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Die
gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung
mit der Nr. 2001-207266 , angemeldet am 9. Juli 2001, inklusive
Beschreibung, Ansprüche,
Zeichnungen und Zusammenfassung, werden unter Bezugnahme zum Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Einzelwellen-Anlage mit einer Gasturbine
und einer Dampfturbine, die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden
sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einzelwellen-Anlage,
die dann verwendbar ist, wenn eine Kupplung zwischen der Gasturbine
und einer Dampfturbine eingesetzt ist.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Eine
Einzelwellen-Anlage, die eine Gasturbine und eine Dampfturbine aufweist,
die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden sind, ist
eine Anlage mit hoher Effizienz, involviert minimale Emissionen
schädlicher
Substanzen (NOx, usw.) und ist darüber hinaus flexibel bei der
Bewältigung
täglicher Veränderungen
beim Verbrauch elektrischer Energie.
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3 ist
ein Aufbau-Diagramm einer konventionellen Einzelwellen-Anlage. Wie
in dieser Zeichnung gezeigt, sind eine Gasturbine 1 sowie
eine Dampfturbine 2 mittels einer einzelnen Welle 3 miteinander
verbunden und ein elektrischer Generator (im Anschluss als Generator
bezeichnet) 4 ist ebenso mit der Welle 3 verbunden.
Sowohl Gas als auch Öl sind
als Brennstoffe für
die Gasturbine 1 erhältlich und
ein Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 ist an einer Brennstoffgas-Zufuhrleitung 5 vorgesehen,
die zu der Gasturbine 1 führt, während ein Brennstofföl-Steuerungsventil 8 an
einer Brennstofföl-Zufuhrleitung 7 vorgesehen
ist, die zur Gasturbine 1 führt. Diese Steuerungsventile 6 und 8 weisen
Ventilöffnungen auf,
die durch die Einstellung von Steuerungs-Öldrücken (Betriebsöl-Druck)
eingestellt werden, wodurch die Mengen an Brennstoffgas und Brennstofföl gesteuert
werden, die zur Gasturbine 1 zugeführt werden. Ein Dampf-Leitventil 10 ist
an einer Dampf-Zufuhrleitung 9 vorgesehen, die zur Dampfturbine 2 führt. Das
Dampf-Leitventil 10 weist
ebenso eine Ventilöffnung
auf, die durch die Einstellung eines Steuerungsöldrucks (Druck eines Betriebsöls) eingestellt
wird, wodurch die Steuerung der Menge des zur Dampfturbine 2 zugeführten Dampfs
erfolgt.
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Die
oben beschriebene Einzelwellen-Anlage ist mit einem Not-Abschalt-Ölsystem
versehen, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Das bedeutet, dass eine
Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 zum
Abschalten des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6,
und eine Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 zum
Abschalten des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 als
Gasturbinen-Notaus-Ölleitungen
vorliegen. Ein elektromagnetisches Auslöseventil 13 für ein Brennstoffgas-Steuerungsventil
ist an der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 vorgesehen,
während
ein elektromagnetisches Auslöseventil 14 für ein Brennstofföl-Steuerungsventil
an der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 vorgesehen ist.
Somit wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 13 für das Brennstoffgas-Steuerungsventil
geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 zu
erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstoffgas
durch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 gesteuert werden. Wenn
das elektromagnetische Auslöseventil 14 für das Brennstofföl-Steuerungsventil
nicht mehr mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 1 durch
das Brennstoffgas betrieben werden. Auf der anderen Seite wird nur
das elektromagnetisch Auslöseventil 14 für das Brennstofföl-Steuerungsventil
geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zu
erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an Brennstofföl, die zu
dem Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zugeführt wird,
gesteuert werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 13 für das Brennstoffgas-Steuerungsventil
nicht mehr mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 1 mit
Brennstofföl
betrieben werden.
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Eine
Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 zum
Abschalten des Dampfleitventils 10 ist an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung
vorgesehen. Ein elektromagnetisches Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil
ist an der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 vorgesehen.
