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Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Ausgleichsvorrichtung für mehrere
parallel arbeitende Gasturbinenanlagen mit freier Arbeitsturbine und mit jeweils
selbständiger, ein Regelventil enthaltender Brennstoffregelanlage, das durch einen
von der Drehzahl und vom Verdichtungsdruck der Turbinenanlage abhängigen Steuerdruck
eingestellt wird, wobei jede Turbinenanlage eine eigene Ausgleichsvorrichtung mit
einem auf Druck ansprechenden Teil aufweist, der den Steuerdruck zusätzlich beeinftußt
und der auf der einen Seite vom Verdichtungsdruck der eigenen Turbinenanlage und
auf der anderen Seite vom höchsten Verdichtungsdruck aller parallel arbeitenden
Turbinenanlagen beaufschlagt wird.
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Dabei ergibt sich eine verhältnismäßig einfache Ausgleichsvorrichtung,
da diese über nur eine Kenngröße den Steuerdruck zusätzlich beeinflußt und die Ausgleichsvorrichtung
an die ohnehin vorhandenen Leitungen für den Verdichtungsdruck angeschlossen werden
kann. Bei der Ausbildung der Ausgleichsvorrichtung gemäß dem Hauptpatent wird jedoch
in Kauf genommen, daß die Steigung der Reglerkennlinien beim Lastausgleich verändert
wird, so daß die Empfindlichkeit bzw. der Verstärkungsfaktor der Regelung verhindert
wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt daher die Ausgleichsvorrichtung
der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß das Regelverhalten bei der Lastaufteilung
gleichbleibt und die Empfindlichkeit der Regler nicht verringert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf Druck
ansprechende Teil auf einen Hebel einwirkt, der in an sich bekannter Weise vom Drehzahlregler
der Arbeitsturbine verstellbar ist und mittels eines Ablaßventils den Steuerdruck
einstellt. Somit kann in einfacher und zweckmäßiger Weise die Ausgleichsvorrichtung
jeweils an die ohnehin vorhandene Leitung für den Verdichtungsdruck angeschlossen
werden und beeinflußt den Steuerdruck über das von dem Drehzahlregler der Arbeitsturbine
betätigte Ablaßventil. Dadurch ist es möglich, die Reglerkennlinie bei der Lastaufteilung
parallel zu verschieben, so daß Regelverhalten und Empfindlichkeit der Anlagen konstant
bleiben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung zweier
Turbinenanlagen mit der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung, F i g. 2 eine graphische
Darstellung der Reglerkennlinien der Turbinenanlagen und F i g. 3 eine schematische
Darstellung einer anderen Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung. Die beiden
Turbinenanlagen 10 a und 10 b sind gleich, so daß die folgende
Beschreibung für beide Anlagen gilt. Die Anlage 10 a besteht aus einem Gaserzeugerteil
mit einem Verdichter 12 a, einer Brennkammer 14 a und einer Verdichterantriebsturbine
16 a, einem Lufteinlaßstutzen 18 a und einer Düse 20 a für den Brennstoff
sowie aus einer Arbeitsturbine 22 a mit der Abtriebswelle 24 a und dem Gasauslaßstutzen
26 a.
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Die Abtriebswellen 24 a, 24 b sind durch eine Einrichtung 28 gekuppelt.
Der Brennstoff wird durch die Brennstoffleitung 30 a und ein Brennstoffregelventil
32 a zur Düse 20 a der Turbinenanlage 10 a geführt. Das Ventil 32 a wird über eine
strichpunktiert dargestellte Verbindungseinrichtung 34 a von einer pneumatischen
Regeleinrichtung 36 a gesteuert. Diese besteht aus einem Gehäuse 38 a, welches
einen mit einer Endwand am unteren Ende des Gehäuses 38 a befestigten evakuierten
Balg 40 a sowie einen größeren, auf dem Umfang an den Gehäuseseitenwänden befestigten
offenen Balg 42 a enthält. Das Gehäuse wird so in eine erste Kammer
44 a und eine zweite Kammer 46 a unterteilt, die den Balg 40 a enthält. Die
beweglichen Enden der Bälge 42 a und 40 a sind durch eine Stange 48
a miteinander verbunden, die dadurch von der Summe der auf die Bälge wirksamen Druckkräfte
axial bewegt wird. Die Stange 48 a ist über die Einrichtung 34 a mit dem Brennstoffregelventil
32 a verbunden.
