DE736818C

DE736818C - Gas turbine plant

Info

Publication number: DE736818C
Application number: DEM150319D
Authority: DE
Inventors: Josef Karrer; Werner Karrer
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1941-02-17
Filing date: 1941-03-20
Publication date: 1944-06-05

Description

Gästurbinenanlage Es ist bekannt, bci Gasturbinenanlagenden Verdichter durch eine besondere Turbine anzutreiben. Die Drehzahl der Nutzleistungsturb.ine-ist dabei im allgemeinen konstamt, während sich die Drehzahl der Verdichterturbi.ne mit der Belastung ändert. Mit der Belastungsänderung ändert sich auch das Verhältnis der Leistungen zueinander, und es muß auf _ irgendeine Art die Leistungsverminderung .der einen Turbine gegenüber der anderen ausgeglichen werden. Es sind verschiedene Bauarten bekannt, um dieses Ziel zu erreichen. Bei allen wird aber der Wirkungsgrad der Anlage bei Teillast gurch die getroffenen Maßnahmen verringert: Bei Teillast sinkt bekanntlich .der Wirkungsgrad der Turbinen und damit steigt die Temperatur am Turbinenaustritt. Um eine unzulässig hohe Temperatur zu vermeiden, muß daher bei Teillast die Verbrennungstemperatur herabgesetzt werden, was eine Einbuße an Wirkungsgrad bedeutet. Es sind auch Ausführungen bekannt, bei welchen dem Verdichter in einer Zwischenstufe Luft entzogen und z. B. der Nutzleistungsturbine zugeführt wird; dadurch sinkt die Temperatur vor dieser Turbine und dementsprechend der Wirkungsgrad der An-1 age.Guest turbine system It is known that compressors include gas turbine systems driven by a special turbine. The speed of the power turbine is in general, while the speed of the compressor turbine changes with the load. With the change in load, the ratio also changes of performance to one another, and there must be some kind of reduction in performance .the one turbine to be balanced against the other. They are different Types known to achieve this goal. But with all the efficiency the system at part load is reduced by the measures taken: At part load As is well known, the efficiency of the turbines drops and the temperature rises at the turbine outlet. In order to avoid an impermissibly high temperature, must therefore at part load the combustion temperature can be reduced, which is a loss Means efficiency. There are also known designs in which the compressor withdrawn air in an intermediate stage and z. B. fed to the power turbine will; this reduces the temperature in front of this turbine and, accordingly, the efficiency the An-1 age.

