlage mit einem im wesentlichen aus Luftverdichter, Brennkammer und Verdichterantriebsturbine bestehenden Gaserzeugerteil und mit einer mechanisch davon getrennten, nachgeschalteten Nutzlastturbine, deren Eintrittsleitvorrichtung von einem von der Verdichterdrehzahl beeinflußten ersten Drehzahlregler verstellbar ist, sowie mit einem von der Nutzlastturbinendrehzahl beeinflußten, die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer steuernden zweiten Drehzahlregler.Fuel control device for a gas turbine plant The invention relates to a fuel control device for a gas turbine system with an im consisting essentially of an air compressor, combustion chamber and compressor drive turbine Gas generator part and with a mechanically separated, downstream payload turbine, whose inlet guide device influenced by one of the compressor speed first speed controller is adjustable, as well as with one of the payload turbine speed influenced, the fuel supply to the combustion chamber controlling the second speed controller.

Bekanntlich läßt sich der Betrieb von Gasturbinenanlagen erheblich flexibler gestalten, wenn man den Gaserzeugerteil, also den Luftverdichter und dessen Antriebsturbine vom Nutzlastturbinenteil trennt, so daß die Drehzahl des die Brennkammer mit Luft speisenden Verdichters unabhängig von der für die leistungsabgebende Nutzlastturbinenwelle erwünschten Drehzahl ist. Dadurch kann der Verdichter mit der den besten Wirkungsgrad liefernden Drehzahl betrieben werden, während die Drehzahl der Nutzlastturbine den wechselnden Arbeitsbedingungen der angeschalteten Last angepaßt werden kann. Ferner ist es bekanntlich erwünscht, die wirksame Fläche und den Austrittswinkel der die Nutzlastturbine mit Treibgas beaufschlagenden Eintrittsleitvorrichtung ändern zu können, zu welchem Zweck Einrichtungen verschiedener Art für das Verstellen dieser Zwischenleitvorrichtung bekannt sind.As is known, the operation of gas turbine systems can be considerable Make it more flexible if you have the gas generator part, i.e. the air compressor and its Drive turbine separates from the payload turbine part, so that the speed of rotation of the combustion chamber with air-feeding compressor independent of the one for the power-outputting payload turbine shaft desired speed is. This enables the compressor with the best efficiency delivering speed are operated, while the speed of the payload turbine the can be adapted to changing working conditions of the connected load. Further it is known to be desirable, the effective area and the exit angle of the Payload turbine with propellant gas admitting inlet guide change to can, for what purpose facilities of various types for adjusting this Intermediate guide device are known.

Die maximal zulässige Arbeitstemperatur und folglich der maximal erreichbare Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage sind bekanntlich durch die Festigkeit der verfügbaren Werkstoffe bei den in Frage kommenden hohen Temperaturen begrenzt. Der höchstmögliche Wirkungsgrad über einen weiten Bereich unterschiedlicher Betriebsbedingungen läßt sich dann erzielen, wenn man einen oder mehrere Betriebszustände der Anlage mit Hilfe von auf die Turbinenabgastemperatur ansprechenden Einrichtungen so regelt, daß die Abgastemperatur ohne Rücksicht auf andere, mitunter gegenteilige Anforderungen an die Anlage annähernd konstant gehalten wird.The maximum permissible working temperature and consequently the maximum achievable Efficiencies of a gas turbine system are known by the strength of the available Materials limited at the high temperatures in question. The highest possible Can efficiency over a wide range of different operating conditions can be achieved when you have one or more operating states of the system With the help of devices that respond to the turbine exhaust gas temperature, that the exhaust gas temperature regardless of other, sometimes contrary, requirements to the system is kept approximately constant.

Bei einer bekannten Brennstoffregeleinrichtung der eingangs genannten Art (USA.-Patentschrift 2 625 789) für eine Zweiwellen-Gasturbinenanlage erfolgt die Sollwerteinstellung des Drehzahlreglers für die Verdichterantriebsturbine in Abhängigkeit von der Abgastemperatur durch einen Abgastemperaturregler in der Weise, daß die bei Abweichungen der Verdichterantriebsturbinendrehzahl vom Sollwert auftretende Stellgröße die Düsenöffnung und damit die Drehzahl der Verdichterantriebsturbine im Sinn einer Konstanthaltung der Abgastemperatur nachstellt. Die Solldrehzahl (Belastung) der Nutzlastturbine wird von Hand auf einer Schalttafel eingestellt, wobei die von dem von der Nutzlastturbine beeinflußten Drehzahlregler erzeugte Stehgröße die Brennstoffzufuhr zur Brennkammeranlage regelt. Dabei erfolgt die Turbinendüsenverstellung stets unter dem Einfluß des Drehzahlreglers für die Verdichterantriebsturbine, während die Steuerung der Brennstoffzufuhr stets unter dem Einfluß des Drehzahlreglers für die Nutzlastturbine erfolgt. Es bestehen also zwei getrennte Drehzahlregelkreise, die durch die Abgastemperatur gewissermaßen miteinander verknüpft sind.In a known fuel control device of the type mentioned at the beginning Art (US Pat. No. 2,625,789) for a twin-shaft gas turbine system the setpoint setting of the speed controller for the compressor drive turbine in Dependence on the exhaust gas temperature by an exhaust gas temperature controller in such a way that that occurs when the compressor drive turbine speed deviates from the setpoint The manipulated variable is the nozzle opening and thus the speed of the compressor drive turbine readjusts in the sense of keeping the exhaust gas temperature constant. The target speed (load) the payload turbine is set by hand on a control panel, with that of The standing size generated by the speed controller influenced by the payload turbine, the fuel supply to the combustion chamber system. The turbine nozzle adjustment always takes place below the influence of the speed controller for the compressor drive turbine while the control the fuel supply always under the influence of the speed controller for the payload turbine he follows. So there are two separate speed control loops that are determined by the exhaust gas temperature are linked to one another, so to speak.

Man kann nun bekanntlich die beiden Turbineneinheiten einer derartigen Zweiwellen-Gasturbinenanlage als zwei getrennte Turbinensysteme auffassen, die jedoch in sehr komplexer Weise wechselseitig aufeinander einwirken. Jedes dieser Systeme steht unter dem Einfluß eines eigenen Drehzahlreglers mit jeweils zwei Eingängen, nämlich dem Sollwerteingang und dem durch die Drehzahl der betreffenden Turbine gegebenen Istwerteingang, wobei die Differenz dieser beiden Größen, also die Drehzahlabweichung, die Stellgröße für die Drehzahl der betreffenden Turbine bildet. Dabei bringt es die Komplexität der Anlage mit sich, daß die von den beiden Stellgrößen steuerten Systemgrößen, nämlich die Brennstoffzufuhr beim einen System und die Düseneinstellung beim anderen System, nicht nur das betreffende, sondern indirekt auch das andere System beeinflussen.You can now, as is known, the two turbine units of such a To understand twin-shaft gas turbine systems as two separate turbine systems, which however interact in a very complex way. Any of these systems is under the influence of its own speed controller with two inputs each, namely the setpoint input and that of the speed of the turbine in question given actual value input, where the difference between these two variables, i.e. the speed deviation, forms the manipulated variable for the speed of the turbine in question. It brings it the complexity of the plant entails that of the two manipulated variables steered System variables, namely the fuel supply in one system and the nozzle setting in the other system, not only the one in question, but indirectly also the other Affect the system.

