DE858047C - Gas turbine plant - Google Patents

Description

Gasturbinenanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturl>inerraiilage und kennzeichnet sich im wesentlichen durch die Kombination zweier oder mehrerer getrennter Motorgaserzeuger mit einer davon gespeisten Gasturbine, die voneinander getrennte Einlässe aufweist, und zwar mindestens einen für jeden Motorgaserzeuger der Anlage. Die Einlässe können in je einen getrennten Sektor des Turbineneinlasses einmünden. jeder Einlaß ist zweckmäßig mit einer besonderen Kammer versehen, die als Einheit für sich ausgebildet und von den übrigen Einlaßkammern getrennt ist. Die zur Anlage gehörige Turbine weist vorzugsweise ein Gleichdruckrad, gegebenenfalls mit zwei oder mehreren Geschwindigkeitsstufen, auf, wobei das Wärn%egefälle in den Gleitschaufeln des Gleichdruckrades so groß ist, daß, wenn sämtliche Gaserzeuger Gas in die Turbine liefern und diese mit voller Belastung läuft, das Druckgefälle in den Leitschaufeln kritisch oder so nahe kritisch ist, daß die Gasströmung aus einem Erzeuger die Gasströmung aus einem anderen Erzeuger nicht nennenswert beeinflußt.Gas turbine plant The present invention relates to a Gasturl> inerraiilage and is essentially characterized by the combination two or more separate engine gas generators with a gas turbine fed by them, which has separate inlets, at least one for each The plant's engine gas generator. The inlets can each be in a separate sector of the Open into the turbine inlet. each inlet is convenient with a special chamber provided, which is designed as a unit and from the rest of the inlet chambers is separated. The turbine belonging to the system preferably has a constant pressure wheel, optionally with two or more speed levels, whereby the heat gradient in the vanes of the impeller is so large that when all gas generators Deliver gas to the turbine and it runs at full load, the pressure gradient in the guide vanes is critical or so close to critical that the gas flow out one generator does not significantly influence the gas flow from another generator.

Die Erfindung ist im folgenden näher unter Hinweis auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei weitere die Erfindung kennzeichnende Merkmale angegeben sind.The invention is described in more detail below with reference to one in the Drawing illustrated embodiment described, with further the invention characteristic features are indicated.

Fig. i zeigt im axialen Längsschnitt ein Beispiel einer zu einer Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung gehörenden Gasturbine; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i ; Fig. 3 bis 6 veranschaulichen verschiedene Lagen einer Steuervorrichtung zur Regelung der Einlaßventile für das Treibgas in die Turbine. Bei der in den Fig. i und 2 dargestellten Turbine bezeichnet i das Turbinengehäuse und 2 die Turbinenwelle. Die Turbinenwelle trägt nach dem Beispiel zwei Turbinenräder 3 und 4 für Vorwärtsgang sowie ein Turbinenrad 5 für Rückwärtsgang. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der ringförmige Einlaßraum 6 für das Druckmittel der Vorwärtsturbine und vorzugsweise auch der entsprechende Einlaßraum 7 für die Rückwärtsturbine in voneinander getrennte Sektoren 8, 9, io und i i aufgeteilt, von denen sich jeder über einen gleich großen Teil des Umfanges erstreckt. An jeden dieser Sektoren ist ein besonderer Einlaß 12, 13, 14 bzw. i s angeschlossen, und jeder dieser Einlässe weist Ventile auf, welche die Treibgaszufuhr zur Turbine von dem entsprechenden Motorgaserzeuger regeln. jeder Einlaß ist als eine von den übrigen Einlässen getrennte Einheit ausgebildet. Jeder Einlaß ist somit beispielsweise mit einem Flansch 16 zum Festschrauben am Turbinengehäuse oder an mit diesem verbundenen Rohren 17 versehen. Infolge des Umstandes, daß die Einlässe voneinander getrennt sind, können V1'ärmespannungen, die beim Durchströmen des heißen Treibgases durch einen der Einlässe auftreten, nicht auf den oder die übrigen Einlässe übertragen werden, wenn diese nicht gleichzeitig vorn Treibgas durchströmt werden.Fig. I shows in axial longitudinal section an example of a gas turbine belonging to a gas turbine system according to the invention; Fig. 2 shows a section along the line II-II of Fig. I; 3 to 6 illustrate different positions of a control device for regulating the inlet valves for the propellant gas into the turbine. In the turbine shown in FIGS. I and 2, i designates the turbine housing and 2 the turbine shaft. According to the example, the turbine shaft carries two turbine wheels 3 and 4 for forward gear and one turbine wheel 5 for reverse gear. As can be seen from Fig. 2, the annular inlet chamber 6 for the pressure medium of the forward turbine and preferably also the corresponding inlet chamber 7 for the reverse turbine is divided into separate sectors 8, 9, io and ii, each of which extends over an equal part of the Extends its scope. A special inlet 12, 13, 14 or is connected to each of these sectors, and each of these inlets has valves which regulate the propellant gas supply to the turbine from the corresponding engine gas generator. each inlet is designed as a separate unit from the other inlets. Each inlet is thus provided, for example, with a flange 16 for screwing to the turbine housing or to pipes 17 connected to it. As a result of the fact that the inlets are separated from one another, thermal stresses which occur when the hot propellant gas flows through one of the inlets cannot be transferred to the other inlets if the propellant gas does not flow through them at the same time.

