DE4326800A1

DE4326800A1 - Device for setting a stable compressor admission flow from the inlet box in gas turbine plants

Info

Publication number: DE4326800A1
Application number: DE19934326800
Authority: DE
Inventors: Franz Farkas; Thomas Dr Zierer
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-02-16

Abstract

In a device for setting a stable compressor admission flow from the inlet box (1) of a gas turbine plant a separating element (2) is arranged in the lower part of the inlet box (1), the peripheral position (@) and the geometric dimensions of the separating element (2) resulting from the marginal conditions at the entry of the inlet box (1) and the transition into the bladed duct. The separating element (2) is a plane separating plate, with large axial and radial distance between bellmouth (5) and inlet box (1) it is a three-dimensional element, which prevents the formation of a wake space (6). A stable compressor admission flow is achieved and the air mass flow is uniformly and precisely distributed over the circumference of the compressor annular chamber (4). As a result, a degree of high efficiency is achieved. <IMAGE>

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzuströmung aus dem Einlaufkasten bei Gas turbinenanlagen.The invention relates to a device for adjusting a stable compressor inflow from the inlet box with gas turbine plants.

Stand der TechnikState of the art

Bei Industriegasturbinenanlagen wird der benötigte Luftmas senstrom meist durch einen einzigen Kanal angesaugt. Der Ka nalquerschnitt wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit klein bleibt, um den Totaldruckverlust zu minimieren. Erst kurz vor der Beschaufelung beschleunigt eine Einschnürung die angesaugte Luft auf eine wesentlich höhere Geschwindigkeit vor der Eintrittskante der Vorleitreihe.In industrial gas turbine plants, the required air mass mostly drawn through a single channel. The Ka nalquerschnitt is chosen so that the speed remains small in order to minimize the total pressure loss. First shortly before blading a constriction accelerates the sucked in air to a much higher speed in front of the leading edge of the preliminary row.

Für einen guten Wirkungsgrad und eine gute Pumpgrenze des Verdichters ist eine stationäre und symmetrische Zuströmung der Luft erwünscht. Dies bedeutet, daß der Massenstrom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdichter ringraumes verteilt werden muß.For a good efficiency and a good surge limit of the The compressor is a stationary and symmetrical inflow desired in the air. This means that the mass flow uniform and defined over the circumference of the compressor annulus must be distributed.

Bei herkömmlichen Einlaufkästen ist in der unteren Ebene die Trennebene von linkem und rechtem Massenstrom nur durch die Randbedingungen der Strömung am Eintritt in den Einlaufkasten und am Austritt in den Beschaufelungskanal bestimmt. Da diese Randbedingungen nicht genau festgelegt sind und sich außer dem zeitlich und mit dem Lastpunkt ändern, ändert sich auch die Trennebene zwischen linkem und rechtem Massenstrom. Die Ursache für die Änderung der Randbedingungen ist die Änderung der Verluste der beiden Teilmassenströme bei unterschiedli chen Volumenströmen in der Gasturbine (Teillast). Die Ände rung der Trennebene zwischen linkem und rechten Massenstrom führt zu einer unsymmetrischen und instationären Zuströmung des Verdichters und damit zu einer Verschlechterung des Wir kungsgrades.With conventional infeed boxes, that is in the lower level Separation plane of left and right mass flow only through the Boundary conditions of the flow at the entry into the inlet box and determined at the outlet into the blading channel. This one Boundary conditions are not precisely defined and are different that change in time and with the load point also changes the dividing plane between the left and right mass flow. The The reason for the change in the boundary conditions is the change the losses of the two partial mass flows at differ Chen volume flows in the gas turbine (partial load). The change tion of the separation plane between the left and right mass flow leads to an asymmetrical and unsteady inflow of the compressor and thus to a deterioration of the we efficiency.

