Gasturbinenanlage Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbinenanlage mit Luftumfüh- rung. Eine solche Gasturbinenanlage besitzt eine Kompressoreinriehtung mit einem Nie- derclrucklzompressor und einem Hoehkom- pressor, eine an den Auslass des Hochdruck- kompressors angeschlossene Verbrennungsein- riehtung,
eine dem Antrieb der Kom.pressor- einrichtung dienende Turbine, welche zwecks Aufnahme der Verbrennungsprodukte an die Verbrennungseinriehttmg angeschlossen ist., eine an die Turbine angeschlossene Abgas leitung zur Ableitung der Turbinenabgase, und eine Luftumführungsleitung zur. Auf nahme eines Teils der vom Niederdruckkom- pressor geförderten Druckluft und zier Wei terleitung dieser Luft in die Atmosphäre, ent weder über die Abgasleitung oder direkt. über eine Schubdüse.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn beim Be trieb einer Gasturbinenanlage mit Luftum- führung in der Luftumführungsleitimg ein rascher Druckabfall auftritt, wie zum Bei spiel zufolge eines Bruches der Leitung, die Anlage durch Überhitzung beschädigt. werden kann, da.
die Brennstoffsteuervorrich- tung zu langsam reagiert, um die Brennstoff zufuhr zur Verbrennungseinrichtung so her abzusetzen, dass der plötzliche Abfall des 1lassendurehflusses durch die Verbrennungs- einrichtung kompensiert wird.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Gasturbinenanlage der genannten Art, bei welcher der genannte Nachteil vermieden werden kann.
Gemäss der vorliegenden Erfindung be sitzt die Gast-urbinena.nlage mit Luftumfüh- r ung eine Dr uekansprechvorri.chtung, welche auf rasche Änderungen des Druckes in der Luftumführun.gsleitung anspricht, um die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrich tung herabzusetzen, wenn der Druckabfall pro Zeiteinheit in der Umführungsleitung einen bestimmten Wert erreicht..
Die Anordnung kann so sein, dass die Druckansprechvorriehtung ein Abstellen der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrich tung bewirkt, wenn der Druckabfall pro Zeit einheit den. vorbestimmten Wert erreicht.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Gasturbinenanlage dargestellt; es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht des ersten Beispiels und Fig. 2 eine Ansieht eines Teils des zweiten Beispiels.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Gasturbinen. anlage mit Luftumführung. Die Anlage be sitzt einen Lufteinlass 10, der zu einem Nie- derdruckkompressor 11 führt; der Ausla.ssteil des Niederdruckkompressors ist mit 12 be zeichnet.
An den Auslassteil 12 ist ein Hoehdrtick- kompressor 13 angeschlossen, dem ein Teil der vom Niederdruckkompressor geförderten Luft zugeführt wird. Der Auslassteil 14 des Hoch druckkompressors 13 ist an eine Verbren nungseinrichtung 15 angeschlossen. In diese Verbrennungseinrichtung 15 wird beim Be trieb der Anlage mittels Düsen 16, welche mit einer V erteilleitung 17 in Verbindung stehen, Brennstoff eingeführt.
Die Verbrennungsprodidhte aus der Ver- brennungseinriehtung 15 gelangen in eine Turbine 18, welche im vorliegenden Fall eine Mehrstufenturbine ist. Die Turbinenabgase gelangen aus der Turbine 18 in eine Abgas- einrichtiulg 19, an welche ein Strahlrohr 20 angesehlossen ist, durch welches die Abgase einer Schubdüse 20a zugeführt werden. Die Turbine 18 besitzt zwei voneinander unabhän gig tragbare Rotoren 18a und 18b.
Der Hoch druckrotor 18a treibt mittels einer Welle 21 den Hochdriiekkompressor 13. Der Nieder- di2lekrotor 18b treibt durch eine Welle 22 den N.iederdruekkompressor.
An den Auslassteil 12 des Niederdruck- kompressors 11 ist ferner eine Luftumfüh- rungsleitung 23 angeschlossen. Die Umfüh- rungsleitung 23 besitzt ringförmigen Quer schnitt und erstreckt sich rund am Umfang der Anlage [email protected] zur Maschinenaxe von dem Auslassteil 12 über die Turbine 18 hin aus. Die Umführungsleiturig 23 mündet über eine Hilfsschubdüse 23a in die Atmosphäre.