Bei der bekannten Einrichtung sind nun die beiden Regelkreise in dem Sinn voneinander getrennt, daß die jeweiligen Sollwerteinstellungen unabhängig voneinander erfolgen und lediglich eine indirekte Kopplung über und durch die Turbinensysteme selbst besteht, wobei als koppelnder Faktor die Abgastemperatur wirkt. Nachteilig ist dabei, daß bei Laständerungen im Betrieb der Anlage die Abgastemperaturregelung naturgemäß mit erheblicher Verzögerung anspricht und folglich sich der Regelvorgang verzögert auswirkt, so daß man einen schlechteren Wirkungsgrad in Kauf nehmen muß, wenn man nicht Gefahr laufen will, daß unter Umständen die zulässige Höchsttemperatur überschritten wird.In the known device, the two control loops are now in the Meaning separated from each other that the respective setpoint settings are independent of each other take place and only an indirect coupling via and through the turbine systems itself exists, with the exhaust gas temperature acting as a coupling factor. Disadvantageous is that in the event of load changes in the operation of the system, the exhaust gas temperature control naturally responds with a considerable delay and consequently the control process has a delayed effect, so that you have to accept a poorer level of efficiency, if you do not want to run the risk of the maximum permissible temperature is exceeded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einem anderen Weg die beiden Regelkreise so miteinander zu koppeln, daß bei Laständerungen die Solldrehzahl der Verdichterantriebsturbine unmittelbar, d. h. nicht auf dem Umweg über die Abgastemperaturregelung nachgestellt wird.The invention is based on the object in a different way to couple the two control loops with each other in such a way that the setpoint speed is reached when the load changes the compressor drive turbine directly, d. H. not via the exhaust gas temperature control is adjusted.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Brennstoffregeleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zweite Drehzahlregler zugleich den Sollwert am ersten Drehzahlregler proportional zu der die Brennstoffzufuhr beeinflussenden Drehzahlabweichungsgröße verstellt.A fuel control device is used to solve this problem of the type mentioned according to the invention that the second speed controller at the same time the setpoint on the first speed controller proportional to the fuel supply influencing speed deviation variable adjusted.

Dadurch wird erreicht, daß das gesamte Regelsystem unverzögert auf Laständerungen anspricht, indem der Drehzahlregler für die Verdichterantriebsturbine der verzögert wirkenden Beeinflussung durch die Abgastemperatur entzogen ist und statt dessen unmittelbar, d. h. unverzögert, auf Drehzahländerungen der Nutzlastturbine, also auf Laständerungen, anspricht. Auf diese Weise kann man den höchstmöglichen Wirkungsgrad der Anlage ohne Überschreiten der zulässigen Höchsttemperatur erreichen.This ensures that the entire control system starts up without delay Load changes responds by the speed controller for the compressor drive turbine the delayed influence of the exhaust gas temperature is withdrawn and instead, immediately, d. H. instantaneous, to changes in speed of the payload turbine, so it responds to load changes. This way you can get the highest possible Achieve the efficiency of the system without exceeding the maximum permissible temperature.

In Fällen, wo außerdem eine übersteuernde Abgastemperatur-Grenzregelung zwecks noch besserer Ausnutzung des Wirkungsgrades der Anlage vorgesehen ist, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Abgastemperatur-Grenzregler allein die Verstellung des Brennstoffreglers durch den zweiten Drehzahlregler beeinflußt, d. h., der Abgastemperatur-Grenzregler übersteuert die Beeinflussung des Brennstoffreglers durch den Nutzlastturbinen-Drehzahlregler, ohne diesen jedoch daran zu hindern, weiter den Sollwert des Verdichterantriebsturbinen-Drehzahlreglers im gewünschten Sinn zu steuern. Die Steuerung des Verdichterantriebsturbinen-Drehzahlreglers durch den Nutzlastturbinen-Drehzahlregler ist daher völlig unabhängig davon, ob die Nutzlastturbine gerade angefahren wird oder leerläuft oder ob sie mit Vollast arbeitet, d. h. unter dem Einfluß der Abgastemperatur-Grenzregelung steht.In cases where there is also an overriding exhaust gas temperature limit control is provided for the purpose of even better utilization of the efficiency of the system In a further development of the invention it is provided that the exhaust gas temperature limit controller alone the adjustment of the fuel regulator is influenced by the second speed regulator, d. In other words, the exhaust gas temperature limit controller overrides the influence of the fuel controller through the payload turbine speed controller, but without preventing it from further the setpoint of the compressor drive turbine speed controller in the desired Control sense. The control of the compressor drive turbine speed controller by the payload turbine speed controller is therefore completely independent of whether the payload turbine is being started or is idling or whether it is working at full load, d. H. under the influence of the exhaust gas temperature limit control.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung verstellt der zweite Drehzahlregler den Sollwert des ersten Drehzahlreglers unabhängig von Änderungen der Brennstoffzufuhr und wird der Abgastemperatur-Grenzregler in seiner begrenzenden Wirkung durch das Ausgangssignal des zweiten Drehzahlreglers beeinflußt.According to further features of the invention, the second speed controller adjusts the setpoint of the first speed controller regardless of changes in the fuel supply and the exhaust gas temperature limit controller is limited in its limiting effect by the The output signal of the second speed controller is influenced.

Bei einer Mehrbrennstoff-Turbinenanlage, bei der nach Wahl entweder einer oder sämtliche von mehreren unterschiedlichen Brennstoffen der Brennkammer zuführbar sind, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß während der Vornahme eines Brennstoffwechsels der Abgastemperatur-Grenzregler die Abgastemperatur konstant hält und der zweite Drehzahlregler durch entsprechende Beeinflussung des ersten Drehzahlreglers die Verdichterdrehzahl steuert.In the case of a multi-fuel turbine system, either of your choice one or all of several different fuels in the combustion chamber are supplied, is provided in a development of the invention that during the making When the fuel is changed, the exhaust gas temperature limit controller keeps the exhaust gas temperature constant holds and the second speed controller by correspondingly influencing the first Speed controller controls the compressor speed.

Die Erfindung wird nachstehend in Anwendung auf eine Zweiwellen-Gasturbinenanlage erläutert, die mit mehreren verschiedenen Brennstoffen betrieben werden kann, wobei während des Wechsels von einem Brennstoff zu einem anderen die Belastung konstant gehalten wird.The invention will hereinafter be applied to a twin-shaft gas turbine plant explained, which can be operated with several different fuels, with while switching from one fuel to another the load is constant is held.

In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein Schema einer Zweiwellen-Gasturbinenanlage mit erfindungsgemäßer Regeleinrichtung, F i g. 2 ein vereinfachtes Schema der Turbinenanlage und ihrer Regeleinrichtung in Blockform, F i g. 3 ein die Arbeitsweise der Regeleinrichtung bei nichtbegrenzter Abgastemperatur veranschaulichendes Diagramm und F i g. 4 ein die Arbeitsweise bei begrenzter Abgastemperatur veranschaulichendes Diagramm.In the drawings, F i g. 1 is a diagram of a two-shaft gas turbine plant with the control device according to the invention, FIG. 2 a simplified scheme of the turbine system and its control device in block form, FIG. 3 shows the mode of operation of the control device with unlimited exhaust gas temperature, illustrative diagram and FIG. 4 a Diagram illustrating the mode of operation with a limited exhaust gas temperature.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bedient sich eines Drehzahlreglers für den Nutzlastturbinenläufer mit abfallender Drehzahlcharakteristik, wobei die Abweichung von der Solldrehzahl dazu verwendet wird, die zu den Brennkammern der Gasturbine strömende Brennstoffmenge zu steuern und zugleich die Drehzahl-Sollwerteinstellung eines weiteren Drehzahlreglers für die Verdichterantriebsturbine, die gleichfalls eine abfallende Drehzahlcharakteristik hat, zu ändern. Die Brennstoffmenge wird durch eine vorgewählte maximale Turbinenabgastemperatur begrenzt, während die eingestellte Solldrehzahl der Verdichterturbine durch die Abgastemperatur nicht beeinflußt wird, sondern unter dem Einfluß des Reglers für die Nutzlastturbine verbleibt. Schwankungen der Nutzlastturbinenbelastung oder -drehzahl werden beiden Regeleinrichtungen (dem Brennstoffzufuhrregler und dem Drehzahlregler für die Verdichterturbine) mit sehr geringer zeitlicher Verzögerung mitgeteilt. Wenn die Anlage mit Temperaturbegrenzung arbeitet, d. h. die Brennstoffzufuhr durch die Turbinenabgastemperatur begrenzt wird, so ist die Luftzufuhr etwa der Belastung der Nutzlastturbine proportional, und ein Umschalten von einem Brennstoff auf den anderen kann ohne weiteres vorgenommen werden, ohne daß die Drehzahl oder Belastung der kraftabgebenden Welle beeinflußt wird.The device according to the invention makes use of a speed controller for the payload turbine rotor with decreasing speed characteristics, where the Deviation from the target speed is used to the combustion chambers of the Gas turbine to control the amount of fuel flowing and at the same time the speed setpoint adjustment another speed controller for the compressor drive turbine, which also has a falling speed characteristic to change. The amount of fuel will be limited by a preselected maximum turbine exhaust temperature, while the set The target speed of the compressor turbine is not influenced by the exhaust gas temperature, but remains under the influence of the regulator for the payload turbine. Fluctuations the payload turbine load or speed are both control devices (dem Fuel supply controller and the speed controller for the compressor turbine) with very communicated with a slight delay. If the system has temperature limitation works, d. H. the fuel supply is limited by the turbine exhaust gas temperature the air supply is roughly proportional to the load on the payload turbine, and switching from one fuel to the other can easily be carried out without affecting the speed or load on the power output shaft will.

