DE519191C - Gas turbine system in which the exhaust gases from an upstream internal combustion engine form the propellant gases for the gas turbine - Google Patents

Description

Gasturbi_nenanlage, bei der die Abgase einer vorgeschalteten Brennkraftmaschine die Treibgase für die Gasturbine bilden Die- Gasturbinen kann man in -zwei Hauptgruppen unterteilen. Die erste Gruppe umfaßt die Vorschläge, bei denen das Brennstoffluftgemisch in Zündkammern verbrannt und die in den Zündkammern entwickelten Treibgase der Beschaufelung zugeführt werden; Bei der. weiteren Gruppe ist- der Verbrennungsvorgang des Treibmittels in eine Brennkraftinaschine verlegt, die der eigentlichen Gasturbine vorgeschaltet ist. Die -,#,bgase der vorgeschalteten Brenn:kr.aftniaschine bilden dann die Treibgase für die Gasttu.-bine. Die zweite Hauptgruppe kann man wieder unterteilen in zwei Untergruppen. Die eine hiervon umfaßt die Anlagen. bei denen die Gasturbine eine reine Abgasturbine ist, d. h. bei denen in der Gasturbine nur die Wärinemengen in mechanische Arbeit umgesetzt «-erden, die in der vorgeschalteten Brennkraftmaschine nicht ausgenutzt «-erden konnten. Die Hauptleistung des Maschinensatzes oder jedenfalls ein wesentlicher Teil davon wird von der Brenn.kraftmaschine geliefert. Bei der zweiten Untergruppe dagegen -dient die vorgeschaltete Brennkraftmaschine nur als Energieumformer in der `'eise. daß die vom Brennstoff entwickelte Kraft zur Dekkung .der Verdichtungsleistung dient, so daß an der Welle der Brennkraftmaschine freie Energie nicht oder jedenfalls nur in sehr -eringem Maße zur Verfügung steht. Die freie Leistung des Mascbinensatz.es wird vielmehr an der Welle der Gasturbine abgenommen.Gasturbi_nenanlage, in which the exhaust gases from an upstream internal combustion engine the propellants for the gas turbine form The gas turbines can be divided into two main groups subdivide. The first group includes the proposals in which the fuel-air mixture burned in ignition chambers and the propellant gases developed in the ignition chambers of the blades be fed; In the. Another group is the combustion process of the propellant Relocated to an internal combustion engine, which is connected upstream of the actual gas turbine is. The -, #, bgases of the upstream combustion fuel machine then form the propellant gases for the guest tu.-bine. The second main group can again be divided into two Subgroups. One of these includes the plants. where the gas turbine is a is pure exhaust gas turbine, d. H. where in the gas turbine only the amounts of heat in mechanical work implemented «-erden in the upstream internal combustion engine could not be exploited. The main output of the machine set, or at least a substantial part of this is supplied by the internal combustion engine. In the second subgroup, on the other hand, the upstream internal combustion engine only serves as a Energy converter in the 'ice. that the power developed by the fuel to cover .The compression performance is used, so that free on the shaft of the internal combustion engine Energy is not available or at least only to a very limited extent. the Rather, the free power of the Mascbinsatz.es is taken from the shaft of the gas turbine.