Gemäß- der Erfindung wird bei einer Gasturbinenanlage mit mindestens einer Nutzleistungsturbine, mindestens einer auf einer besonderen Welle arbeitenden Verdichterturbine und einem Zwischenerwärmer zwischen den beiden Turbinen dem Verdichter Luft in mindestens einer Zwischenstufe entzogen und zwischen den beiden Turbinen zugeführt, derart, daß bei Teillast die .dem Verdichter aus der Zwischenstufe entzogene Luftmenge sich ändert. Es kann. dadurch die Temperatur vor der. Turbinen auch bei Teillast beibehalten werden u11(1 s(iiillt auch gle1' llilelit117@@11Che Wirkungsgrad der :Anläge. Die sclieniati sclie Zeichnung betrifft ein Ausführungsheispicl des ErfinchingsgeUen- standes. I:1 Fig. i l)erletttct i clen verdickter, a einen Wärineaustauschcr, 3 den Haupt- hrerinratiiii, d die Nutzleistttn gsturbin:, 3 den Zwischenerwärmer, 6 die Verdichterturbine und % die ',#tttzlelstungsmaschlne, 1. B. einen elektrischen Stromerzeuger. Die voni N'er- dichter i angesogene Luft wird auf Druck ,bracht, im Wäirineaustattscher 2 durch d:,.- Abgase der @'.rclichterturbine t; erwärmt und dein Hattptlireiitir@ttitii; zugeführt, von wo die Breiiiigase die Ntltzleistung:ttirliine.I be- aufschlagen un.l :lein @wischener«ärmer und dann der @'erdichterturhine l; zuströineri. Fach Abgabe eines "1'eil@ der Restwärine iiii Wä rmeattstauscher ' strömen die Abgase ins Freie. D:e Drehzahl der Nutzleistungsturbine d wird z. B. lcoiistalit gehalten, indem der auf der I\Tutzleistungsturllinencvelle sitzende Leistungsregler 8 die Brennstoffzufuhr (Ventil 91 zum Hauptbremirauni 3 bee influßt. Die Drehzahl der Verdichterturbilie () ändert sich mit der Belastung. Die Anlag,. wird so ausgelegt, daß bei Normallast die Leistungen der beiden Turbitieii .1 und !i genügen, um die Vollastleistung der Nutzfeistungsmaschine ; und die hierfür nötige Verdichterleistung .des Verdichters i zti ,lecken. Bei Teillast werden Druck- und Drehzahl ,ler Verdichterturbine 6 gesenkt, und dain:t :hidert :ich Glas Verhältnis der beider Tttrbineilleisrnngen zueinander. Im angenommenen Beispiel wird die Leistung der Xutzleistiui.gsttii'lliiie d. zu groß sein, und zwar dürfte, ahhärigi von der Belastung, die Überschußleistung der Nutzleistungsturbine d ungefähr nach Fi--.a verlatifeii. Als Abszisseij ist das Fördergewicht a. als Maß für die Nutzleistung, als Ordinaten .die @fiberschußlcistung b aufgetragen. Die Kurve c zeigt den Verlauf der nötigen Ausgleichsleistung, Der Ausgleich iitidüt nun dadurch statt, daß) dem Verdichter i Luft in einer Zwischenstufe entzogen und durch eine Leitung io dem Zwischenerwärmer 5 zugeführt wird. Dadurch wird erstens d,-r Kraftverbrauch des Verdichters i herabgesetzt, die Luftmenge. zum Hauptbreiiiirauui 3 vermindert und damit die Leistung der Nutzleisturigsturbine4. Durch die Zuführung der im Verdichter i abgezapften Luft zum Zwischenerwärmer arbeitet die `'erdichterturbine finit mehr Gas als die Nutzleistungsturbine; dadurch wird die N-erdichterturbine iiii Verhältnis zur Nutzleisturigsturbine gestärkt. Durch entsprechende Rege-1 'tii-i - der angezapften Luft l:önilen die Nutzleistungs- und Verdichterturbinen in ihren Leistungen bei allen Belastungen ausgeglichen werden. Durch richtige Stctteruiig des Brennstoffventils o kann die Temperatur vor der Nutzleistun:gsturbine d. annähernd konstant gehalten werden. Die Brennstoffzufuhr (-`-entil 11) zum Zwisebenerw:irnier 5 kann auch @-oin Leistungsregler 8 beeinflullt werden. ebenso das Ventil i-2, das den Luftzutritt atr# (lein Verdichter i zurr @wischenerwärmer regelt.According to the invention, in a gas turbine system with at least one power turbine, at least one compressor turbine working on a special shaft and an intermediate heater between the two turbines, air is withdrawn from the compressor in at least one intermediate stage and fed between the two turbines in such a way that at part load the. The amount of air withdrawn from the compressor from the intermediate stage changes. It can. thereby the temperature before the. Maintain turbines even at part load will u11 (1 s (iiillt also equ1 'llilelit117 @@ 11Che Efficiency of the: systems. The sclieniati sclie drawing concerns a Executionheispicl of the ErfinchingsgeUen- state. I: 1 Fig. Il) obtained i clen thickened, a a heat exchanger, 3 the main hrerinratiiii, d the useful output gsturbin :, 3 den Intermediate heater, 6 the compressor turbine and% die ', # tttzlelstungsmaschlne, 1. B. a electric generator. The voni N'er- denser i sucked in air is under pressure , brought, in Wäirineaustattscher 2 by d:, .- Exhaust gases from the rectifier turbine t; heated and your Hattptlireiitir @ ttitii; fed from where the pulp gases the useful power: ttirliine.I be to open un.l: lein @wischener «poorer and then the @ 'er Dichterturhine l; zuströineri. Subject submission of a "1'eil @ the remaining heat iiii The exhaust gases flow into the heat exchanger Free. D: e speed of the power turbine d is z. B. lcoiistalit, in that the power regulator 8 sitting on the I \ Tutzkraftsturllinencvelle influences the fuel supply (valve 91 to the main brake unit 3 bee. The speed of the compressor turbine () changes with the load. The system is designed so that at normal load the The outputs of the two turbines .1 and! I are sufficient to achieve the full load output of the useful power machine; and the compressor output required for this. In the assumed example, the output of the Xutzleistiui.gsttii'lliiie d. will be too great, and indeed, depending on the load, the excess output of the power turbine d approximately according to Fi -. a loses The abscissa is the conveyed weight a. As a measure of the useful power, as the ordinates. The @ excess power b. The curve c shows the course the necessary compensatory power, the compensation is now held in that) air is withdrawn from the compressor i in an intermediate stage and fed to the intermediate heater 5 through a line io. This firstly reduces d, -r power consumption of the compressor i, the amount of air. reduced to the main pulp 3 and thus the output of the high-power turbine 4. By supplying the air drawn off in compressor i to the intermediate heater, the compressor turbine finitely works more gas than the power turbine; this strengthens the ratio of the N-compressor turbine to the power turbine. By appropriate Rege- 1 'tii i - the tapped air l: önilen the Nutzleistungs- and compressor turbines in their performance at all loads are balanced. With the correct structure of the fuel valve, the temperature before the useful power can be increased. be kept approximately constant. The fuel supply (-`-valve 1 1) to the intermediate water: irnier 5 can also be influenced @ -oin power controller 8. likewise the valve i-2, which regulates the air admission atr # (lein compressor i backwash heater.