Die in F i g. 1 gezeigte Zweiwellen-Gasturbinenanlage 1 hat einen Luftverdichter 2, der beispielsweise als mehrstufiger Axialverdichter ausgebildet sein kann, eine Brennkammeranlage 3 und ein gemeinsames Turbinengehäuse 4, das einen Hochdruckturbinenläufer 5 und einen Niederdruckturbinenläufer 6 umschließt. Ein verdrehbarer Turbinendüsen-Verstellring 7 dient dazu, den effektiven Schaufelwinkel von eine Zwischenleitvorrichtung bildenden Düsen 8 zu verstellen, um die Druckverhältnisse an der Beschaufelung der Turbinenläufer 5, 6 zu regeln. Durch Drehen des Ringes 7 im Sinn einer Verkleinerung des effektiven Anstellwinkels der Düsen 8, d. h. im Sinn einer Öffnung der verstellbaren Düsen, wird erreicht, daß die Drehzahl des Hochdruckturbinenläufers 5 ansteigt und die Drehzahl des Niederdruckturbinenläufers 6 absinkt.The in F i g. 1 has an air compressor 2, which can be designed, for example, as a multi-stage axial compressor, a combustion chamber system 3 and a common turbine housing 4 that encloses a high-pressure turbine rotor 5 and a low-pressure turbine rotor 6. A rotatable turbine nozzle adjusting ring 7 is used to adjust the effective blade angle of nozzles 8 forming an intermediate guide device in order to regulate the pressure conditions at the blades of the turbine rotors 5, 6. By rotating the ring 7 in the sense of reducing the effective angle of attack of the nozzles 8, ie in the sense of opening the adjustable nozzles, it is achieved that the speed of the high-pressure turbine rotor 5 increases and the speed of the low-pressure turbine rotor 6 decreases.

Die über den Lufteinlauf 9 in den Verdichter 2 einströmende Luft vermischt sich anschließend mit dem durch Düsen 10 in die Brennkammern 3 eingespritzten Brennstoff. Nach Verbrennen des Luft-Brennstoff-Gemisches in den Brennkammern 3 durchströmen die Abgase das Turbinengehäuse 4, von wo sie durch die Abgasleitung 11 ins Freie gelangen.The air flowing into the compressor 2 via the air inlet 9 is mixed then with the injected through nozzles 10 into the combustion chambers 3 Fuel. After the air-fuel mixture has burned in the combustion chambers 3 The exhaust gases flow through the turbine housing 4, from where they pass through the exhaust pipe 11 get outside.

Der Niederdruckturbinenläufer 6 treibt eine Last, im vorliegenden Fall einen elektrischen Generator 12, der über Leitungen 13 ein Stromnetz mit elektrischer Energie beliefert. Der Hochdruckturbinenläufer 5 treibt den Verdichter 2 an, der die Verbrennungsanlage mit Luft beliefert, er stellt also die Verdichterantriebsturbine dar, während der Niederdruckturbinenläufer 6 die Nutzlastturbine darstellt.The low pressure turbine rotor 6 drives a load, in the present case Case an electrical generator 12, which via lines 13 a power grid with electrical Energy supplies. The high-pressure turbine rotor 5 drives the compressor 2, the supplies the incineration plant with air, i.e. it provides the compressor drive turbine while the low-pressure turbine rotor 6 represents the payload turbine.

Die Anlage ist mit zwei Drehzahlreglern, und zwar einem für die Verdichterantriebsturbine und einem für die Nutzlastturbine ausgerüstet. Bei der gezeigten Ausführungsform sind diese beiden Regler im wesentlichen gleich ausgebildet. Sie können entweder als mechanische oder als elektrische Regler ausgebildet sein. Der Drehzahlregler 14 für die Verdichterantriebsturbine hat einen an der Hochdruckwelle angebrachten Tachometergenerator 15, der eine der Drehzahl des Läufers 5 proportionale Spannung erzeugt. Mit Hilfe eines Verstellwiderstands 16 für die Drehzahl-Sollwerteinstellung der Verdichterantriebsturbine wird der Stromfluß durch eine Magnetspule 17 eingestellt, die so gewickelt ist, daß sie auf den Schieber eines hydraulischen Steuerventils 18 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Der vom Tachometergenerator 15 erzeugte Strom durchfließt außerdem einen Rückführ-Verstellwiderstand 19 mit einem beweglichen Arm 20. Ein Teil des den Widerstand 19 durchfließenden Stroms fließt durch einen parallelgeschalteten Verstellwiderstand 21 sowie durch eine Rückführmagnetspule 22, die so gewickelt ist, daß ihre Kraft sich zu der von der Spule 17 entwickelten Kraft addiert. Eine Feder 23 drückt den Schieber des Steuerventils 18 gegen die durch den Stromfluß in den Spulen 17 und 22 erzeugte Kraft nach oben.The system is equipped with two speed controllers, one for the compressor drive turbine and one for the payload turbine. In the embodiment shown, these two controllers are designed essentially the same. They can be designed either as mechanical or as electrical regulators. The speed controller 14 for the compressor drive turbine has a tachometer generator 15 attached to the high pressure shaft, which generates a voltage proportional to the speed of the rotor 5. With the help of an adjustment resistor 16 for the speed setpoint adjustment of the compressor drive turbine, the current flow is adjusted through a solenoid 17 which is wound so that it exerts a downward force on the slide of a hydraulic control valve 18. The current generated by the tachometer generator 15 also flows through a feedback adjustment resistor 19 with a movable arm 20. A portion of the current flowing through the resistor 19 flows through a parallel adjustment resistor 21 and through a feedback solenoid 22 which is wound so that its force increases to the force developed by the coil 17 is added. A spring 23 presses the slide of the control valve 18 against the force generated by the current flow in the coils 17 and 22 upwards.

Die Bestandteile des Drehzahlreglers 24 für die Nutzlastturbine sind von gleicher oder ähnlicher Ausbildung und Wirkungsweise wie die entsprechenden Bestandteile des Drehzahlreglers 14. Und zwar handelt es sich dabei um einen Tachometergenerator 25, einen Verstellwiderstand 26 für die Drehzahl-Sollwerteinstellung der Nutzlastturbine, eine Magnetspule 27, ein Steuerventil 28, einen Rückführwiderstand 29, einen beweglichen Arm 30, einen Verstellwiderstand 31, eine Rückführmagnetspule 32 und eine Feder 33. Der Verstellwiderstand 26 hat einen Handhebel 26 a, der dazu dient, die Drehzahl oder Belastung der Nutzlastturbine in noch zu erklärender Weise einzustellen.The components of the speed controller 24 for the payload turbine are of the same or similar design and mode of operation as the corresponding components of the speed controller 14 . a control valve 28, a feedback resistor 29, a movable arm 30, an adjustment resistor 31, a feedback solenoid 32 and a spring 33. The adjustment resistor 26 has a hand lever 26 a, which is used to adjust the speed or load of the payload turbine in a manner yet to be explained .

Bei den in F i g. 1 schematisch als Gleichstromgeneratoren 15, 25 angedeuteten Einrichtungen normalerweise um kleine Drehstromgeneratoren mit nachgeschalteten Dreiphasen-Vollweggleichrichtern, die den Drehzahlen der entsprechenden Läufer proportionale Spannungen erzeugen.With the in F i g. 1 schematically as direct current generators 15, 25 indicated facilities usually around small three-phase generators with downstream Three-phase full-wave rectifiers that are proportional to the speeds of the corresponding rotors Create tension.