Sie könnte auch in das Strahlrohr 20 mün den, so dass die durch die Umführungsleitung dem Strahlrohr 20 zugeführte Luft. sich mit den Abgasen im Strahlrohr mischt. Wie er sichtlich, steht in beiden Fällen die Luft,um- führungsleitung 23 über eine Schubdüse mit der Atmosphäre in Verbindung, welche eine Verengung des Leitungsauslasses darstellt; der Druck in der Umführungsleitung ist des halb höher als der Atmosphärendruck.
Die Brennstoffzufnhreinrichtung der ge zeichneten Anlage ist nur schematisch darge stellt und kann von irgendeiner zweckmässi gen Bauart sein. Sie besitzt im vorliegenden Fall einen Brennstofftank 24, eine Brenn- stofförderleitung 28 mit einem Niederdruek- Abstellhahn 25, eine Brennstoffpumpe 26 und ein Drosselventil 27.
Der Öffnungsquer schnitt des Drosselventils und der Förder- druck der Pumpe 26 sind von Hand oder automatisch so steuerbar, dass durch die Lei tung 28 zur Verteilleitinmg 17 und somit zu den Düsen 16 der gewünschte Brennstoff- strom aufrechterhalten wird.
Es versteht sich, dass die Anlage in ihren Einzelheiten auch anders als beschrieben aus gebildet sein kann.
Beim Betrieb von Gasturbinenanlagen mit Luftumführung kann die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinriehtung 15 das erfor derliche Mass überschreiten, wenn der Druck in der Luftumführungsleitun.g 23 so rasch sinkt, da.ss die Brennstoffsteuervorrichtung nicht, rasch genug darauf anspricht, um die Brennstoffzufuhr entsprechend herabzuset zen. Dieser Nachteil kann durch die im fol genden beschriebenen Mittel vermieden wer den.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage ist eine Druckanspreehvorriehtung vorgesehen, welche einen Zylinder 31 und einen in ihr verschieb baren Kolben 30 besitzt; letzterer ist durch eine Feder 32 belastet, welche in einem Zy- linderraum 33 auf der einen Kolbenseite an geordnet ist. Ein Durchlass 34 in der _VVand des Zylinders 31 verbindet den Zylinderraum 33 mit einem Zylinderraum 35 auf der andern Seite des Kolbens 35. Im Durchlass 34 ist eine verengte Öffnung 36 vorgesehen. Der die Feder 32 enthaltende Zylinderraum 33 ist.
durch eine Verbindungsleitung 37 mit der Umführungsleitung 23 der Anlage verbun den. Eine Stange 38, welche am Kolben 30 befestigt ist, ragt von der einen Stirnseite des Kolbens 30, im vorliegenden Fall von der dem Zylinderraum 33 zugekehrten Stirnseite, weg- und ist direkt mit einem Betätigungsarm 39 eines Brennstoff-Abstellhahnes 40 verbun den. Die Stange 38 könnte auch durch einen Hebelmechanismus oder durch einen elektri schen, ein Relais steuernden Schalter oder durch irgendein anderes geeignetes Mittel mit dem Betätigungsarm 39 verbunden sein.
Der Abstellhahn 40 ist in der Förderleitung 28 der Brennstoffzufuhreinrichtung der Gastur binenanlage angeordnet.
Die wirksamen Stirnflächen des Kolbens 30, die wirksame Querschnittsfläche der ver engten Öffnung 36 und,die Stärke der Feder 32 sind so gewählt, dass, wenn während des Betriebes der Anlage der Druck in der Um- f'ührungsleitung 23, z. B. zufolge eines Lei tungsbruches, rasch sinkt, auch .der Druck im Zylinderraum 33 gegenüber dem Druck im Zylinderraum 35 fällt. Dadurch wird der Kolben 30 entgegen der Wirkung der Feder 32 im Sinne eines Schliessens des Abstell- hahnes 40 verschoben.
Auf diese Weise kön nen Schäden an der Verbrennungseinrichtung und der Turbine der Anlage, welche als Folge einer Überhitzung auftreten können, da die Steuerorgane der Brennstoffzufuhreinrich- tung nicht rasch genug reagieren, vermieden werden.
Die vorangehend beschriebene Sicherungs- vorriehtung ist besonders für jenen Fall ge eignet, in welchem die Anlage bei annähernd konstantem Atmosphärendruck arbeitet.
Bei einer Variante der beschriebenen Aus bildung ist die Feder 32 weggelassen und die Verbindungsleitung 37 führt nicht zum Zy linderraum 33, welchem die kleinere Kolben seite zugekehrt ist, sondern zum Zylinder raum 35, welchem die gmössere Stirnseite des Kolbens 30 zugekehrt ist. Der Kolben bleibt somit normalerweise am in der Zeichnung rechts liegenden Zylinderende. Wenn aber der Druck in der Umführungsleitung 23 rasch sinkt, bewegt sich der Kolben 30 gegen das linke Zylinderende hin.