Wie am besten aus Fig. i ersichtlich, ist jeder Einlaß beim Ausführungsbeispiel mit zwei Ventilen versehen, von denen das eine 18 die Treibgaszufuhr zur Vorwärtsturbine und das andere i9 die Zufuhr zur Rückwärtsturbine regelt. Da es für die Erhaltung der günstigsten Leistung der Turbine wichtig ist, daß das Treibgas der Turbine nur unter solchen Verhältnissen zugeführt werden kann, wo es den für den Betrieb geeigneten Druck aufweist, sind die Einlaßventile vorzugsweise so ausgebildet, daß sie einerseits durch eine wahlweise einstellbare Vorrichtung und andererseits durch den Druck eines @littels betätigbar sind, der in einem bestimmten Verhältnis zum Druck des durch das Einlaßventil geregelten Mittels steht, und zwar derart, daß dieses Mittel einen bestimmten Druck aufweisen muß, ehe das Einlaßventil durch Betätigung der wählweise einstellbaren Vorrichtung geöffnet werden kann.As best seen in Figure i, each inlet is in the embodiment provided with two valves, one of which 18 the propellant gas supply to the forward turbine and the other i9 regulates the feed to the reverse turbine. As it is for conservation For the best performance of the turbine it is important that the propellant gas of the turbine only can be supplied under such conditions, where it is suitable for the operation Has pressure, the inlet valves are preferably designed so that they on the one hand by an optionally adjustable device and on the other hand by the pressure of a @littels can be actuated, which is in a certain ratio to the pressure of the through the inlet valve regulated means is, in such a way that this means a must have a certain pressure before the inlet valve by actuating the selectively adjustable device can be opened.

Da die Treibmittelquellen aus Motorgaserzeugern bestehen, wird das die Ventile betätigende Druckmittel vorzugsweise durch die Spüllluft des Motors gebildet, die den gleichen oder einen etwas höheren Druck hat als das vom Motor gelieferte Treibgas und die keine Verunreinigungen enthält, welche die Regelglieder verstopfen können. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die wahlweise einstellbare Vorrichtung aus einer über alle Einlässe sich erstreckenden Welle 2o, die mit Nocken 21 für jedes der Ventile 18 für die Vorwärtsturbine sowie mit Nocken 22 für die Ventile i9 der RückwÜrtsturbine versehen ist.Since the propellant sources consist of engine gas generators, this will be the pressure medium actuating the valves, preferably by means of the scavenging air of the engine that has the same or a slightly higher pressure than that of the engine supplied propellant gas and which does not contain any impurities, which the control elements can clog. In the illustrated embodiment, the optional adjustable device consisting of a shaft 2o extending over all inlets, those with cams 21 for each of the valves 18 for the forward turbine as well as with cams 22 is provided for the valves i9 of the reverse turbine.