bei Anlage der zweiten Hauptgruppe, also bei vorgeschalteter Brennkraftmaschine, treten bei der Regelung, z. B. durch Beeinflussung des Brennstoffventils vor der Brennkraftmaschine, insofern gewisse Schwierigkeiten auf, als das zwischen der Bren.nkraftmaschine und der Gasturbine liegende Gasvolumen durch den Regelvorgang nicht ohne weiteres erfaßt wird. Tritt eine plötzliche Entlastung der Gasturbine auf. so wirkt das eingeschlossene Gasvolumen einer entsprechend schnellen Herabsetzung entgegen. Zu einer plötzlichen Leistungssteigerung ist es jedoch nicht in der Lage, da sein Energieinhalt hierzu nicht ausreicht.when the second main group is installed, i.e. with an upstream internal combustion engine, occur in the scheme, z. B. by influencing the fuel valve before Internal combustion engine, to the extent that certain difficulties arise as that between the Bren.nkraftmaschine and the gas volume lying around the gas turbine is not easily achieved by the control process is detected. Sudden relief of the gas turbine occurs. this is how the enclosed works Gas volume counteracts a correspondingly rapid reduction. To a sudden However, it is not able to increase performance because of its energy content not enough.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Unterstützung der normalen Regelung des Maschinensatzes bei besonders starken Belastungsänderungen eine Zusatzregelung vorgesehen ist, die, z. B. ausgelöst durch einen bekannten Beharrungsregler, bei starker Entlastung die der Gasturbine zuströmende Treibgasinen:ge nur so lange verringert, -bei starker Belastung dagegen die Energie des Treibgasstrolnes nur so lange erhöht, bis der von der Brennkraftmaschine gelieferte Treibgasstrom auf den neuen Gleichgewichtszustand eingeregelt ist. Der Zusatzregler dient also nur zur Unterstützung der eigentlichen, Regelung und soll nur dann in Tätigkeit treten, wenn die Schwankungen in der Belastung zu schnell vor sich gehen, als daß .der normale Regler ausgleichend wirken kann.The invention consists in that in support of the normal regulation of the machine set in the case of particularly strong changes in load, an additional control is provided that, for. B. triggered by a known inertia regulator at the propellants flowing into the gas turbine are reduced to a high degree of relief: -on the other hand, in the case of heavy loads, the energy of the propellant gas flow only increases as long as until the propellant gas flow supplied by the internal combustion engine reaches the new state of equilibrium regulated is. The additional controller is only used to support the actual control and should only take action when the fluctuations in the load increase proceed quickly so that the normal regulator can have a compensatory effect.

Mit der Dampfturbinenregelung hat die Anordnung gemäß der Erfindung insofern eine gewisse Ähnlichkeit, als man bei diesen Maschinen das ,durch einen Sicherheitsregler ausgelöste Schnell;schlußventil verwendet, welches die Turbine stillsetzt, sowie der Drehzahlanstieg die zulässige Grenze erreicht hat. Dieses Ventil wirkt aber nicht als Regelventil, sondern dient nur zum Stillsetzen der Maschine, und es kann außerdem nicht die zweite wesentliche Funktion des Gegenstandes .der Erfindung erfüllen, nämlich die Leistungserhöhung bei plötzlich starkem Belastungsanstieg.With the steam turbine control, the arrangement according to the invention a certain resemblance in that with these machines you get that, through a Safety regulator triggered quick shut-off valve used which the turbine stops as soon as the increase in speed has reached the permissible limit. This The valve does not act as a control valve, but only serves to shut down the machine, and it can also not perform the second essential function of the object Fulfill the invention, namely the increase in performance when the load suddenly increases.

In der Abbildung ist als Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung eine Anlage dargestellt, bei welcher die vorgeschaltete Brennkraftmaschine lediglich als Energieumformer dient. Der Umformer besteht aus der Verbrennungsmaschine i und dem Verdichter 2. Kraftkolben 3 und Verdichterkolben 4 sind dabei durch .die Kolbenstange 5 unmittelbar miteinander gekuppelt, und zwar in der Weise, daß die Unterfläche des Kolbens 3 und die Oberfläche .des Kolbens 4 die wirksamen Verdichterflächen bilden. 7 und 6 sind die Ein- und Auslaßschieber des Verdichters, die zwangsläufig gesteuert werden. 8 ist das ebenfalls gesteuerte Auslaßventil der Brennkraftmaschine i, g deren Brennstoffventil. In der dargestellten Lage beginnt gerade der Aufwärtsgang des Kolbens 3; die Ventile 6 und 7 haben die Räume io und ii abgeschlossen; das Venti18 ist noch offen. Die Treibgase gelangen aus dem Zylinderraum 12 in die Sammelleitung 13 und gelangen von dieser zur Gasturbine 14, die sie durch das Auspuffrohr 15 verlassen. Der Leistungsregler 16 der Gasturbine 14 wirkt auf das Brennstoffventil g, wie es durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet ist.In the figure is an exemplary embodiment to explain the invention a system shown in which the upstream internal combustion engine only serves as an energy converter. The converter consists of the internal combustion engine i and the compressor 2. Power piston 3 and compressor piston 4 are through .the piston rod 5 coupled directly to one another, in such a way that the lower surface of the piston 3 and the surface .des piston 4 are the effective compressor surfaces form. 7 and 6 are the inlet and outlet slides of the compressor, which inevitably being controlled. 8 is the also controlled exhaust valve of the internal combustion engine i, g their fuel valve. In the position shown, the upward gear is just beginning of the piston 3; the valves 6 and 7 have closed the spaces io and ii; the Venti18 is still open. The propellant gases pass from the cylinder space 12 into the collecting line 13 and pass from this to the gas turbine 14, which they leave through the exhaust pipe 15. The power regulator 16 of the gas turbine 14 acts on the fuel valve g as it does is indicated by the dashed line 17.