Der Kolben 30 betä tigt dann den Abstellhahn 40 derart, dass, wenn der Kolben sich am rechten Zylinder ende befindet., der Hahn offen ist, und wenn sich der Kolben 30 am linken Zylinderende befindet, dieser Hahn geschlossen ist.
Bei Gasturbinenanlagen mit Luftumfüh- run.g, die als Flugzeugtriebwerke gebaut sind, ist es zweckmässig, die genannte Sicherheits vorrichtung höhenempfindlich zu machen. Zu diesem Zweck kann die verengte Öffnung 36 in dem die beiden Zylinderräume verbinden, den Durchlass eine Öffnung mit veränder licher Querdchnittsfläche sein. Dabei ist die Anordnung derart, dass die Qttersehnittsflä- che dieser Öffnung mit zunehmender Höhe, das heisst mit abnehmendem Atmosphären druck, abnimmt.
Eine Ausführungsform der letztgenannten Art ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Der verengten Öffnung 36 ist eine Ventil nadel 41 zugeordnet,, mittels welcher der Öff nungsquerschnitt verändert werden kann. Die Ventilnadel 41 steht unter der Wirkung einer Vakuumdose 42, welche in einer Kammer 43 angeordnet ist. Die Kammer 32 steht durch eine Leitung 45 mit dem Einla.ss 10 der Gas turbinenanlage in Verbindung, wobei der Druck sich mit dem Atmosphärendruck än dert.
Bei abnehmendem Atmosphärendruck dehnt sich die Dose 42 aus, so da.ss die Ventil nadel 41 im Sirene einer Verkleinerung der Querschnittsfläche der Öffnung 36 bewegt wird und umgekehrt. Eine Feder 44 drückt die Ventilnadel gegen die Dose 41.
Gas turbine system The subject matter of the present invention is a gas turbine system with an air bypass. Such a gas turbine system has a compressor unit with a low-pressure compressor and a high-pressure compressor, a combustion unit connected to the outlet of the high-pressure compressor,
a turbine serving to drive the compressor device, which is connected to the combustion device for the purpose of receiving the combustion products, an exhaust gas line connected to the turbine for discharging the turbine exhaust gases, and an air bypass line for. Part of the compressed air supplied by the low-pressure compressor is taken up and this air is delicately forwarded into the atmosphere, either via the exhaust pipe or directly. via a thrust nozzle.
It has been shown that if a rapid pressure drop occurs in the air bypass duct during operation of a gas turbine system with air bypass, for example as a result of a break in the line, the system is damaged by overheating. can be there.
the fuel control device reacts too slowly to reduce the fuel supply to the combustion device in such a way that the sudden drop in the outlet flow rate through the combustion device is compensated for.
The invention aims to create a gas turbine installation of the type mentioned, in which the mentioned disadvantage can be avoided.
According to the present invention, the gas turbine system with air circulation has a pressure response device which responds to rapid changes in the pressure in the air circulation line in order to reduce the fuel supply to the combustion device when the pressure drop per unit of time is the bypass line reaches a certain value.
The arrangement may be such that the pressure response device causes the fuel supply to the combustion device to be shut off when the pressure drop per unit of time. reached predetermined value.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of the gas turbine system according to the invention are shown; 1 shows a view of the first example and FIG. 2 shows a view of part of the second example.
Fig. 1 shows schematically a gas turbine. system with air bypass. The system has an air inlet 10 which leads to a low-pressure compressor 11; the outlet part of the low-pressure compressor is denoted by 12.
A high-pressure compressor 13 is connected to the outlet part 12, to which part of the air conveyed by the low-pressure compressor is fed. The outlet part 14 of the high-pressure compressor 13 is connected to a combustion device 15. In this combustion device 15, fuel is introduced during operation of the system by means of nozzles 16 which are in communication with a distribution line 17.
The combustion products from the combustion unit 15 pass into a turbine 18, which in the present case is a multi-stage turbine. The turbine exhaust gases pass from the turbine 18 into an exhaust gas device 19, to which a jet pipe 20 is connected, through which the exhaust gases are fed to a thrust nozzle 20a. The turbine 18 has two independently portable rotors 18a and 18b.
The high-pressure rotor 18a drives the high-pressure compressor 13 by means of a shaft 21. The low-pressure rotor 18b drives the low-pressure compressor through a shaft 22.