Die von den Magnetspulen 17, 27 erzeugte, der Spannung der Federn 23 bzw. 33 entgegenwirkende Abwärtskraft nimmt mit ansteigendem Stromfluß durch die Spulen 17, 27 zu. Die Steuerventile 18, 28 betätigen die beweglichen Arme 20, 30 über hydraulische Servomechanismen; durch die Bewegung dieser Arme wird der Stromfluß durch die Rückführspulen 22 bzw. 32 beeinflußt, wobei der Wicklungssinn dieser Spulen so ist, daß ihre Amperewindungen sich zu der in den Magnetspulen 17 bzw. 27 erzeugten Amperewindungszahl addieren.The downward force generated by the magnetic coils 17, 27 and counteracting the tension of the springs 23 and 33 increases as the current flow through the coils 17, 27 increases. The control valves 18, 28 operate the movable arms 20, 30 via hydraulic servo mechanisms; the movement of these arms influences the flow of current through the feedback coils 22 and 32, the winding sense of these coils being such that their ampere-turns add to the number of ampere-turns generated in the magnet coils 17 and 27, respectively.

Die in der beschriebenen Weise ausgebildeten Drehzahlregler 14, 24 haben eine abfallende Drehzahlcharakteristik, indem die beweglichen Arme 20, 30 eine Lage einnehmen, die einer gegebenen Abweichung der durch die Tachometergeneratoren 15, 25 wahrgenommenen Istdrehzahl von der mittels der Verstellwiderstände 16, 26 eingestellten Solldrehzahl proportional ist, und zwar infolge der rückkoppelnden Wirkung der Rückführspulen 22, 32, die sich zu der gleichzeitig durch die Magnetspulen 17, 27 vorgenommenen Korrigierwirkung addiert.The speed controllers 14, 24 designed in the manner described have a decreasing speed characteristic by moving the movable arms 20, 30 occupy a position that corresponds to a given deviation of the speedometer generators 15, 25 perceived actual speed of rotation by means of the adjustment resistors 16, 26 set target speed is proportional, as a result of the feedback Effect of the feedback coils 22, 32, which are moved simultaneously by the solenoids 17, 27 correcting effect made added.

Die gezeigte Turbinenanlage ist für den Betrieb mit zwei verschiedenen Brennstoffen eingerichtet, die von Brennstoffpumpen 36, 37 über Leitungen 34, 35 gefördert werden. Die beiden Brennstoffanlagen sind in der Zeichnung als gleichartig ausgebildet gezeigt, obwohl sie in Wirklichkeit in ihren Einzelheiten beträchtlich voneinander abweichen können, etwa wenn der eine Brennstoff ein flüssiger Brennstoff, wie z. B. »Bunker-C-Öl«, und der andere Brennstoff ein Gas, wie z. B. Naturgas, ist. Der Brennstoffzufluß aus der Leitung 34 wird durch ein hydraulisch betätigtes Ventil 38, der Brennstoffzufluß aus der Leitung 35 dagegen durch ein Ventil 39 geregelt. Die zugeführten Brennstoffe beliefern über eine gemeinsame Leitung 40 die Brennstoffdüsen 10. The turbine system shown is set up for operation with two different fuels, which are conveyed by fuel pumps 36, 37 via lines 34, 35. The two fuel systems are shown in the drawing to be of the same design, although in reality they can differ considerably in their details, for example if one fuel is a liquid fuel, such as. B. "Bunker-C-Oil", and the other fuel a gas, such as z. B. natural gas is. The fuel flow from line 34 is regulated by a hydraulically operated valve 38, while the fuel flow from line 35 is regulated by a valve 39. The supplied fuels supply the fuel nozzles 10 via a common line 40.

Lediglich das Ventil 39 mit dem Fluß durch ein Gehäuse 42 soll hier im einzelnen beschrieben werden. Der Ventilteller 41 wird durch eine Feder 43 in Schließrichtung und durch veränderlichen hydraulischen Steuerdruck (»Drucksignal«) in einer abgedichteten Balgenkammer 44 in Öffnungsrichtung gedrückt. Zwei an eine gemeinsame Steuerölleitung 47 angeschlossene Leitungen 45, 46 beschicken die Ventile 39 bzw. 38 mit Drucksignalen. Mit Hilfe von Ventilen 48, 49 kann die Zuleitung des Drucksignals an das eine der Ventile abgesperrt und das Drucksignal statt dessen dem anderen Ventil zugeleitet werden, so daß vom einen Brennstoff auf den anderen umgeschaltet wird. In manchen Fällen können die Ventile 48, 49 automatisch gesteuert sein, so daß die Brennstoffe einzeln oder gemeinsam in gewünschten Mengenanteilen entsprechend einem vorbestimmten Verteilungsschema gefördert werden.Only the valve 39 with the flow through a housing 42 will be described in detail here. The valve disk 41 is pressed by a spring 43 in the closing direction and by variable hydraulic control pressure (“pressure signal”) in a sealed bellows chamber 44 in the opening direction. Two lines 45, 46 connected to a common control oil line 47 feed the valves 39 and 38, respectively, with pressure signals. With the aid of valves 48, 49, the feed line of the pressure signal to one of the valves can be shut off and the pressure signal can instead be fed to the other valve, so that a switch is made from one fuel to the other. In some cases, the valves 48, 49 can be controlled automatically so that the fuels are conveyed individually or together in desired proportions according to a predetermined distribution scheme.

An Stelle einer mit Erhitzung durch Verbrennungswärme arbeitenden Anlage, bei der die dem Treibgas zugeführte Wärme eine Funktion der Brennstoffzufuhr ist, können bei anderen Arten von Gasturbinen, besonders solchen mit geschlossenem Kreislauf, anderweitige Mittel für die Zufuhr von Wärme an das Treibgas, beispielsweise Wärmeaustauscher, vorgesehen sein. Die Steuerung der Wärmezufuhr an das Treibgas ist in diesem Fall der Steuerung der Brennstoffzufuhr bei einer Gasturbine mit offenem Kreislauf von der oben beschriebenen Art analog. Es stellen daher die Ventile 38, 39 allgemein Einrichtungen für die Regelung der Wärmezufuhr an das Treibgas dar.Instead of one that works with heating by the heat of combustion System in which the heat supplied to the propellant gas is a function of the fuel supply can be used in other types of gas turbines, especially those with closed Circuit, other means for supplying heat to the propellant gas, for example Heat exchanger may be provided. The control of the heat supply to the propellant gas is in this case the control of the fuel supply in an open gas turbine Circuit of the type described above is analogous. It is therefore the valves 38, 39 generally represent devices for regulating the heat supply to the propellant gas.

Der Turbinendüsenregler 50 ist ein hydraulischer Servomechanismus, der unter der Primärsteuerung des Drehzahlreglers 14 für die Verdichterantriebsturbine steht. Der Düsenverstellring 7 wird durch eine daran befestigte Stange 51, die durch einen Kolben 52 betätigt wird, gedreht. Der Kolben 52 wird durch eine Feder 53 in einem hydraulischen Zylinder 54 in Düsenöffnungsrichtung gedrückt. Die Beaufschlagung des Zylinders 54 mit Druckmittel wird durch das mit einer Druckflüssigkeitsquelle (nicht gezeigt) verbundene Steuerventil 18 geregelt. An der Stange 51 befindet sich eine Zahnstange 55, durch deren Verschiebung ein Zahnrad 56 und der daran befestigte Arm 20 des Rückführwiderstandes 19 gedreht wird.The turbine nozzle regulator 50 is a hydraulic servo mechanism, that under the primary control of the speed controller 14 for the compressor drive turbine stands. The nozzle adjustment ring 7 is secured by a rod 51, which by a piston 52 is actuated, rotated. The piston 52 is supported by a spring 53 in a hydraulic cylinder 54 is pressed in the nozzle opening direction. The loading of Cylinder 54 with pressure medium is through the with a pressure fluid source (not shown) connected control valve 18 regulated. There is one on the rod 51 Toothed rack 55, by shifting a gear 56 and the attached to it Arm 20 of the feedback resistor 19 is rotated.