Wenn Dampf zur Dampfturbine 2 zugeführt werden soll, wird das elektromagnetische
Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil
geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Dampfleitventil 10 zur
Verfügung
zu stellen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Dampf
durch das Dampfleitventil 10 gesteuert werden.
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Das
elektromagnetische Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil
ist ebenso mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und
der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 über Prüfventile 17 und 18 verbunden.
Das Prüfventil 17 ermöglicht den
Strom von Notaus-Öl
von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 auf das
elektromagnetische Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil
hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie
dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 18 ermöglicht den
Strom eines Notaus-Öls
von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 auf
das elektromagnetische Auslöseventil 16 des
Dampfleitventils hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter
Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet
ist.
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Die
elektromagnetischen Auslöseventile 13, 14 und 16 des
Notaus-Ölsystems
werden mittels eines Interlock-Schaltkreises (nicht gezeigt) in
der im Folgenden beschriebenen Weise betätigt.
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Wenn
die Gasturbine 1 durch Brennstoffgas betrieben werden soll,
wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils
geschlossen (mit Energie versorgt), um nur die Arbeit des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6 zu
ermöglichen.
In diesem Fall wird das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils
offen gehalten (nicht mit Energie versorgt), um zu verhindern, dass
Brennstofföl
ungewollt zur Gasturbine 1 zugeführt wird. Wenn die Gasturbine 1 mit
Brennstofföl
betrieben werden soll, wird jedoch nur das elektromagnetische Auslöseventil 14 des
Brennstofföl-Steuerungsventils
geschlossen (mit Energie versorgt), um nur die Arbeit des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 zu
ermöglichen.
In diesem Fall wird das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstofföl-Steuerungsventils
offen gehalten (nicht mit Energie versorgt), um zu verhindern, dass Brennstoffgas
ungewollt zur Gasturbine 1 zugeführt wird.
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Mit
der konventionellen Einzelwellen-Anlage werden die Gasturbine 1 und
die Dampfturbine 2 zusammen gestartet. Zu diesem Zwecke
werden das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils
oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des
Brennstofföl-Steuerungsventils geschlossen
(mit Energie versorgt), um die Gasturbine 1 zu starten.
Zu diesem Zeitpunkt wird auch das elektromagnetische Auslöseventil 16 des
Dampfleitventils geschlossen (mit Energie versorgt), um das Dampfleitventil 10 betreibbar
zu machen, wodurch die Dampfturbine 2 ebenso gestartet
wird.
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Wenn
die Gasturbine 1 gestoppt werden soll, werden das elektromagnetische
Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils
(oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils)
Größe, um das
Notaus-Öl von dem Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 (oder
dem Brennstofföl-Steuerungsventil 8) über die
Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 (oder
die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12) freizugeben.
Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 (oder
das Brennstofföl-Steuerungsventil 8)
zu verschließen,
wodurch die Zufuhr von Brennstoffgas (oder von Brennstofföl) gestoppt
wird. Wenn die Dampfturbine 2 gestoppt werden soll, wird auch
das mit Energie versorgte elektromagnetische Auslöseventil 16 des
Dampfleitventils geöffnet,
um das Notaus-Öl
von dem Dampfleitventil 10 über die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 freizugeben.
Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Dampfleitventil 10 zu
verschließen,
wodurch die Zufuhr von Dampf gestoppt wird.