Außer den beschriebenen Teilen ist eine Überbrückungsleitung i8 vorgesehen, die die Sammelleitung 13 unmittelbar mit der Auspuffleitung 15 verbindet, und außerdem ein zusätzliches Brennstoffventil ig, das in die Sammelleitung 13 mündet. Die Leitung 18 kann durch einen Schieber 2o mehr oder weniger abgesperrt werden. Brennstoffventil ig und Schieber 2o werden vom Regler 16 aus unter Vermittlung der Steuerglieder 21, 22 verstellt.In addition to the parts described, a bridging line i8 is provided, which connects the collecting line 13 directly to the exhaust line 15, and also an additional fuel valve ig which opens into the collecting line 13. The administration 18 can be more or less blocked by a slide 2o. Fuel valve ig and slide 2o are controlled by the controller 16 through the intermediary of the control elements 21, 22 adjusted.

Solange die Belastungsschwankungen mit normaler Geschwindigkeit vor sich gehen, ist die Zusatzregelung, die durch die Glieder ig und 2o gebildet wird, außer Tätigkeit. Es sei angenommen, es trete eine langsame Entlastung der Turbine 14 ein; der Fliehkraftregler 16 bewegt sich aufwärts und verstellt dadurch den Kolben 23 des Stellgliedes 21 abwärts. Im Kolben 23 sind Bohrungen 24 vorgesehen, durch die eine Steuerflüssigkeit aus dem Raum 25 in den Raum 26 übertreten kann. Infolge der langsamen Bewegung des Kolbens 23 wird eine wirksame Kraft auf die Membranfläche 27 nicht abgesetzt, so daß eine Verschiebung des Hebels 28, der unter der Wirkung der Federn 29 und 30 steht und durch sie in der gezeichneten Mittelstellung gehalten. wird, nicht stattfindet.As long as the load fluctuations go on at normal speed, the additional regulation, which is formed by the elements ig and 2o, is inactive. It is assumed that the turbine 14 is slowly relieved of pressure; the centrifugal governor 16 moves upwards and thereby displaces the piston 23 of the actuator 21 downwards. Bores 24 are provided in the piston 23 through which a control fluid can pass from the space 25 into the space 26. As a result of the slow movement of the piston 23, an effective force is not applied to the diaphragm surface 27, so that a displacement of the lever 28, which is under the action of the springs 29 and 30 and held by them in the center position shown. will not take place.

Es sei min angenommen, daß eine plötzliche Entlastung der Turbine 14 eintrete. Die Folge :davon ist eine sehr schnelle Aufwärtsbewegung der Muffe des Reglers 16 und infolgedessen eine sehr schnelle Abwärtsbewegung des Kolbens 23. Jetzt vermag die im Raum 25 befindliche Steuerflüssigkeit nicht sofort nach dem Raum 26 abzuströmen; es tritt vielmehr im Raum 25 ein erhöhter Druck auf, der zu einer Abwärtsbewegung des Hebels 28 führt. Hierdurch wird die Steueröffnung 4o, durch welche das bei 31 zuströmende öl ausfließen kann, gedrosselt und der Druck im Raum 32 unterhalb des durch eine Feder 33 belasteten Kolbens 34 vergrößert. Der Kolben 34 bewegt sich unter Zusammendrückung der Feder 33 aufwärts und öffnet durch das Gestänge 35 'und 36 den Schieber 2o. Jetzt kann .eine bestimmte Treibgasmenge unmittelbar vom Brennkraftumformer nach der Auspuffleitung 15 abströmen, ohne in der Turbine Arbeit zu leisten. Die Folge davon ist eine starke Verringerung der Turbinenleistung, d. h. eine schnelle Anpassung an den neuen Belastungszustand.It is assumed that the turbine 14 is suddenly relieved of load. The result: this is a very rapid upward movement of the sleeve of the regulator 16 and consequently a very rapid downward movement of the piston 23. Now the control fluid in space 25 cannot flow immediately to space 26; Rather, an increased pressure occurs in the space 25, which leads to a downward movement of the lever 28. As a result, the control opening 4o, through which the oil flowing in at 31 can flow out, is throttled and the pressure in the space 32 below the piston 34 loaded by a spring 33 is increased. The piston 34 moves upwards under compression of the spring 33 and opens the slide 2o through the rods 35 'and 36. A certain amount of propellant gas can now flow off directly from the internal combustion converter to the exhaust line 15 without doing any work in the turbine. The consequence of this is a strong reduction in the turbine output, ie a rapid adaptation to the new load condition.