Der gemeinsam mit dem Drehzahlregler 14 wirkende Turbinendüsenregler 50 arbeitet in der folgenden Weise: Wenn entweder infolge einer Erniedrigung der vom Tachometergenerator 15 wahrgenommenen Istdrehzahl oder infolge einer Erhöhung der eingestellten Solldrehzahl (Drehung des Verstellwiderstands 16 im Uhrzeigersinn) die Amperewindungszahl in der Magnetspule 17 sich verringert, so drückt die Feder 23 den Schieber des Steuerventils 18 nach oben, so daß Druckflüssigkeit aus dem Zylinder 54 austritt und folglich sich der Kolben 52 nach unten verschiebt und die Düsen 8 weiter öffnet. Durch die Abwärtsbewegung der Kolbenstange 51 wird der Rückführwiderstandsarm 20 im Uhrzeigersinn gedreht und dadurch der Stromfluß durch die Rückführspule 22 erhöht. Zugleich wird durch das Öffnen der Düsen das Druckgefälle am Turbinenläufer 5 vergrößert, wodurch sich die Drehzahl dieses Läufers erhöht und dadurch die vom Generator 15 durch die Magnetspule 17 geschickte Stromstärke ansteigt. Dies hat zur Folge, daß das Steuerventil 18 in seine Neutralstellung zurückkehrt, so daß ein weiteres Öffnen der Düsen 8 verhindert wird. Die durch die Magnetspule 17 erzeugte Kraft addiert sich zu der von der Rückführspule 22 gelieferten Abwärtskraft. Dies bedeutet, daß, obwohl das Steuerventil 18 in seine ursprüngliche Stellung zurückgekehrt ist, die Düsen eine neue Stellung eingenommen haben. Der durch die Rückführspule 22 fließende Strom (der der Stellung des Widerstandsarms 20 proportional ist) entspricht der Abweichung zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl. Unterschiedliche Einstellungen des Verstellwiderstands 16 ergeben daher unterschiedliche Düsenwinkeleinstellungen. Mithin haben der Drehzahlregler 14 und der Düsenregler 50 eine abfallende Charakteristik, d. h., ihre Regelwirkung beruht auf einem Abfall der Istdrehzahl von der Solldrehzahl. Der Betrag der Drehzahlabweichung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Düsenstellung wird mit Hilfe des Verstellwiderstands 21 eingestellt. The turbine nozzle controller 50, which works together with the speed controller 14, works in the following way: If either as a result of a decrease in the actual speed perceived by the tachometer generator 15 or as a result of an increase in the set target speed (rotation of the adjustment resistor 16 clockwise), the number of ampere-turns in the solenoid 17 decreases, so the spring 23 presses the slide of the control valve 18 upwards, so that pressure fluid emerges from the cylinder 54 and consequently the piston 52 moves downwards and the nozzles 8 open further. The downward movement of the piston rod 51 rotates the feedback resistor arm 20 clockwise, thereby increasing the flow of current through the feedback coil 22. At the same time, by opening the nozzles, the pressure gradient on the turbine runner 5 is increased, as a result of which the speed of this runner increases and the current intensity sent by the generator 15 through the magnetic coil 17 increases. This has the consequence that the control valve 18 returns to its neutral position, so that further opening of the nozzles 8 is prevented. The force generated by the magnetic coil 17 is added to the downward force supplied by the feedback coil 22. This means that although the control valve 18 has returned to its original position, the nozzles have assumed a new position. The current flowing through the feedback coil 22 (which is proportional to the position of the resistance arm 20 ) corresponds to the deviation between the setpoint speed and the actual speed. Different settings of the adjustment resistor 16 therefore result in different nozzle angle settings. The speed controller 14 and the nozzle controller 50 consequently have a falling characteristic, ie their control effect is based on a drop in the actual speed from the setpoint speed. The amount of speed deviation between the open and closed nozzle positions is set with the aid of the adjustment resistor 21.

Der Brennstoffregler 57 beliefert die gemeinsame Steuerölleitung 47 mit einem veränderlichen Steueröldrucksignal in Abhängigkeit von entsprechenden Kommandos des Drehzahlreglers 24 für die Nutzlastturbine und/oder des Abgastemperatur-Grenzreglers 58.The fuel regulator 57 supplies the common control oil line 47 with a variable control oil pressure signal depending on the corresponding Commands of the speed controller 24 for the payload turbine and / or the exhaust gas temperature limit controller 58.

Der Brennstoffregler 57 hat einen schwimmend gelagerten Hebel 59, dessen linkes Ende am Schaft eines Steuerkolbens 60 angelenkt ist, der in einem Steuerzylinder 61 gleitet und durch eine Feder 62 nach unten gedrückt wird. Da die Kraft der Feder 62 stets durch den Druck unterhalb des Kolbens 60 aufgewogen wird, ist der Druck im Zylinder 61 ausschließlich eine Funktion der Stellung des Kolbens 60. The fuel regulator 57 has a floating lever 59, the left end of which is hinged to the shaft of a control piston 60, which slides in a control cylinder 61 and is pressed down by a spring 62. Since the force of the spring 62 is always offset by the pressure below the piston 60, the pressure in the cylinder 61 is exclusively a function of the position of the piston 60.

Der Fluß von Drucköl in den und aus dem Zylinder 61 wird durch ein Steuerventil 63 bestimmt, dessen Schieber 64 ebenfalls am Hebel 59 angelenkt ist. Das Steuerventil 63 wird mit Drucköl aus einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) gespeist. Wenn das rechte Ende des Hebels 59 nach unten gedrückt wird, so schwenkt der Hebel zunächst im Uhrzeigersinn um den Anlenkungspunkt am Schaft des Kolbens 60, wodurch der Steuerventilschieber 64 so verschoben wird, daß Drucköl in den Zylinder 61 einfließt. Dadurch wird der Kolben 60 angehoben und das Steuerventil 63 nachgeführt. Der Hebel 59 schwenkt daher gewissermaßen um den Schieber 64 des Steuerventils, wobei der Steueröldruck durch Schwenkung im Uhrzeigersinn erhöht und durch Schwenkung gegen den Uhrzeigersinn erniedrigt wird.The flow of pressurized oil into and out of the cylinder 61 is determined by a control valve 63 , the slide 64 of which is also hinged to the lever 59. The control valve 63 is fed with pressurized oil from a suitable source (not shown). When the right end of the lever 59 is pressed down, the lever first pivots clockwise about the point of articulation on the shaft of the piston 60, whereby the control valve slide 64 is displaced so that pressurized oil flows into the cylinder 61. As a result, the piston 60 is raised and the control valve 63 is adjusted. The lever 59 therefore swivels to a certain extent about the slide 64 of the control valve, the control oil pressure being increased by swiveling in the clockwise direction and decreased by swiveling in the counterclockwise direction.

Das Anheben und Absenken des rechten Endes des Hebels 59 kann mittels einer Nockenscheibe 65 erfolgen, die durch ein Zahnrad 66 bei Aufwärts-oder Abwärtsbewegung einer Zahnstange 67 gedreht wird. Die Zahnstange 67 ist mit einem in einem Zylinder 69 gleitenden Kolben 68 verbunden. Der Fluß von Drucköl in den oder aus dem Zylinder 69 wird durch das mit einer Druckölquelle (nicht gezeigt) verbundene Steuerventil 28 für den Drehzahlregler 24 bestimmt.The right end of the lever 59 can be raised and lowered by means of a cam disk 65 which is rotated by a toothed wheel 66 when a toothed rack 67 moves upwards or downwards. The rack 67 is connected to a piston 68 sliding in a cylinder 69. The flow of pressurized oil into or out of the cylinder 69 is determined by the control valve 28 for the speed governor 24 connected to a pressurized oil source (not shown).

Der Drehzahlregler 24 liefert zusammen mit dem Brennstoffregler 57 ein Steueröldrucksignal in Abhängigkeit von Drehzahländerungen des Nutzlastturbinenläufers 6. Der Drehzahlregler 24 hat wie der Drehzahlregler 14 und der Turbinendüsenregler 50 eine abfallende Charakteristik. Der durch die Rückführspule 32 fließende, der von der Nockenscheibe 65 eingenommenen Stellung proportionale Strom ist zugleich auch der Differenz zwischen der am Verstellwiderstand 26 eingestellten Solldrehzahl der Nutzlastturbine und deren vom Tachometergenerator 25 wahrgenommenen Istdrehzahl proportional. Der einer vollen Umdrehung der Nockenscheibe 65 entsprechende Betrag dieser Drehzahlabweichung zwischen Leerlauf und Vollast kann mit Hilfe des Verstellwiderstands 31 eingestellt werden.The speed controller 24 supplies together with the fuel controller 57 a control oil pressure signal as a function of changes in speed of the payload turbine rotor 6. The speed governor 24 has the same characteristics as the speed governor 14 and the turbine nozzle governor 50 has a sloping characteristic. The one flowing through the feedback coil 32, the The position assumed by the cam disk 65 is proportional to the current at the same time also the difference between the setpoint speed set at the adjustment resistor 26 the payload turbine and its actual speed as perceived by the tachometer generator 25 proportional. The amount corresponding to one full revolution of the cam disk 65 this speed deviation between idle and full load can be adjusted with the help of the adjustment resistor 31 can be set.