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Mit
der konventionellen Einzelwellen-Anlage ist es darüber hinaus übliche Praxis,
nur die Dampfturbine 2 zu stoppen, während die Gasturbine 1 weiter
arbeitet. Daher wird das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils
mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 über die
Prüfventile 17 und 18 verbunden,
wie dies oben bereits beschrieben wurde. Aufgrund dieses Aufbaus
werden dann, wenn das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils
Größe wird
(mit Energie versorgt wird) nicht nur das Notaus-Öl
des Dampfleitventils 10, sondern auch die Notaus-Öle des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6 und
des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 freigegeben,
um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 und
das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zu
verschließen. Hierdurch
können
die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 zuverlässig zur
gleichen Zeit gestoppt werden. Somit kann im Falle des Auftretens
eines Unfalls in der Gasturbine 1 verhindert werden, dass
das elektromagnetische Auslöseventil 13 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des
Brennstofföl-Steuerungsventils aufgrund
eines Zusammenbruchs sich nicht öffnen können, wodurch
die Zufuhr von Brennstoffgas oder Brennstofföl zur Gasturbine 1 weiter
fortgeführt
würde,
um so das Ausmaß des
Unfalls noch zu vergrößern.
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In
letzter Zeit wurde stärker
gefordert, die Konstruktionskosten für eine oben beschriebene Einzelwellen-Anlage weiter zu
verringern. Die konventionelle Einzelwellen-Anlage beinhaltete die folgenden Faktoren
hinter diesem Kostenanstieg:
- (1) Da die Gasturbine 1 und
die Dampfturbine 2 gleichzeitig gestartet werden, besteht
eine Notwendigkeit für
einen Thyristor (Starter), der in der Lage ist, ein hohes Startdrehmoment
zu erzeugen.
- (2) Da die Dampfturbine 2 sich ebenso zum Zeitpunkt
des Starts zusammen mit der Gasturbine 1 dreht, muss Kühldampf
zur Dampfturbine 2 zugeführt werden, so dass die Schaufeln
der Dampfturbine 2 nicht thermisch aufgrund eines Wirbelverlusts
expandieren. Bevor jedoch die Generatorleistung von der Gasturbine 1 ansteigt,
kann ein Abgas-Boiler, der Dampf aus dem Abgas von der Gasturbine 1 erzeugt,
keinen Dampf bilden, der in die Dampfturbine 2 zugeführt werden
könnte.
Somit erhöht
sich bis der Abgas-Boiler
Dampf ausbildet, der zur Dampfturbine 2 zugeführt werden
könnte,
die Notwendigkeit für
einen Zusatzboiler mit einer sehr hohen Kapazität, die dazu ausreicht, die
Dampfturbine 2 mit Dampf zu versorgen, der zur Abkühlung der
Dampfturbine ausreicht.
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Um
die Konstruktionskosten zu reduzieren, wurde nunmehr für eine Einwellen-Anlage,
wie sie in 4 gezeigt ist, vorgeschlagen,
eine Kupplung 21 vorzusehen, die zwischen einer Gasturbine 1 (Generator 4)
und einer Dampfturbine 2 eingesetzt ist und in der Lage
ist, die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 miteinander
zu verbinden oder voneinander zu trennen. Mit dieser Einwellen-Anlage
unter Verwendung der Kupplung 21 werden nun die Gasturbine 1 und
der Generator 4 gestartet, wobei die Gasturbine 1 und
die Dampfturbine 2 voneinander durch die Kupplung 21 getrennt
sind. Wenn die Gasturbine 1 eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit
erreicht, wird der Generator 4 mit einem Energiesystem
verbunden. Nach der Verbindung des Generators 4 mit dem
Energiesystem wird Dampf, der vom Abgas-Boiler (nicht gezeigt) unter
der Verwendung des Abgases von der Gasturbine 1 erzeugt
wird, zur Dampfturbine 2 zum Zeitpunkt zugeführt, wenn
der Dampf zur Dampfturbine 2 zuführbar ist, wodurch die Dampfturbine 2 gestartet
wird. Nachdem die Dampfturbine 2 eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit
erreicht hat, wird die Kupplung 21 in Eingriff gebracht,
um das Drehmoment der Dampfturbine 2 auf dem Generator 4 zu übertragen.
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Gemäß dieser
Einzelwellen-Anlage unter Verwendung der Kupplung 21 werden
nur die Gasturbine 1 und der Generator 4 zu Beginn
gestartet, so dass die Kapazität
des Thyristors, die zum Starten notwendig ist, verringert werden
kann (die Kapazität kann
in einem Maß verringert
werden, das mit dem Gewicht der Dampfturbine 2 korrespondiert.