Tritt umgekehrt der Fall ein, daß die Belastung der Turbine plötzlich stark ansteigt, so verläuft der eben beschriebene Vorgang in der umgekehrten Richtung. Der Kolben 34 wird infolge Vergrößerung der Ausflußöffnung 4o und der entsprechenden Druckverminderung im Raum 32: durch die Kraft der Feder 33 abwärts bewegt und öffnet durch das Gestänge 37 und 38 das bisher durch die Federn 3g geschlossen gehaltene Brennstoffventil 1g. In den heißen Treibgasstrom tritt jetzt Zusatzbrennstoff ein, der gezündet wird und dadurch den Energieinhalt des Treibgasstromes vergrößert, so daß der plötzlichen Belastungszunahme eine vergrößerte Energiemenge schnell zugeordnet wird.Conversely, if the case occurs that the load on the turbine suddenly occurs increases sharply, the process just described proceeds in the opposite direction. The piston 34 is due to the enlargement of the outflow opening 4o and the corresponding Pressure reduction in space 32: moved downwards by the force of spring 33 and opens by the linkage 37 and 38 that previously held closed by the springs 3g Fuel valve 1g. Additional fuel now enters the hot propellant gas flow, which is ignited and thereby increases the energy content of the propellant gas flow, so that the sudden increase in load is quickly assigned an increased amount of energy will.

Sobald der Mehr- oder Minderbetrag an Treibgasenergie durch die Zusatzregelung ausgeglichen ist und die durch den Regler 16 eingeleitete normale Regelung der Turbine sich dem neuen Belastungsfalle angehaßt hat, wird die Zusatzregelung wirkungslos.As soon as the excess or shortfall in green gas energy is due to the additional regulation is balanced and the normal control of the turbine initiated by the controller 16 themselves The additional regulation becomes ineffective.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasüurbinenanlage, bei der die Abgase einer vorgeschalteten Brennkraftm,aschine die Treibgase für die Gasturbine bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der normalen Regelung des Maschinensatzes bei besonders starken Belastungsänderungen eine Zusatzregelung vorgesehen ist, die, z. B. ausgelöst durch einen bekannten Beharrungsregler, bei starker Entlastung die der Gasturbine zuströmende Treibgasmenge nur so lange verringert, bei starker Delastung dagegen die Energie des Treibt' nur so lange erhöht, bis der von der Brennkraftmaschine gelieferte Treibgasstrom auf den neuen Gleichgewichtszustand eingeregelt ist. PATENT CLAIMS: i. Gas turbine system in which the exhaust gases are connected to an upstream Brennkraftm, aschine form the propellant gases for the gas turbine, characterized in that, that to support the normal control of the machine set with particularly strong Load changes an additional regulation is provided which, for. B. triggered by a well-known steady-state regulator, the one flowing into the gas turbine when the load is heavily relieved The amount of propellant gas is only reduced for so long, but the energy is reduced when the load is high des drives' only increased until the propellant gas flow supplied by the internal combustion engine is adjusted to the new state of equilibrium. 2. .Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß die Treibgasleitung (i3) mit einem Ventil (i9) für Zusatzbrennstoff ausgerüstet ist, das bei plötzlicher Belastung der Turbine durch den Beharrungsr.egler geöffnet wird und Brennstoff in den Treibgasstrom eintreten läßt. 2.. Plant according to claim i, characterized in that the propellant gas line (i3) with a valve (i9) for Auxiliary fuel is equipped that by sudden load on the turbine the steady-state regulator is opened and fuel enters the propellant gas flow leaves. 3. Anlage nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dein Leistun.gsregler (i6) eine Vorrichtung (2i) gekuppelt ist, welche nur bei plötzlicher Belastungsänderung die Zusatzregelung in Tätigkeit setzt, bei langsam verlaufender Belastungsänderung dagegen wirkungslos bleibt.3. System according to claim i or 2, characterized in that with your Leistun.gsgler (i6) a device (2i) is coupled, which only in the event of a sudden change in load the additional regulation activates, in the event of a slow change in load on the other hand remains ineffective.