Die Nockenscheibe 65 dient dazu, das rechte Ende des Hebels 59 anzuheben oder abzusenken, um den Steueröldruck in der Leitung 47 einzustellen, wobei durch Drehung der Nockenscheibe gegen den Uhrzeigersinn das rechte Ende des Hebels 59 abgesenkt und der Steueröldruck erhöht wird. Es wird daher die Brennstoffzufuhr entsprechend der von der Nockenscheibe 65 eingenommenen Stellung in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung der Nutzlastturbine geregelt, vorausgesetzt, daß der Hebel 59 nicht durch anderweitige übersteuerungsbewegungen beeinflußt wird.The cam 65 serves to raise or lower the right end of the lever 59 to adjust the control oil pressure in the line 47 , rotating the cam counterclockwise lowers the right end of the lever 59 and increases the control oil pressure. The fuel supply is therefore regulated in accordance with the position assumed by the cam disk 65 as a function of the speed deviation of the payload turbine, provided that the lever 59 is not influenced by other oversteering movements.

Es treten gewisse Unterschiede in der Wirkungsweise auf, je nachdem, ob die Turbine unabhängig arbeitet oder eine Last antreibt, die mechanisch oder elektrisch mit anderen turbinengetriebenen Verbrauchern gekoppelt ist. Im ersteren Fall fällt die Drehzahl der Turbine bei Zuschalten der Last ab. Im letzteren Fall ist, da die Drehzahl der Turbine durch die anderen Turbinen konstant gehalten wird, der Drehzahlabfall der Turbine bei einsetzender Belastung ein Maß dafür, welchen Anteil die Turbine im Verhältnis zu den anderen Turbinen an der Gesamtbelastung trägt. Das heißt, die Bewegung des Hebels 26 a in F i g.1 dient dazu, die Solldrehzahl einzustellen, wenn die Turbine unabhängig arbeitet, oder die Sollast einzustellen, wenn die Turbine als Teil eines Verbundsystems arbeitet. Die obenerwähnte Drehzahlabweichung entspricht daher einem bestimmten Belastungszustand der Nutzlastturbine, wenn die Turbine als Teil eines Verbundsystems arbeitet.There are certain differences in the mode of action, depending on whether the turbine is operating independently or driving a load that is mechanical or is electrically coupled to other turbine-driven consumers. In the former In this case, the speed of the turbine drops when the load is switched on. In the latter case is because the speed of the turbine is kept constant by the other turbines, the drop in speed of the turbine at the onset of a load is a measure of which Share of the turbine in relation to the other turbines in the total load wearing. That is, the movement of the lever 26 a in F i g.1 is used to set the target speed set if the turbine is working independently, or set the target load, when the turbine works as part of a network system. The above-mentioned speed deviation therefore corresponds to a certain load condition of the payload turbine when the Turbine works as part of an interconnected system.

Die Drehung des Hebels 59 im Uhrzeigersinn (Erhöhung des Steueröldrucks) wird durch den Abgastemperatur -Grenzregler 58 begrenzt. Dieser hat einen in einem Zylinder 71 geführten Kolben 70 mit einem Anschlag 72 an seinem Schaft, der in angehobener Stellung die Abwärtsbewegung des rechten Endes des Hebels 59 verhindert. Der Fluß von Drucköl in den und aus dem Zylinder 71 aus einer Druckölquelle (nicht gezeigt) wird durch ein Steuerventil 73 bestimmt. Dessen Schieber 74 ist an einem schwimmend gelagerten Hebel 75 angelenkt, der am Schaft des Kolbens 70 angelenkt ist. Die Eingangsbewegung des Hebels 75 wird durch eine daran befestigte Stange 76 in Abhängigkeit vom Druck einer Druckdose 77 bewirkt, die durch eine Leitung 78 mit einem in der Abgasleitung 11 angeordneten Temperaturfühler 79 verbunden ist. Als Temperaturfühler kann man ein geeignetes Gefäß od. dgl. verwenden, das mit Argon, Stickstoff oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt ist, das, wenn es sich infolge von Temperaturerhöhungen ausdehnt, die Stange 76 nach unten drückt. Dadurch wird Druckflüssigkeit durch das Steuerventil 73 in das untere Ende des Zylinders 71 eingelassen und der Anschlag 72 nach oben gedrückt, so daß durch Begrenzung der Drehung des Hebels 59 im Uhrzeigersinn ein Anstieg des Steueröldrucks verhindert und folglich die Brennstoffzufuhr an die Turbine gedrosselt wird.The clockwise rotation of the lever 59 (increase in the control oil pressure) is limited by the exhaust gas temperature limit controller 58. This has a piston 70 guided in a cylinder 71 with a stop 72 on its shaft, which prevents the downward movement of the right end of the lever 59 in the raised position. The flow of pressurized oil into and out of the cylinder 71 from a pressurized oil source (not shown) is determined by a control valve 73 . Its slide 74 is linked to a floating lever 75 which is linked to the shaft of the piston 70. The input movement of the lever 75 is brought about by a rod 76 attached to it as a function of the pressure of a pressure cell 77, which is connected by a line 78 to a temperature sensor 79 arranged in the exhaust line 11. A suitable vessel or the like can be used as the temperature sensor, which is filled with argon, nitrogen or another suitable gas which, when it expands as a result of temperature increases, presses the rod 76 downwards. Pressure fluid is thereby admitted through the control valve 73 into the lower end of the cylinder 71 and the stop 72 is pushed upwards, so that by limiting the rotation of the lever 59 in the clockwise direction an increase in the control oil pressure is prevented and consequently the fuel supply to the turbine is throttled.

Die Nockenscheibe 65 nimmt trotzdem weiterhin ihre verschiedenen Stellungen entsprechend der Drehzahlabweichung der Nutzlastturbine ein, obwohl diese Stellungsänderungen der Nockenscheibe keinen Einfluß mehr auf den Steueröldruck haben.The cam disk 65 nevertheless continues to take its various positions according to the speed deviation of the payload turbine, although this position changes the cam disc no longer have any influence on the control oil pressure.

Erfindungsgemäß sind das Zahnrad 66 und die hiermit gekoppelte Nockenscheibe 65 außerdem auch mit dem Verstellwiderstand 16 für die Sollwerteinstellung der Verdichterantriebsturbinendrehzahl gekoppelt. Das heißt, die durch den Drehzahlregler 24 wahrgenommenen Drehzahlabweichungen der Nutzlastturbine wirken sich unmittelbar in einer entsprechenden Nachstellung des Drehzahlreglers 14 für die Verdichterantriebsturbine aus, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob die Anlage mit Abgastemperaturbegrenzung arbeitet oder nicht.According to the invention, the gear wheel 66 and the cam disk coupled therewith are 65 also with the adjustment resistor 16 for the setpoint adjustment of the compressor drive turbine speed coupled. That is, the speed deviations perceived by the speed controller 24 the payload turbine act directly in a corresponding readjustment of the speed controller 14 for the compressor drive turbine, regardless on whether the system works with exhaust gas temperature limitation or not.

Der Verstellwiderstand 16 liefert zwangläufig eine bestimmte Sollwerteinstellung der Verdichterantriebsturbinendrehzahl für jede von der Nockenscheibe 65 eingenommene Stellung, die zugleich auch einem bestimmten durch die betreffende Nockenscheibenstellung erzeugten Steueröldruck entspricht, solange der Brennstoffregler 57 nicht durch den Abgastemperatur-Grenzregler 58 begrenzt ist.The adjustment resistor 16 inevitably supplies a specific setpoint setting the compressor drive turbine speed for each occupied by the cam 65 Position, which at the same time also has a certain position due to the relevant cam disk position generated control oil pressure corresponds as long as the fuel regulator 57 is not through the exhaust gas temperature limit controller 58 is limited.