Darüber hinaus
dreht sich während
einer Zeitdauer, bei der nur die Gasturbine 1 und der Generator 4 betrieben werden,
die Dampfturbine 2 bei niedriger Geschwindigkeit, was keinen
Kühldampf
erforderlich macht. Somit kann die Kapazität des Zusatzboilers verringert
werden.
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Wenn
jedoch die Kupplung 21 zur in 3 gezeigten
konventionellen Einzelwellen-Anlage hinzugefügt wird, um die Kapazität des Thyristors
oder des Zusatz-Gasboilers zu verringern, entstehen die nachfolgend
angegebenen Probleme:
- (1) Die die Kupplung 21 verwendende
Einzelwellen-Anlage erfordert, dass nur die Gasturbine 1 betrieben
wird, während
die Dampfturbine 2 gestoppt bleiben kann. Das bedeutet,
dass dann, wenn ein Betrieb unter leichter Belastung oder unter
keiner Belastung durchgeführt
wird, wie etwa bei einer Lastabschaltung oder in einem Hilfslast-Betrieb,
es für
den Abgas-Boiler unmöglich ist,
Dampf mit einem Druck und einer Temperatur zu erzeugen, die ausreichen,
in die Dampfturbine 2 zugeführt zu werden. In diesem Fall
kann die konventionelle Einwellen-Anlage die Dampfturbine 2 zusammen
mit der Gasturbine 1 durch Zufuhr von Kühldampf vom Zusatzboiler zur
Dampfturbine 2 rotierend halten. Mit der die Kupplung 21 verwendenden
Einwellen-Anlage ist jedoch auf der anderen Seite ein Zusatzboiler
mit einer ausreichend hohen Kapazität, um Kühldampf für die Dampfturbine zu erzeugen,
nicht vorgesehen (dies kann die Anlagenkosten verringern), wie dies
bereits vorher angemerkt wurde. Somit besteht keine andere Wahl
als nur die Dampfturbine 2 zu stoppen, wenn ein Betrieb
unter geringer Belastung oder ohne Belastung durchgeführt wird. Mit
dem in 3 gezeigten Aufbau des Notaus-Ölsystems werden jedoch dann,
wenn das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils
Größe wird,
nicht nur das Ventil-Leitventil 10 sondern
auch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 und das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 verschlossen.
Somit ist es unmöglich,
nur die Dampfturbine 2 zu stoppen.
- (2) Wenn die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 von der
Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und
der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 ohne
Vorsehen der Prüfventile 17 und 18 getrennt
wird, kann das nachfolgend angegebene Problem auftreten: unter der Annahme,
dass das elektromagnetische Auslassventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils oder
das elektromagnetische Auslöseventil 14 des
Brennstofföl-Steuerungsventils
sich nicht aufgrund eines Zusammenbruchs öffnet, wenn ein Unfall der
Gasturbine 1 auftritt, kann die Gasturbine 1 nicht
gestoppt werden und somit wird die Gasturbine 1 zerstört. Die DE 4426354 offenbart eine
Einzelwellen-Anlage mit einer Kupplung und einem Generator zwischen
der Dampfturbine und der Gasturbine, so dass die Gasturbine allein
betrieben werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände gemacht.