Der `@'irktingsgrad der- Anlage wir;] auch bei Teillast hoch gehalten. Die höchstzu@üssige Temperatur kann vor der Nutzleistungsturbine bei allen Belasttuigen angenähert konstant gehalten w:rden, ebenso die Temperatur des Zwisclienel-w*irrners 3. Der Leistungsregler -8 kann durch entsprechende Beeirifliissung dtl' Brennstoffzufuhr und der dem Verdichter in einer Zwischenstufe entzogenen Luft den Leistungsausgle:cli der beiden Turbinen bewirken.The `@ 'irktingsgrad of the system we;] kept high even at partial load. The maximum temperature that can be applied can be in front of the power turbine for all loads would be kept approximately constant, as well as the temperature of the Zwisclienel-W * irner 3. The power regulator -8 can, by means of appropriate flow control, dtl 'fuel supply and the air withdrawn from the compressor in an intermediate stage, the power compensation: cli of the two turbines.

Beim Ausführungsbeispiel Fig. i ist die Verdichterturbine6 der Nutzleistungsturbine4 nachgeschaltet; es könnte auch umgekehrt sein.In the exemplary embodiment FIG. I, the compressor turbine 6 is the power turbine 4 downstream; it could also be the other way around.

Bekanntlich steigt bei Teillast zufolge des schlechteren Wirkungsgrades die Temperatur im Niederdruckteil der Gasturbine. Die Unterteilurig der Turbine in eine Nutzleistungs-und eine Verdichterturbine :ermöglicht es, die nachgeschaltete Turbine zufolge der dort bei Norrnall.ast herrschenden niedrigeren Temperatur aus billigerem Material herzustellen. Da aber im Leerlauf und bei kleinen Belastungen die Temperatur zufolge des mit der Belastung stark fallenden Wirkungsgrades bei der nachgeschalteten Turbine steigt, so muß norinalerweise von .dein Vorteil der V erbilligttng abgesehen werden.As is well known, increases at partial load due to the poorer efficiency the temperature in the low pressure part of the gas turbine. The sub-part of the turbine in a useful power and a compressor turbine: allows the downstream Turbine due to the lower temperature prevailing there at Norrnall.ast produce cheaper material. But there in idle and with small loads the temperature as a result of the efficiency, which drops sharply with the load the downstream turbine rises, so normally of .your advantage the May be disregarded.

Es ist nun möglich, die Temperatur im Leerlauf und bei sehr kleinen Belastungen, wo der Wirkungsgrad eine geringere Rolle spielt. durch entsprechende Regelung der Ventile i i und r2 herabzusetzen. Die nachgeschaltete Turbine harn also aus billigerem :Material gebaut werden, ohne bei den llölieren Teillasten an Wirkungsgrad einzubüßen. It is now possible to adjust the temperature when idling and at very low loads, where efficiency plays a lesser role. by regulating valves ii and r2 accordingly. The downstream turbine can therefore be made of cheaper material, without sacrificing efficiency with the oiled partial loads.

Selbstverständlich können die Nutzleistungs-und die Verdichterturbine auch in mehrere Turbinen aufgeteilt werden. Die Zwischenerwärmung kann bis auf die für das verwendete Material zulässige Temperatur oder eine belieb?g niedrigere erfolgen. Die dem Verdichter entzogene Luft kann unmittelbar vor oder in dem Zwischenerwärmer zugeführt oder nachher zugemischt werden. In jedem Falle wird dem Verdichter Luft in mindestens einer Zwischenstufe entzogen und dein Treibmittelstrom der dem Zwischenerwärmer nachgeschalteten Turbine zugeführt. Dadurch wird der Kraftverbrauch des Verdichters vermindert, aber noch mehr die Leistung der Turbine, die vom Hauptbrennraum gespeist wird, wodurch der Leistungsausgleich der Turbinen auch bei Teillast ermöglicht wird.Of course, the power and the compressor turbine can also be divided into several turbines. The intermediate heating can be up to the permissible temperature for the material used or any lower temperature. The air withdrawn from the compressor can be taken immediately before or in the intermediate heater added or mixed in afterwards. In any case, the compressor is air withdrawn in at least one intermediate stage and your propellant flow that of the intermediate heater downstream turbine supplied. This reduces the power consumption of the compressor diminished, but even more the performance of the Turbine by the main combustion chamber is fed, which enables the power balancing of the turbines even at part load will.

Claims

PATENT CLAIMS i. Gas turbine plant with at least one power turbine, at least one compressor turbine working on a special shaft and one Intermediate heater between the two turbines, characterized in that the compressor Air withdrawn in at least one intermediate stage and between the two turbines is supplied in such a way that at part load the compressor from the intermediate stage withdrawn air volume changes. a. Gas turbine plant according to claim i, characterized in that that di, e control of the withdrawn air volume takes place depending on the load regulator.