Jedes der Ventile 18, i9 ist zwischen den Enden eines zweiarmigen Hebels aufgehängt, dessen einer Arm 23 durch die Nocken 21 bzw. 22 betätigbar ist, während der andere Arm 24 mit der Stange 25 eines Kolbens 26 gelenkig verbunden ist, der in einem Zylinder 27 beweglich ist, welcher an der in der Schließrichtung des Ventils liegenden Seite des Kolbens durch einen Rahranschluß 28 in Verbindung mit der Zufuhrleitung des durch das betreffende Ventil .geregelten Treibmittels steht. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist unter Hinweis auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben.Each of the valves 18, 19 is between the ends of a two-armed Suspended lever, one arm 23 of which can be actuated by the cams 21 or 22, while the other arm 24 is articulated to the rod 25 of a piston 26 which is movable in a cylinder 27 which is attached to the in the closing direction of the valve lying side of the piston by a Rahr connection 28 in connection with the supply line of the propellant regulated by the valve in question stands. The mode of operation of this device is with reference to FIGS. 3 to 6 described.

In der in Fig.3 gezeigten Ruhelage der Teile befindet sich das beispielsweise mit einer reibungsvermindernden Rolle 30 versehene Ende des Hebelarmes 23 in einem geringen Abstand oberhalb der Welle 20. Im Zylinder 27 ist unterhalb des Kolbens 26 kein Druckmittel vorhanden, d. h. der Motorgaserzeuger ist nicht in 13etriel) oder liefert aus irgendeinem Grunde kein Treibgas von erforderlichem Druck. Wird nun die Welle 20 gemäß Fig. 4 so verstellt, daß der Nocken 21 in Eingriff mit dem Hebeliarrn 23 kommt und diesen somit nach oben schwenkt, so wird das Ventil 18 noch immer nicht angehoben. denn der Kolben 26 bewegt sich lediglich nach unten im "Zylinder 27, da in diesem kein Regelmittel von solchem Druck vorhanden ist, daß es der Bewegung des Hebelarmes 24 entgegenwirken könnte. In der in Fig. 5 gezeigten Lage ist die Arbeitsweise der Regelvorrichtung veranschaulicht, wenn das erforderliche Druckmittel im Zylinder 27 unter dem Kochen 26 vorhanden ist, während dagegen der Nocken 21 nicht in der öffnungslage steht. Der flebelarrn 24 wird dabei nach oben geschwenkt, während der Hebelarm 23 Über den Spielraum zwischen i,hm und der Welle 2o nach unten geschwenkt wird. Das Ventil 18 ist noch immer geschlossen. Wird der Nocken 21 aus der in Fig. 5 gezeigten in die in Fig. 6 gezeigte Lage gescliwenkt und befindet sich immer noch Regelmittel von erforderlichem Druck unter dein Kolben 26, so wird das Ventil 18 geöffnet.In the rest position of the parts shown in FIG. 3, the end of the lever arm 23, for example provided with a friction-reducing roller 30 , is a short distance above the shaft 20. In the cylinder 27 there is no pressure medium below the piston 26, ie the engine gas generator is not in 13etriel) or for some reason does not provide propellant gas of the required pressure. If the shaft 20 is now adjusted according to FIG. 4 so that the cam 21 comes into engagement with the lever arm 23 and thus pivots it upwards, the valve 18 is still not raised. because the piston 26 only moves downwards in the "cylinder 27, since there is no control means of such pressure that it could counteract the movement of the lever arm 24. In the position shown in FIG. 5, the mode of operation of the control device is illustrated, when the required pressure medium is present in the cylinder 27 under the boil 26, while, on the other hand, the cam 21 is not in the open position The valve 18 is still closed. If the cam 21 is swiveled from the position shown in Fig. 5 to the position shown in Fig. 6 and there is still regulating means of the required pressure under the piston 26, the valve 18 open.