Ihr Ziel ist es, eine Einzelwellen-Anlage zur Verfügung zu stellen,
die mit einem Notaus-Ölsystem
ausgestattet ist, das nur eine Dampfturbine stoppen kann, und das eine
Gasturbine zuverlässig
auch dann stoppen kann, wenn sich ein an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehenes Auslöseventil
(d. h. ein elektromagnetisches Ventil eines Brennstoffgas-Steuerungsventils
oder ein elektromagnetisches Auslöseventil eines Brennstofföl-Steuerungsventils)
sich aufgrund eines Zusammenbruchs nicht öffnen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Einzelwellen-Anlage
zur Verfügung
gestellt, die eine Gasturbine umfasst, die mittels einer einzelnen
Welle miteinander verbunden sind, und einer Kupplung, die zwischen
der Gasturbine und der Dampfturbine eingesetzt ist, wodurch die
Gasturbine und die Dampfturbine miteinander verbunden oder voneinander
getrennt werden können,
des Weiteren umfassend:
ein Notaus-Ölsystem, das eine Gasturbinen-Notaus-Ölleitung
sowie eine Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung
beinhaltet, und wobei
dann, wenn ein Auslöseventil, das an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen ist, geöffnet wird, ein
Notaus-Öl
von einem Ventil freigegeben wird, das an der Brennstoffzufuhrleitung
vorgesehen ist, über die
Gasturbinen-Notaus-Ölleitung,
wodurch nur das Ventil, das an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen
ist, geschlossen wird, um die Zufuhr von Brennstoff zu der Gasturbine
zu stoppen,
dann, wenn ein Auslöseventil, das an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung
vorgesehen ist, geöffnet wird,
ein Notaus-Öl
von einem Ventil freigegeben wird, das an der Dampfzufuhrleitung
vorgesehen ist, über
die Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung,
wodurch nur das Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen
ist, geschlossen wird, um die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine
zu stoppen,
ein Haupt-Auslöseventil
mit der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung
und der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung über Prüfventile
verbunden ist, und
dann, wenn das Haupt-Auslöseventil
geöffnet
wird, die Notaus-Öle von dem
Ventil freigegeben werden, welches an der Brennstoffzufuhrleitung
vorgesehen ist, und dem Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen
ist, über
die Gasturbinen-Notaus-Ölleitung
und Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung,
wodurch sowohl das Ventil, das an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen
ist, als auch das Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen
ist, geschlossen werden, um die Zufuhr von Brennstoff zur Gasturbine und
die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine zu stoppen.
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Die
Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die dann auftretenden Probleme, wenn eine Kupplung
an einer Einzelwellen-Anlage verwendet wird, lösen. Das bedeutet, dass durch Öffnung nur
des an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung
vorgesehen Auslöseventils
nur die Dampfturbine gestoppt werden kann, wobei die Gasturbine
im Betrieb verbleibt. Darüber
hinaus wird beim Stoppen sowohl der Dampfturbine als auch der Gasturbine
das Haupt-Auslöseventil
geöffnet,
wodurch die Gasturbine und die Dampfturbine zuverlässig gestoppt
werden können.
Somit kann auch dann, wenn der Auslöseventil, das an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung
vorgesehen ist, sich nicht aufgrund eines Zusammenbruchs öffnet, wenn
ein Unfall in der Gasturbine auftritt, beispielsweise die Gasturbinen
sicher gestoppt werden. Infolgedessen kann eine Einzelwellen-Anlage bei geringeren
Kosten als in früheren
Technologien unter Verwendung der Kupplung hergestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständig aus der detaillierten
Beschreibung verständlich,
die im Anschluss und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
angegeben wird, welche nur zu illustratorischen Zwecken beiliegen
und somit für
die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind, und in denen:
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1 ein
Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Verriegelungs-Schutzschaltkreisdiagramm zur Betätigung jeweiliger elektromagnetischer
Ventile eines Notaus-Ölsystems
ist, das in der Einzelwellen-Anlage vorgesehen ist;
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3 ein
Aufbaudiagramm einer konventionellen Einzelwellen-Anlage ist; und
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4 ein
Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage ist, die eine Kupplung
verwendet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr detailliert unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die die Erfindung
in keiner Weise beschränken.
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1 ist
ein Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein
Verriegelungs-Schutzschaltkreisdiagramm zur Betätigung der jeweiligen elektromagnetischen
Ventile des Notaus-Ölsystems,
das in der Einzelwellen-Anlage vorgesehen ist.