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Der Verdichtungsdruck wird durch eine Leitung 50 a von der
Turbinenanlage 10 a auf die Kammer 46 a übertragen, in der er am Balg 40
a außen und am Balg 42 a innen wirkt. Dieser Verdichtungsdruck wird durch die Leitung
52 a über eine Drossel 54 a
auch auf die Kammer 44 a übertragen. Mit
dieser ist eine Leitung 56 a verbunden, die sich in zwei Schenkel 58 a und
60 a verzweigt, von denen jeder an einem von einem Regler gesteuerten Ablaßventil
62 a bzw. 64 a endet. Das Ventil 62 a wird durch einen Drehzahlgrenzregler
66 a gesteuert, welcher durch eine Verbindungseinrichtung 68 a proportional zur
Drehzahl des Gaserzeugerteiles angetrieben wird. Der Regler 66 a öffnet das Ventil
62 a entgegen der Kraft einer Feder 70 a, wenn die Gaserzeugerdrehzahl einen vorher
festgelegten Höchstsicherheitswert überschreitet. Das Ventil 64 a wird durch
einen einstellbaren Fliehkraftregler 72 a gesteuert, dessen Welle
74 a
durch die Welle 24 a der Nutzleistungsturbine 22 a angetrieben wird.
Eine Reglermuffe 80 a wirkt auf einen drehbar gelagerten Hebel 82 a gegen die Kraft
einer Feder 84 a ein, deren Vorspannung durch einen Hebel 86 a einstellbar ist,
der vom Leistungswählhebel 90 a betätigt wird. Auf dem unteren Ende des Hebels 82
a ist eine Ventilplatte 88 a ausgebildet, die mit dem Ablaßventil 64 a zusammenwirkt.
Je höher die Drehzahl der Arbeitsturbine 22 a, desto weiter offen ist das Ablaßventil
64 a.
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Beim Hochfahren, wenn sich die Turbinen 16 a und 22 a unter ihrer
Nenndrehzahl befinden, sind die beiden Ablaßventile 62 a und 64 a geschlossen. Dann
ist an der Drossel 54 a keine Strömung vorhanden; demzufolge
bildet sich kein Druckabfall aus, so daß der Druck in der Kammer 44 a gleich dem
Druck in der Kammer 46 a ist und der Balg 42 a in Ruhelage ist. Wenn
sich die Arbeitsturbine 22 a der gewählten Drehzahl nähert, dann drückt der Fliehkraftregler
72 a die Ventilplatte 88 a auf, so daß eine Strömung durch die Drosselstelle
54 a und ein Druckabfall an ihr entsteht, wodurch der Druck in der Kammer 44 a auf
einen Wert unterhalb des in der Kammer 46 a vorhandenen Werts absinkt. Der abnehmende
Druck in der Kammer 44 a hat zur Folge, daß der größere Balg 42 a das Ventil 32
a in Schließrichtung bewegt. Während der Verzögerung wird der Leistungswählhebel
90 a zurückgenommen und entspannt somit die Feder 84 a. Die Anlage befindet sich
damit im Zustand einer Überdrehzahl, wobei die Ventilplatte 88 a sich in ihrer größtmöglichen
Öffnungsstellung am Anschlag 92 a befindet. Dieses verursacht einen verhältnismäßig
konstanten maximalen Druckunterschied am Balg 42 a, der zum Schließen des Ventils
32 a führt. Somit geht die Verzögerung
im wesentlichen umgekehrt
wie die Beschleunigung vor sich, abgesehen davon, daß sie bei einem bedeutend niedrigeren
Brennstoffverbrauch stattfindet, was auf die verminderte Wirksamkeit des Balgs
40 a zurückzuführen ist.