Wie aus Fig. t ersichtlich, sind die Nocken 21 und 22 der zu einem Eimaß gehörenden Ventile 18 und t9 für die Vorwärts- bzw. Rückwärtsturbine derart gegeneinander versetzt angeordnet, daß bei der Drehung der Welle 2o in der einen oder anderen 1Zichttrrig das eine Ventil geöffnet und das andere geschlossen wird. Aus derselben Figur ergibt sich auch, daß eine oder mehrere der Rohrverbindungen 31, die von einem Einlaß zur Rückwärtsturbine führen, durch den Turbinenauslaß 32 gehen können. Dies kann aus baulichen Gründen vorteilhaft sein und hat mit Bezug auf die Leistung wenig Bedeutung, da die R.ückwärtsturbine nur in Ausnahmefällen verwendet wird.As can be seen from Fig. T, the cams 21 and 22 are the one Eimaß belonging valves 18 and t9 for the forward and reverse turbine in such a way arranged offset from one another that during the rotation of the shaft 2o in the one or other one valve is opened and the other is closed. The same figure also shows that one or more of the pipe connections 31 leading from an inlet to the reverse turbine through turbine outlet 32 can go. This can be advantageous for structural reasons and has to do with reference of little importance to the performance, since the reverse turbine is only used in exceptional cases is used.

Das dem Turbineneinlaß am nächsten liegende Turbinenrad 3 ist vorzugsweise als Gleiehdruckrad, gegebenenfalls mit zwei oder mehreren Geschwindigkeitsstufen, ausgebildet, während das Turbinen-1-ad 4 als Überdruckrad ausgeführt ist. Selbstverständlich können mehrere Gleichdruckräder und auch mehrere Überdruckräder verwendet werden. Das Rad 5 der Rückwärtsturbine ist vorzugsweise als Gleichdruckrad ausgebildet, gegebenenfalls mit zwei oder mehreren Geschwindigkeitsstufen. Mit 33 hzw. 34 ist der Leitschaufelkranz für das #xleichdruckrad der Vorwärtsturbine bzw. der Riitckwärtsturbine bezeichnet. Zweckmäßig ist das Wärmegefälle in den Leitschaufeln 33 und 34 so groß, daß, wenn sämtliche Treibgasquellen Gas in die Turbine liefern und diese mit voller Belastung läuft, der Druckabfall in den Leitschaufeln kritisch oder nahezu kritisch ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß der Gasstrom aus einer Treibgasquelle den Gasstrom aus einer anderen Treibgasquelle nicht nennenswert beeinflußt.The turbine wheel 3 closest to the turbine inlet is preferably as balance pressure wheel, if necessary with two or more speed levels, formed, while the turbine-1-ad 4 is designed as a pressure wheel. Of course several equal pressure wheels and also several overpressure wheels can be used. The wheel 5 of the reverse turbine is preferably designed as a constant pressure wheel, optionally with two or more speed levels. At 33 hzw. 34 is the guide vane ring for the equal pressure wheel of the forward turbine or the reverse turbine designated. Appropriately, the heat gradient in the guide vanes 33 and 34 is so great that, if all propellant gas sources deliver gas into the turbine and this at full load running, the pressure drop in the guide vanes is critical or almost critical. Through this there is the advantage that the gas flow from a propellant gas source replaces the gas flow not significantly influenced by another propellant gas source.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat zur Folge, daß die Gesamtleistung der Anlage durch Ausschalten oder Einschalten der verschiedenen treibgaserzeugenden Motoren geregelt werden kann. Die Regelung ini übrigen erfolgt dann selbsttätig, und die Turbine arbeitet in jedem Falle unter gün-#tigen Betriebsverhältnissen.The device according to the invention has the consequence that the overall performance the system by switching off or switching on the various propellant gas generating units Motors can be regulated. The rest of the regulation then takes place automatically, and the turbine always works under favorable operating conditions.