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Wie
in 1 gezeigt, sind eine Gasturbine 31 und
eine Dampfturbine 32 mittels einer einzelnen Welle 33 miteinander
verbunden und ein Generator 34 ist ebenso mit der Welle 33 verbunden.
Sowohl Gas als auch Öl
sind als Brennstoffe für
die Gasturbine 31 erhältlich
und ein Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 ist
an einer zur Gasturbine 31 führenden Brennstoffgas-Zufuhrleitung 35 vorgesehen,
während
ein Brennstofföl-Steuerungsventil 38 an
einer Brennstofföl-Zufuhrleitung 37,
die zu der Gasturbine 31 führt, vorgesehen ist. Diese
Steuerungsventile 36 und 38 weisen Ventilöffnungen
auf, die durch Einstellung der Steuerungsöldrücke (Drücke der Betriebsöle) eingestellt
werden, um hierdurch die Mengen an Brennstoffgas und Brennstofföl, die zur
Gasturbine 31 zugeführt
werden, zu steuern. Ein Dampfleitventil 40 ist an einer
zur Dampfturbine 32 führenden Dampfzufuhrleitung 39 vorgesehen.
Das Dampfleitventil 40 weist auch eine Ventilöffnung auf,
die durch Einstellung eines Steuerungsöldrucks (Druck eines Betriebsöls) eingestellt
wird, um hierdurch die Menge an zur Dampfturbine 32 zugeführten Dampfs
zu steuern.
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Eine
Kupplung 41 ist zwischen der Gasturbine 31 (Generator 34)
und der Dampfturbine 32 eingesetzt, wodurch die Gasturbine 31 und
die Dampfturbine 32 miteinander verbunden oder voneinander
getrennt werden können.
Diese Erfindung verkleinert die Kapazität eines Thyristors oder (nicht
gezeigten) Hilfsboilers. Als Kupplung 41 kann eine Kupplung
mit einer schraubenförmigen
Keilverzahnungs-Struktur verwendet werden, oder eine andere Art
von Kupplung kann verwendet werden.
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Mit
dieser Einzelwellen-Anlage unter Verwendung der Kupplung 41 werden
nur die Gasturbine 31 und der Generator 34 zu
Beginn gestartet und die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 bleiben
voneinander mittels der Kupplung 41 getrennt. Wenn die Gasturbine 31 eine
gewünscht
Rotationsgeschwindigkeit erreicht, wird der Generator 34 mit
einem Energiesystem verbunden. Nach der Verbindung des Generators 34 mit
dem Energiesystem wird Dampf, der von einem Abgas-Boiler (nicht
gezeigt) unter Verwendung des Abgases von der Gasturbine 31 erzeugt
wird, zur Dampfturbine 32 zu dem Zeitpunkt zugeführt, wenn
der Dampf der Dampfturbine 32 zuführbar wird, wodurch die Dampfturbine 32 gestartet wird.
Nachdem die Dampfturbine 32 eine vorab festgelegte Drehgeschwindigkeit
erreicht, kommt die Kupplung 41 in Eingriff, um das Drehmoment
der Dampfturbine 32 auf den Generator 34 zu übertragen.
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Die
die Kupplung 41 verwendende Einzelwellen-Anlage ist mit
einem Notaus-Ölsystem
versehen, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Das bedeutet, dass
eine Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 zum
Abschalten des Brennstoffgas-Steuerungsventils 36 und eine
Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 zum
Abschalten des Brennstofföl-Steuerungsventils 38 als Gasturbinen-Notaus-Ölleitungen vorliegen. Eine elektromagnetisches
Auslöseventil 44 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils ist an der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 vorgesehen,
während
ein elektromagnetisches Auslöseventil 45 eines
Brennstofföl-Steuerungsventils
an der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 vorgesehen
ist.
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Somit
wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils geschlossen
(mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 zu
erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstoffgas
durch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 gesteuert werden.
Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 45 des
Brennstofföl-Steuerungsventils
in diesem Zustand nicht mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 31 mit
Brennstoffgas betrieben werden. Auf der anderen Seite wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 45 des
Brennstofföl-Steuerungsventils geschlossen
(mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstofföl-Steuerungsventil 38 zu
erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstofföl durch
das Brennstofföl-Steuerungsventil 38 gesteuert
werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils
in diesem Zustand nicht mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 31 mit
Brennstofföl
betrieben werden.
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Eine
Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 zum
Abschalten des Dampfleitventils 40 im Falle eines Notfalls
ist als Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen.
Ein elektromagnetisches Auslöseventil 47 für das Dampfleitventil
ist an der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 vorgesehen.
Wenn Dampf zur Dampfturbine 32 zugeführt werden soll, wird das elektromagnetische
Auslöseventil 47 des
Dampfleitventils geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Dampfleitventil 40 zu
erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Dampf
durch das Dampfleitventil 40 gesteuert werden.
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Wenn
die Gasturbine 31 gestoppt werden soll, wird das elektromagnetische
Auslöseventil 44 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils
(oder das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils)
geöffnet,
um das Notaus-Öl von
dem Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 (oder dem Brennstofföl-Steuerungsventil 38) über die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 (oder
die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43)
freizugeben. Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus,
um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 (oder das Brennstofföl-Steuerungsventil 38)
zu verschließen,
wodurch die Zufuhr von Brennstoffgas (oder von Brennstofföl) gestoppt
wird. Wenn die Dampfturbine 32 gestoppt werden soll, wird
das mit Energie versorgte elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils
geöffnet,
um das Notaus-Öl
von dem Dampfleitventil 40 über die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 freizugeben.
Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Dampfleitventil 40 zu
verschließen,
wodurch die Zufuhr von Dampf gestoppt wird. Anders als in einer
konventionellen Einwellen-Anlage sind das elektromagnetische Auslöseventil 47 des
Dampfleitventils, die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 sowie
die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 nicht
durch Prüfventile
miteinander verbunden. In anderen Worten sind die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42,
die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 sowie
die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 unabhängig voneinander.
Daher wird dann, wenn das elektromagnetische Auslöseventil 47 des
Dampfleitventils geöffnet
wird, das Notaus-Öl
des Brennstoffgas-Steuerungsventils 36 oder des Brennstofföl-Steuerungsventils 38 nicht
freigegeben, sondern nur die Dampfturbine 32 wird gestoppt.
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In
der Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist darüber
hinaus ein elektromagnetisches Haupt-Auslöseventil 51 mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42,
der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 und
der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 über Prüfventile 48, 49 und 50 verbunden.
Das Prüfventil 48 ermöglicht den
Strom eines Notaus-Öls
von der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 auf das
elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 41 hin,
blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies
durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 49 ermöglicht den
Strom eines Notaus-Öls
von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 auf
das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 hin, blockiert
jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die
Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 50 ermöglicht den
Strom eines Notaus-Öls
von der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 auf
das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 61 hin, blockiert
jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die
Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist.
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Ein
Beispiel eines Verriegelungs-Schutzschaltkreises für die Betätigung der
elektromagnetischen Auslöseventile 48, 49 und 50 des
Notaus-Ölsystems
wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Wie
in 2 gezeigt, werden dann, wenn ein Brennstoffgas-Auswahlsignal S1
bei Vorliegen eines Gasturbinen-Brennstoffeintritts-Befehlsignals
S2 und bei Abwesenheit eines Turbinen-Notstopps-Befehlsignals S4
existiert, ein Betätigungssignal
S7 für
ein elektromagnetisches Auslöseventil
des Brennstoffgas-Steuerungsventils ausgegeben, um das elektromagnetische
Auslöseventil 44 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils
mit Energie zu versorgen (zu verschließen). Wenn ein Brennstofföl-Auswahlsignal S3
in Anwesenheit des Gasturbinen-Brennstoffeintritts-Befehlssignals
S2 und bei Abwesenheit des Turbinen-Notstopps-Befehlssignals 94 vorliegt,
wird ein Energieversorgungssignal S8 für das elektromagnetische Auslöseventil
des Brennstofföl-Steuerungsventils
ausgegeben, um das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils
mit Energie zu versorgen (zu verschließen). Wenn kein Turbinen-Notstoppsignal S4
vorliegt, wird ein Energieversorgungssignal S9 des elektromagnetischen
Haupt-Auslöseventils
ausgegeben, um das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 mit Energie
zu versorgen (zu verschließen).