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Die Ausgleichsvorrichtung 96 a wirkt gleichsinnig mit der Feder
84 a zur Rückstellung des Reglers 72 a,
d. h.
im Sinn einer Drehzahlerhöhung, und besteht aus einem Gehäuse 98 a, einer federbelasteten
Membran 100 a und einer Stange 102 a, die mit dem Hebel
82 a zusammenwirkt.
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Die Betätigung der Membran 100 a gegen die Federkraft erfolgt
durch den Verdichtungsdruck, der von der Leitung 50 a durch die Zweigleitungen
104 a und 106 a und die feste Drossel 108
a in das Gehäuse 98 a auf die linke Seite der Membran
100 a übertragen wird. Auf der rechten Seite der Membran
100 a wirkt der maximale Verdichtungsdruck, der in einer der Anlagen
10 a oder 10 b erzeugt und durch das Umschaltventil
110 über die Leitungen 112 und 114
herangeführt wird. Die Ventilplatte
116 verschließt jeweils das Ende der Leitungen 104 a oder
104 b, in welcher der geringere Druck ansteht.
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Die Reglerkennlinien A und B für die Anlagen
10 a
und 10 b sind in F i g. 2 dargestellt und infolge der Unterschiede
zwischen den Anlagen und ihren Reglern verschieden geneigt. Bei einer Drehzahl N1
geben die Schnittpunkte der Senkrechten mit den Kennlinien A und
B die ungleiche Lastverteilung an.
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Durch die Ausgleichsvorrichtungen erfolgt nun eine Verschiebung der
Reglerkennlinie A nach A'
ohne Änderung der Neigung bzw. ohne Änderung
der Empfindlichkeit. Da die Anlage 10 b den höheren Lastanteil und damit
den größeren Verdichtungsdruck aufweist, wirkt dieser an der rechten Seite der Membran
100 a der Ausgleichsvorrichtung 98 a. Die Membran
100 a bewegt sich nach links und damit die Ventilplatte 88 a in Schließrichtung,
so daß das Ventil 32 a weiter geöffnet wird, und der Lastanteil der Anlage
10 a vergrößert wird. Die Anlagen 22 a und 22 b
nehmen eine neue Drehzahl N., an, bei welcher die Reglerkennlinien
A' und B sich schneiden und jede Anlage einen gleichen Lastanteil
übernimmt. Zur Einstellung auf die Drehzahl N1 werden die Leistungswählhebel
90 a, 90 b entsprechend neu eingestellt.
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Somit wird die Ausgleichsvorrichtung einfach an die ohnehin vorhandenen
Leitungen 50 a und 50 b
angeschlossen.
Es eignen sich auch andere Kenngrößen zur Durchführung des Leistungsvergleichs mit
unterschiedlicher Genauigkeit sowie unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit und
Kompliziertheit. Bei Anlagen mit gleicher Abtriebsdrehzahl kann zum Leistungsvergleich
eine Drehmomentmessung an den Abtriebswellen durchgeführt werden. Der Temperaturabfall
an der Turbine 22 a ändert sich proportional mit der Leistung, wie es auch
bei der Drehzahl der Turbine 16 a, wenn auch mit geringerer Genauigkeit,
der Fall ist.
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Weisen die Turbinenanlagen bei einer gegebenen Leistung nicht annähernd
den gleichen Verdichtungsdruck auf, wie es vorstehend angenommen wurde, so ist es
möglich, diesen Fehler dadurch zu vermeiden, daß gemäß F i g. 3 in die Abzweigung
122 a der Leitung 106 a ein von Hand einstellbares Ablaßventil eingebaut
ist. In der Leitung 104 a ist eine Drossel 120 a vorgesehen, während das
Ablaßventil aus der Drossel 124 a und der Ventilnadel 126 a besteht.
Ist beispielsweise bei gleicher Leistung der Verdichtungsdruck der Anlage
10 a größer als derjenige der Anlage 10 b, so öffnet man die Ventilnadel
126 a etwas, so daß der Druck hinter der Drossel 120 a verkleinert
wird. Eine entsprechende Einrichtung ist auch für die Turbinenanlage 10 b
vorgesehen. Andererseits kann auch die Einstellung so vorgenommen werden, daß eine
Anlage im Hinblick auf ihre Lebensdauer mit geringerer Leistung fahren soll.