Die obenerwähnte Entsprechung zwischen der Einstellung des Verstellwiderstands 16 und dem Steueröldruck in der Leitung 47, die bei nicht temperaturbegrenztem Regler gegeben ist, läßt sich graphisch in der in F i g. 2 gezeigten Weise darstellen, wobei die Abszisse die prozentuale Drehzahlabweichung der Nutzlastdruckturbine darstellt, während die Ordinate ebenfalls prozentuale Werte angibt. Die Regeleinrichtung kann so eingestellt werden, daß der Steueröldruck (Brennstoffmenge) in einem bestimmten Maß bis auf sein Maximum bei einer Drehzahlabweichung von 80 % ansteigt und dann bei einer Brennstoffmenge von 100 % konstant bleibt, wie durch die Kurve 80 im Diagramm angedeutet. Die Neigung der Kurve 80 kann mit Hilfe des Verstellwiderstands 31 eingestellt werden.The above-mentioned correspondence between the setting of the variable resistance 16 and the control oil pressure in line 47, which when the controller is not temperature-limited is given, can be graphically shown in FIG. 2 represent way shown, where the abscissa represents the percentage speed deviation of the payload pressure turbine, while the ordinate also indicates percentage values. The control device can be adjusted so that the control oil pressure (fuel amount) in a certain Measure up to its maximum at a speed deviation of 80% and then remains constant at a fuel quantity of 100%, as shown by curve 80 in the diagram indicated. The inclination of the curve 80 can be adjusted with the aid of the adjustment resistor 31 will.

Die Kurve 81 gibt den proportionalen Anstieg der Sollwerteinstellung der Verdichterantriebsturbinendrehzahl in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung der Nutzlastturbine an. Die Neigung und der Anfangspunkt der Kurve können durch Verstellen der Verstellwiderstände 21 und 16 verändert werden.Curve 81 indicates the proportional increase in the setpoint setting of the compressor drive turbine speed as a function of the speed deviation of the payload turbine. The inclination and the starting point of the curve can be changed by adjusting the adjustment resistors 21 and 16 .

F i g. 2 veranschaulicht lediglich eine bestimmte vorgewählte Abhängigkeit zwischen der Verdichterantriebsturbinendrehzahl und dem Steueröldruck, wobei viele andere Abhängigkeiten je nach dem gewünschten Anwendungszweck möglich sind. Die Beziehung zwischen der (die Brennstoffzufuhr darstellenden) Kurve 80 und der (die Luftzufuhr darstellenden) Kurve 81 kann so gewählt werden, daß sich optimale Betriebsbedingungen ergeben, wenn die Brennstoffzufuhr n;cht durch die Abgastemperatur begrenzt wird. F i g. 2 ist allgemein anwendbar während des Anfahrens der Turbinenanlage und vor dem Anschalten der Last.F i g. 2 only illustrates a certain preselected dependency between compressor drive turbine speed and control oil pressure, being many other dependencies are possible depending on the desired application purpose. the Relationship between the curve 80 (representing the fuel supply) and the (the Air supply representing) curve 81 can be chosen so that optimal operating conditions result if the fuel supply is not limited by the exhaust gas temperature. F i g. 2 is generally applicable during the start-up of the turbine system and before switching on the load.

Für den Betrieb nach Anschalten der Last und wenn der maximale Wirkungsgrad erstrebt wird, zeigt F i g. 3 den allgemeinen Betriebszustand der Turbinenanlage an. Hier ist die Kurve 81, die die Stellung des Verstellwiderstands für die Verdichterantriebsturbine darstellt, die gleiche wie in F i g. 2. Die zweite Kurve 82 stellt den Steueröldruck oder die Brennstoffzufuhr dar. Der Anfangsteil 82 a der Kurve 82 entspricht genau dem Anfangsteil der Kurve 80 in F i g. 2. Im gestrichelten Teil 82 b der Kurve 82 wird dagegen der Steueröldruck nicht mehr durch die Nockenscheibendrehung bestimmt. Statt dessen folgt der Steueröldruck einem Kurvenverlauf, der durch die Abgastemperatur bestimmt wird. Da diese bei größeren Belastungen durch anderweitige variablen Größen der Anlage beeinflußt wird, hat die Kurve hier keinen geraden Verlauf mehr.For operation after the load has been switched on and when maximum efficiency is sought, F i g shows. 3 shows the general operating condition of the turbine system. Here curve 81, which represents the position of the variable resistance for the compressor drive turbine, is the same as in FIG. 2. The second curve 82 represents the control oil pressure or the fuel supply. The initial part 82 a of the curve 82 corresponds exactly to the initial part of the curve 80 in FIG. 2. In the dashed part 82 b of the curve 82, however, the control oil pressure is no longer determined by the cam disk rotation. Instead, the control oil pressure follows a curve that is determined by the exhaust gas temperature. Since this is influenced by other variable parameters of the system in the case of greater loads, the curve here no longer has a straight course.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird am besten aus F i g. 4 ersichtlich, die ein Blockschaltbild darstellt, in dem die Hauptbestandteile der Turbinenanlage und der Regeleinrichtung mit den gleichen Bezugsnummern wie in F i g. 1 bezeichnet sind. Man sieht, daß der Betrieb der Gasturbine hauptsächlich durch die Einstellung des Turbinendüsenreglers 50 und des Brennstoffreglers 57 gesteuert wird.The operation of the device according to the invention is best from Fig. 4, which is a block diagram showing the main components the turbine system and the control device with the same reference numbers as in F i g. 1 are designated. It can be seen that the operation of the gas turbine is mainly controlled by the setting of the turbine nozzle regulator 50 and the fuel regulator 57 will.

Der Drehzahlregler 24 erhält als Eingangsgrößen die Istdrehzahl und die Solldrehzahl der Nutzlastturbine. Die Solldrehzahl (oder auch eine gewünschte Sollast) wird durch die bedienende Person mittels des Handhebels 26 a (F i g. 1) eingestellt. Der Drehzahlregler 24 liefert an seinem Ausgang ein der Stellung der Nockenscheibe 65 proportionales Drehzahlfehlersignal. Dieses bildet die eine Eingangsgröße des Brennstoffreglers 57, der als zweite Eingangsgröße die Turbinenabgastemperatur empfängt. Die Drehzahlabweichung regelt die Brennstoffzufuhr, außer wenn diese durch die Abgastemperatur in der zuvor beschriebenen Weise begrenzt ist. Die Stellgröße des Brennstoffreglers 57 ist ein veränderlicher Steueröldruck, der die Ventile 38, 39 entweder getrennt oder entsprechend einem vorbestimmten Schema für die gleichzeitige Verwendung zweier Brennstoffe steuert. Das vom Drehzahlregler 24 gelieferte Drehzahlfehlersignal stellt außerdem unmittelbar den Sollwert des Drehzahlreglers 14 nach, der mit der Istdrehzahl der Verdichterantriebsturbine unter Erzeugung eines der Stellung des Zahnrads 56 des Turbinendüsenreglers proportionalen Drehzahlfehlersignals verglichen wird. Dieses Drehzahlfehlersignal steuert über den Regler 50 die Turbinendüsenöffnung. Das Nutzlastturbinen- Drehzahlfehlersignal stellt also auch die Verdichterantriebsturbinen-Solldrehzahl und den Steueröldruck ein, jedoch nur dann, wenn die Anlage nicht temperaturbegrenzt wird.The speed controller 24 receives the actual speed and as input variables the target speed of the payload turbine. The target speed (or a desired one Sollast) is activated by the operator using the hand lever 26 a (Fig. 1) set. The speed controller 24 supplies at its output one of the position of the Cam 65 proportional speed error signal. This forms the one input variable of the fuel regulator 57, which has the turbine exhaust gas temperature as the second input variable receives. The speed deviation regulates the fuel supply, except when it is through the exhaust gas temperature is limited in the manner described above. The manipulated variable of the fuel regulator 57 is a variable control oil pressure that the valves 38, 39 either separately or according to a predetermined scheme for simultaneous Use of two fuels controls. The speed error signal provided by the speed controller 24 also directly adjusts the setpoint value of the speed controller 14, which with the Actual speed of the compressor drive turbine generating one of the position of the Turbine nozzle governor gear 56 compared to proportional speed error signal will. This speed error signal controls the turbine nozzle opening via controller 50. The payload turbine The speed error signal also represents the Compressor drive turbine target speed and control oil pressure, but only if if the system is not temperature limited.