Wenn ein Dampfturbinen-Energieversorgungs-Befehlssignal S6
in Abwesenheit des Turbinen-Notstoppsignals S4 und in Abwesenheit
eines Dampfturbinen-Stopp-Befehlssignals S5 vorliegt, wird ein Energieversorgungssignal
S10 des elektromagnetischen Auslöseventils
des Dampfleitventils ausgegeben, um das elektromagnetische Auslöseventil 47 des
Dampfleitventils mit Energie zu versorgen (zu verschließen).
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Wenn
das Dampfturbinen-Stopp-Befehlssignal S5 erzeugt wird, um nur die
Dampfturbine 32 unter leichter Last oder keiner Last zu
stoppen, wird das Energieversorgungssignal S10 des elektromagnetischen
Auslöseventils
des Dampfleitventils OFF, um das elektromagnetische Auslöseventil 47 des
Dampfleitventils nicht mit Energie zu versorgen (zu öffnen), woraufhin
nur die Dampfturbine 32 gestoppt wird. Wenn das Turbinen-Notstopp-Befehlssignal
S4 erzeugt wird, werden das Energieversorgungssignal S7 des elektromagnetischen
Auslöseventils
des Brennstoffgas-Steuerungsventils, das Energieversorgungssignal
S8 des elektromagnetischen Auslöseventils
des Brennstofföl-Steuerungsventils
und das Energieversorgungssignal S10 des elektromagnetischen Auslöseventils
des Dampfleitventils OFF, um das elektromagnetische Ventil 44 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils,
das elektromagnetische Auslöseventil 45 des
Brennstofföl-Steuerungsventils
und das elektromagnetische Ventil 47 des Dampfleitventils
nicht mit Energie zu versorgen (zu öffnen). Somit werden die Gasturbine 31 und
die Dampfturbine 32 gestoppt. Zusätzlich wird auch ein Energieversorgungssignal
S9 eines elektromagnetischen Haupt-Auslöseventils
OFF, um das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 nicht
mit Energie zu versorgen (zu öffnen).
Infolgedessen werden die Dampfturbine 32 und die Gasturbine 31 ohne
Fehlfunktion gestoppt.
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Wie
oben bereits diskutiert, kann die Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die Probleme, die dann auftreten, wenn eine Kupplung in einer Einzelwellen-Anlage
verwendet wird, lösen.
Das bedeutet, dass durch Öffnung nur
des elektromagnetischen Auslöseventils 47 des Dampfleitventils
nur die Dampfturbine 32 gestoppt werden kann, und wobei
die Gasturbine 31 im Betrieb verbleibt. Darüber hinaus
wird beim Stoppen sowohl der Gasturbine 31 als auch der
Dampfturbine 32 das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 geöffnet, wodurch
die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 zuverlässig gestoppt
werden können.
Somit kann auch beispielsweise in dem Fall, dass das elektromagnetische
Auslöseventil 44 des
Brennstoffgas-Steuerungsventils
oder das elektromagnetische Auslöseventil 45 des
Brennstofföl-Steuerungsventils
aufgrund eines Zusammenbruchs, wenn ein Unfall in der Gasturbine 31 auftritt,
sich nicht öffnen,
die Gasturbine 31 sicher gestoppt werden. Infolgedessen
kann eine Einzelwellen-Anlage bei niedrigeren Kosten als in früheren Technologien
unter Verwendung der Kupplung 41 hergestellt werden.