Wird der Abstand zwischen Bellmouth und Einlaufkasten sehr groß gewählt, um niedrige Geschwindigkeiten und dadurch einen geringen Totaldruckverlust zu erzielen, was wiederum zu einem höheren Wirkungsgrad führt, dann bildet sich aber im unteren Teil des Einlaufkastens ein Totwassergebiet aus. Die Ausdehnung des Totwassergebietes schwankt instationär, so daß sich eine instationäre Zuströmung im unteren Bereich des Verdichters ergibt und der Wirkungsgrad dadurch verschlech tert wird.The distance between Bellmouth and the inlet box becomes very chosen large to slow speeds and thereby to achieve a low total pressure drop, which in turn leads to leads to higher efficiency, but then forms in a dead water area from the lower part of the inlet box. The The extent of the dead water area fluctuates transiently, see above that there is an unsteady inflow in the lower region of the Compressor results and the efficiency thereby deteriorate is tert.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinenanlage eine Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzuströ mung aus dem Einlaufkasten zu schaffen, bei der der Massen strom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdich terringraumes verteilt wird und die Ausbildung eines Totwas sergebietes verhindert wird.The invention tries to avoid all these disadvantages. your the task is based on a gas turbine system Device for setting a stable compressor inflow mung out of the inlet box at which the masses current evenly and defined over the extent of the compression Terringraumes is distributed and the formation of a dead water is prevented.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im unteren Teil des Einlaufkastens ein Trennkörper angeordnet ist, wobei sich die Umfangsposition und die geometrischen Abmessungen des Trennkörpers aus den Randbedingungen am Eintritt des Einlauf kastens und am Übergang in den beschaufelten Kanal ergeben.According to the invention this is achieved in that in the lower Part of the inlet box, a separating body is arranged, wherein the circumferential position and the geometric dimensions of the Partition from the boundary conditions at the inlet of the inlet box and at the transition into the bladed channel.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß eine stabile Verdichterzuströmung erreicht wird und der Luftmassenstrom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdichterringraumes verteilt wird.The advantages of the invention include that a stable compressor inflow is achieved and the Air mass flow evenly and defined over the circumference of the compressor annulus is distributed.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Trennkörper ein ebenes Trennblech ist.It is particularly useful if the separating body is flat Divider is.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Trennkörper bei großem Abstand zwischen Bellmouth und Einlaufkasten ein definierter dreidimensionaler Körper ist. Dadurch wird die Ausbildung eines Totwassergebietes verhindert und eine stabile Verdich terzuströmung erreicht.It is also advantageous if the separating body is large Distance between Bellmouth and inlet box a defined is three-dimensional body. This is training a dead water area prevented and a stable compression Inflow reached.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines einwelligen axialdurchströmten Verdichters einer Gasturbinenanlage dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention on the basis of a single-shaft compressor with axial flow Gas turbine plant shown.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt des Einlaufkastens, Verdich terringraumes und der Vorleitreihe des Verdichters; Fig. 1 shows a partial longitudinal section of the inlet box, compression ring space and the preliminary row of the compressor;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt des Einlaufkastens mit dem Trennkörper. Fig. 2 shows a partial cross section of the inlet box with the separating body.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Luftmassen ströme ist mit Pfeilen bezeichnet. It is only essential for understanding the invention Chen elements shown. The flow direction of the air masses currents is indicated by arrows.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

In dem in Fig. 1 gezeigten Teillängschnitt eines einwelligen axialdurchströmten Verdichters 3 sind der Einlaufkasten 1 mit dem Trennkörper 2, der Verdichterringraum 4, Bellmouth 5 und die Vorleitreihe 7 des Verdichters zu sehen. Der Trennkörper 2 ist in diesem Falle ein ebenes Trennblech mit einer Höhe h, welches an einer definierten Stelle in den unteren Teil des Einlaufkastens 1 eingefügt ist. Die Umfangsposition α (siehe Fig. 2) und die Höhe h ergeben sich aus den Randbedingungen am Eintritt des Einlaufkastens 1 und am Übergang in den be schaufelten Kanal.In the partial longitudinal section shown in FIG. 1 of a single-shaft axial-flow compressor 3 , the inlet box 1 with the separating body 2 , the compressor annulus 4 , Bellmouth 5 and the inlet row 7 of the compressor can be seen. In this case, the separating body 2 is a flat separating plate with a height h, which is inserted at a defined point in the lower part of the inlet box 1 . The circumferential position α (see FIG. 2) and the height h result from the boundary conditions at the inlet of the inlet box 1 and at the transition into the channel that is scooped.

Eine von 0° abweichende Umfangsposition α ergibt sich, wenn die Fehlanströmung von der Vorleitreihe im linken und rechten Teil des Einlaufes (Teilmassenströme 8, 9) stark unterschied lich sind (Bauch- und Rückenstoß).A circumferential position α deviating from 0 ° results if the incorrect flow from the guide line in the left and right part of the inlet (partial mass flows 8 , 9 ) is very different (abdominal and back abutment).