Wenn keine Temperaturbegrenzung stattfindet (F i g. 2), wird die Sollwerteinstellung der Verdichterantriebsturbine unmittelbar durch das Fehlersignal des Drehzahlreglers 24 beeinflußt, das zugleich die Brennstoffzufuhr einstellt. Die Brennstoffzufuhr steigt daher mit der Luftzufuhr entsprechend einem vorbestimmten Schema an. Änderungen in der Drehzahl oder Belastung der Nutzlastturbine 6 haben eine unmittelbare Nachstellung der Brennstoff- und der Luftzufuhr zur Folge, ohne daß dabei die vorbekannten Regeleinrichtungen für Zweiwellen-Gasturbinen eigene Regelverzögerung auftritt.If there is no temperature limit (Fig. 2), the setpoint setting is the compressor drive turbine directly by the error signal of the speed controller 24 influences, which at the same time adjusts the fuel supply. The fuel supply therefore increases with the air supply according to a predetermined scheme. Changes in the speed or load of the payload turbine 6 have an immediate adjustment the fuel and air supply result, without the previously known control devices separate control delay occurs for twin-shaft gas turbines.

Wenn die Nutzlastturbine 6 mit hoher Belastung arbeitet und ein guter Wirkungsgrad von ausschlaggebender Bedeutung ist, wird die Abgastemperatur in der in F i g. 3 gezeigten Weise begrenzt. In diesem Fall ist der Steueröldruck (Brennstoffzufuhr) begrenzt, wie durch den gestrichelten Teil 82 b der Kurve angedeutet. Da die Abgastemperatur begrenzt ist und da Schwankungen der Belastung sich unmittelbar in einem vom Drehzahlregler 24 erzeugten Nutzlastturbinen-Drehzahlfehlersignal äußern, wodurch wiederum der Sollwert des Drehzahlreglers 14 verändert wird, ist die Drehzahl der Verdichterantriebsturbine der Belastung proportional und ist folglich auch der Luftdurchsatz durch den Verdichter 2 der Belastung proportional (wenn man Änderungen der Außentemperatur vernachlässigt). Schwankungen der Belastung oder Frequenzänderungen im elektrischen System (falls die Last 12 ein an ein elektrisches Netz angeschlossener Generator ist) bewirken eine Nachstellung des Drehzahlreglers 14 für die Verdichterantriebsturbine und eine Erhöhung oder Erniedrigung des Luftdurchsatzes zwecks Anpassung an den neuen Leistungsbedarf.If the payload turbine 6 is working with a high load and good efficiency is of decisive importance, the exhaust gas temperature is in the range shown in FIG. 3 limited way shown. In this case, the control oil pressure (fuel supply) is limited, as indicated by the dashed part 82 b of the curve. Since the exhaust gas temperature is limited and since fluctuations in the load are expressed directly in a payload turbine speed error signal generated by the speed controller 24, which in turn changes the setpoint of the speed controller 14, the speed of the compressor drive turbine is proportional to the load and is consequently also the air throughput through the compressor 2 proportional to the load (if changes in the outside temperature are neglected). Fluctuations in the load or frequency changes in the electrical system (if the load 12 is a generator connected to an electrical network) cause the speed controller 14 for the compressor drive turbine to be readjusted and the air throughput to be increased or decreased in order to adapt to the new power requirement.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung besteht bei temperaturbegrenztem Betrieb darin, daß sie beim Umschalten von einem Brennstoff auf den anderen die Belastung konstant hält. Wenn z. B. die Brennstoffströmung durch die Ventile 38, 39 so bemessen ist, daß die Brennstoffe bei gleichem Steueröldruck keine gleichwertigen Heizwerte liefern, so bleibt die Belastung trotzdem beim Umschalten vom einen Brennstoff auf den anderen konstant, da die Abgastemperatur, die die Brennstoffzufuhr regelt, trotz einer vom Brennstoffregler 57 verlangten Verschiebung des Steueröldrucks konstant gehalten wird. Die Belastung wird während des Wechsels vom einen Brennstoff zum anderen durch die Änderung der Sollwerteinstellung des Drehzahlreglers 14 konstant gehalten. Der Abgastemperatur-Grenzregier hält durch Regeln der Brennstoffzufuhr die Temperatur konstant; die Verdichterantriebsdruckturbinendrehzahl ist konstant, da die Reglerausgangsgröße sich bei Generatorantrieb mit konstanter Frequenz nicht ändert. Es bedeuten daher eine feste Temperatur und eine feste Brennstoffzufuhr eine konstante Belastung. Der erfindungsgemäße Turbinenabgastemperatur-Grenzregler arbeitet ohne störende Trägheit, da Änderungen der Belastung sich unmittelbar in neuen Sollwerteinstellungen für die mechanisch unabhängige Welle der Verdichterantriebsturbine äußern. Trotzdem wird die Abgastemperatur etwa konstant gehalten, so daß man den höchstmöglichen Wirkungsgrad ohne überschreiten der zulässigen H'ö_chsttemperatur erhält. Die Regelung der Brennstoffzufuhr kann ohne nachteilige Auswirkungen zwischen temperaturbegrenztem und nichttemperaturbegrenztem Betrieb geschaltet werden.Another important advantage of the control device according to the invention is in temperature-limited operation that when you switch from one Fuel on the other keeps the load constant. If z. B. the fuel flow is dimensioned by the valves 38, 39 so that the fuels at the same control oil pressure do not deliver equivalent calorific values, the load still remains when switching over from one fuel to the other constant, because the exhaust gas temperature, which the fuel supply regulates, despite a shift in the control oil pressure required by the fuel regulator 57 is kept constant. The load is increased during the change from one fuel on the other hand by changing the setpoint setting of the speed controller 14 constant held. The exhaust gas temperature limit controller stops by regulating the fuel supply the temperature constant; the compressor drive pressure turbine speed is constant, because the controller output variable does not change with a generator drive with constant frequency changes. It therefore means a fixed temperature and a fixed fuel supply a constant load. The turbine exhaust gas temperature limit controller according to the invention works without disruptive inertia, as changes in the load are immediately reflected in new setpoint settings for the mechanically independent shaft of the compressor drive turbine to express. Nevertheless, the exhaust gas temperature is kept approximately constant, so that the highest possible efficiency without exceeding the maximum permissible temperature receives. The regulation of the fuel supply can be carried out without any adverse effects temperature-limited and non-temperature-limited operation.

Claims

Claims: 1. Fuel control device for a gas turbine system with a gas generator part consisting essentially of air compressor, combustion chamber and compressor drive turbine and with a mechanically separated downstream payload turbine, the inlet guide device of which can be adjusted by a first speed controller influenced by the compressor speed, as well as with a speed controlled by the payload turbine , the second speed controller controlling the fuel supply to the combustion chamber, characterized in that the second speed controller (24) at the same time adjusts the setpoint value on the first speed controller (14) proportionally to the variable speed deviation influencing the fuel supply. z. Fuel control device according to claim 1 with an overriding exhaust gas temperature limit controller, characterized in that the exhaust gas temperature limit controller (58) only influences the adjustment of the fuel controller (57) by the second speed controller (24) . 3. Fuel control device according to claim 1 or 2, characterized in that the second speed controller (24) adjusts the setpoint on the first speed controller (14) independently of changes in the fuel supply. 4. Fuel control device according to claim 2 or 3, characterized in that the exhaust gas temperature limit controller (58) is influenced in its limiting effect by the output variable of the second speed controller (24). 5. Speed control device according to one of claims 2 to 4 for a multi-fuel turbine, in which either one or all of several different fuels can be supplied to the combustion chamber, characterized in that the exhaust gas temperature is constant while a fuel change is being carried out holds and the second speed controller (24) controls the compressor speed by influencing the first speed controller (14). Documents considered: German Patent No. 1039 312; USA: Patent No. 2,625,789; BBC announcements, January / February 1960, p.45.