An air bypass line 23 is also connected to the outlet part 12 of the low-pressure compressor 11. The bypass line 23 has an annular cross section and extends around the circumference of the system and @koa.xial to the machine axis from the outlet part 12 over the turbine 18. The bypass line 23 opens into the atmosphere via an auxiliary thrust nozzle 23a.
You could also open into the jet pipe 20, so that the air supplied to the jet pipe 20 through the bypass line. mixes with the exhaust gases in the nozzle. As can be seen, in both cases the air bypass line 23 is connected to the atmosphere via a thrust nozzle, which represents a narrowing of the line outlet; the pressure in the bypass line is therefore higher than atmospheric pressure.
The fuel supply device of the system shown is only shown schematically and can be of any suitable type. In the present case, it has a fuel tank 24, a fuel delivery line 28 with a low-pressure shut-off valve 25, a fuel pump 26 and a throttle valve 27.
The opening cross-section of the throttle valve and the delivery pressure of the pump 26 can be controlled manually or automatically so that the desired fuel flow is maintained through the line 28 to the distribution line 17 and thus to the nozzles 16.
It goes without saying that the details of the system can also be configured differently than described.
When operating gas turbine systems with air bypass, the fuel supply to the combustion unit 15 can exceed the required level if the pressure in the air bypass duct 23 drops so rapidly that the fuel control device does not respond quickly enough to reduce the fuel supply accordingly. This disadvantage can be avoided by the means described in the fol lowing who the.
In the system shown in Figure 1, a Druckanspreehvorriehtung is provided which has a cylinder 31 and a piston 30 displaceable in it ble; the latter is loaded by a spring 32 which is arranged in a cylinder space 33 on one side of the piston. A passage 34 in the wall of the cylinder 31 connects the cylinder space 33 with a cylinder space 35 on the other side of the piston 35. A narrowed opening 36 is provided in the passage 34. The cylinder space 33 containing the spring 32 is.
verbun by a connecting line 37 to the bypass line 23 of the system. A rod 38, which is attached to the piston 30, protrudes from one end face of the piston 30, in the present case from the end face facing the cylinder chamber 33, and is directly connected to an actuating arm 39 of a fuel shut-off valve 40. The rod 38 could also be connected to the actuating arm 39 by a lever mechanism or by an electrical switch controlling a relay or by any other suitable means.
The shut-off valve 40 is arranged in the feed line 28 of the fuel supply device of the gas turbine plant.
The effective end faces of the piston 30, the effective cross-sectional area of the narrowed opening 36 and the strength of the spring 32 are selected so that if the pressure in the bypass line 23, e.g. B. as a result of a line break, drops rapidly, also .the pressure in the cylinder chamber 33 compared to the pressure in the cylinder chamber 35 falls. As a result, the piston 30 is displaced against the action of the spring 32 in the sense of closing the shut-off valve 40.
In this way, damage to the combustion device and the turbine of the system, which can occur as a result of overheating since the control elements of the fuel supply device do not react quickly enough, can be avoided.
The safety device described above is particularly suitable for those cases in which the system operates at approximately constant atmospheric pressure.
In a variant of the described training, the spring 32 is omitted and the connecting line 37 does not lead to the cylinder chamber 33, which the smaller piston side faces, but to the cylinder chamber 35, which the larger face of the piston 30 faces. The piston thus normally remains at the cylinder end on the right in the drawing. But if the pressure in the bypass line 23 drops rapidly, the piston 30 moves towards the left end of the cylinder.
The piston 30 then actuates the shut-off valve 40 such that when the piston is at the end of the right cylinder, the valve is open, and when the piston 30 is at the left end of the cylinder, this valve is closed.
In the case of gas turbine systems with Luftumfüh- run.g, which are built as aircraft engines, it is useful to make the mentioned safety device height-sensitive. For this purpose, the narrowed opening 36, in which the two cylinder spaces connect, the passage can be an opening with a variable cross-sectional area. The arrangement is such that the cross-sectional area of this opening decreases with increasing height, that is to say with decreasing atmospheric pressure.
An embodiment of the latter type is shown in Fig. 2 of the drawing. The narrowed opening 36 is assigned a valve needle 41, by means of which the opening cross-section can be changed. The valve needle 41 is under the action of a vacuum can 42 which is arranged in a chamber 43. The chamber 32 is connected through a line 45 to the inlet 10 of the gas turbine system, the pressure changing with the atmospheric pressure.
When the atmospheric pressure decreases, the can 42 expands, so that the valve needle 41 is moved in the siren to reduce the cross-sectional area of the opening 36 and vice versa. A spring 44 presses the valve needle against the can 41.