Um den Totaldruckverlust vom Eintritt in den Einlaufkasten 1 bis zum Austritt an der Vorleitreihe für den linken Teilmas senstrom 8 und den rechten Teilmassenstrom 9 gleichzuhalten, kann eine von 0° abweichende Position der Trennebene gewählt werden.In order to keep the total pressure loss from entry into the inlet box 1 to the outlet on the preliminary row for the left partial mass flow 8 and the right partial mass flow 9 equal, a position of the separating plane deviating from 0 ° can be selected.

Das Trennblech bewirkt eine definitive Trennung zwischen dem linken Teilmassenstrom 8 und dem rechten Teilmassenstrom 9, so daß eine stationäre und symmetrische Zuströmung erreicht wird, was zu einem guten Wirkungsgrad und einer guten Pump grenze des Verdichters 3 führt.The separating plate brings about a definite separation between the left partial mass flow 8 and the right partial mass flow 9 , so that a steady and symmetrical inflow is achieved, which leads to a good efficiency and a good pump limit of the compressor 3 .

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Trennkörper 2 ein dreidimensionales Gebilde der Form, daß ein sich even tuell ausbildendes Totwassergebiet 6 ausgefüllt wird. Derar tige Totwassergebiete 6 bilden sich dann im unteren Teil des Einlaufkastens 1 aus, wenn der axiale und radiale Abstand zwischen Bellmouth 5 und dem Einlaufkasten 1 sehr groß ge wählt wird, um möglichst niedrige Geschwindigkeiten zu haben und dadurch den Totaldruckverlust zu minimieren. Die Ausdeh nung des Totwassergebietes 6 schwankt instationär, so daß sich eine instationäre Zuströmung im unteren Bereich des Ver dichters 3 ergibt. Nur wenn der Trennkörper 2 als ein dreidi mensionaler Körper ausgeführt wird, der das Totwassergebiet 6 zumindestens annähernd auffüllt, kann die instationäre Zu strömung vermieden werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Verdichters 3 erhöht.In a second embodiment, the separating body 2 is a three-dimensional structure such that a dead water area 6 that may form is filled. Derar term dead water areas 6 then form in the lower part of the inlet box 1 when the axial and radial distance between Bellmouth 5 and the inlet box 1 is selected very large to have the lowest possible speeds and thereby to minimize the total pressure loss. The expansion of the dead water area 6 fluctuates transiently, so that there is an unsteady inflow in the lower region of the United poet 3 . Only if the separating body 2 is designed as a three-dimensional body that at least approximately fills the dead water area 6 can the unsteady flow be avoided. This increases the efficiency of the compressor 3 .

BezugszeichenlisteReference list

1 Einlaufkasten
2 Trennkörper
3 Verdichter
4 Verdichterringraum
5 Bellmouth
6 Totwassergebiet
7 Vorleitreihe
8 linker Teilmassenstrom
9 rechter Teilmassenstrom
h Höhe des Trennkörpers
α Umfangsposition des Trennkörpers 1 inlet box
2 separators
3 compressors
4 compressor annulus
5 Bellmouth
6 dead water area
7 preliminary series
8 left partial mass flow
9 right partial mass flow
h Height of the separating body
α circumferential position of the separating body

Claims

1. Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzu strömung aus dem Einlaufkasten (1) in Gasturbinenanla gen, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Einlaufkastens (1) ein Trennkörper (2) angeordnet ist, wobei sich die Umfangsposition (α) und die geometrischen Abmessungen des Trennkörpers (2) aus den Randbedingun gen am Eintritt des Einlaufkastens (1) und am Übergang zum beschaufelten Kanal ergeben.1. Device for setting a stable Verdichterzu flow from the inlet box ( 1 ) in Gasturbinenanla gene, characterized in that in the lower part of the inlet box ( 1 ) a separating body ( 2 ) is arranged, the circumferential position (α) and the geometric dimensions of the separator ( 2 ) from the boundary conditions at the inlet of the inlet box ( 1 ) and at the transition to the bladed channel.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (2) ein ebenes Trennblech ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the separating body ( 2 ) is a flat partition.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (2) bei großem axialen und radia len Abstand zwischen Bellmouth (5) und Einlaufkasten (1) ein dreidimensionaler Körper ist, welcher das Totwasser gebiet (6) zumindestens annähernd auffüllt.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the separating body ( 2 ) with a large axial and radia len distance between Bellmouth ( 5 ) and inlet box ( 1 ) is a three-dimensional body which at least approximately fills up the dead water area ( 6 ).