lm Rahmen der Erfindung können natürlich verschiedene Abänderungen vorgenommen werden. Es sei in diesem Zusammenhang nur erwähnt, daß der Gasstrom aus einem Motorgaserzeuger in zwei oder mehrere finit teilweiser Beaufschlagung arbeitende Turbineneinlässe geleitet werden kann.Various modifications can of course be made within the scope of the invention be made. It should only be mentioned in this context that the gas flow from an engine gas generator in two or more finite partial loads working turbine inlets can be directed.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage, gekennzeichnet durch die Kombination zweier oder mehrerer getrennter llotorgaserzeugermit einer davon gespeisten Gasturbine, die voneinander getrennte Einlässe aufweist, lind zwar mindestens einen für jeden llotorgaserzeuger der Anlage. Gasturbinetiatilage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß mit einer besonderen Kammer versehen ist, die als Uinheit für sich ausgebildet undvondeniibrigen l:iiilali1<aninierri getrennt ist. 3. Gasturbinenanlage nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß außer einem Ventil (i8) zur Regelung des Gases für eine \orwä rtsturl@ine (3. 4) auch ein Ventil (i9) zur lZegelung des Gases für eine Rückwärtstttrbine (5) atitiveist. 4. "1'urliirierieitil@aß für Turbinen beispielsweise nach eineue der Vorarispriiche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile(i8, i9) so ausgebildet sind, daß sie einerseits durch eine wahlweise einstellbare Vorrichtung (20, 21, 22) und andererseits durch den Druck eines Regelmittels betätigbar sind, der ineinembestimmten Verli:iltnis zum Druck des durch das Einlaßvc-iitil geregelten Mittels steht und gegebenenfalls durch <las Mittel selbst erzeugt wird, und zwar derart, daß das Einlaßventil nur in einer bestimmten Lage der wahlweise einstellbaren Vorrichtung und bei einem bestimmten Mindestdruck des Mittels geöffnet werden kann. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das das Einlaßventil betätigende Regelmittel aus der Spülluft des Motors besteht. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel zwischen den Enden eines zweiarmigen Hebels (23, 24) aufgehängt ist, dessen einer Arm (23) durch die wahlweise verstellbare Vorrichtung (20, 21, 22) betätigbar ist und dessen anderer Arm an die Stange (25) eines Kolbens (26) angelenkt ist, der in einem Zylinder (27) beweglich ist, welcher mit einer Leitung für das Regelmittel in Verbindung steht, vorzugsweise mit einer Spülluftleitung fier den das Treibgas erzeugenden Motor. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise verstellbare Vorrichtung aus einer an den Ventilen sämtlicher Einlässe vorbei sich erstreckenden Welle (2o) besteht, die Betätigungsglieder in Form von Nocken (2i, 22) od. dgl. aufweist, die mit den normal mit Spielraum oberhalb der Welle befindlichen Hebelarmen (23) der betreffenden Ventile in Eingriff gebracht werden können. B. Gasturbinenanlage nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine ein Gleichdruckrad (3), gegebenenfalls mit zwei oder mehreren Geschwindigkeitsstufen, aufweist, wobei das Wärmegefälle in den Leitschaufeln (33) vor dem Gleiehdruckrad so groß ist, daß, wenn sämtliche Motorgaserzeuger Gas zur Turbine liefern und diese mit voller Belastung läuft, das Druckgefälle in den Leitschaufeln kritisch oder so nahe kritisch ist, daß die Gasströmung aus einem Erzeuger die Gasströmung aus einem anderen Erzeuger nicht nennenswert beeinflußt. Gasturbinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine sowohl eine Vorwärtsturbine wie auch eine Rückwärtsturbine enthält, von denen jede mit einem Gleichdruckrad (3 bzw. 5) und mit einem in der angegebenen Weise ausgebildeten Leitschaufelkranz (33 bzw. 34) versehen ist. io.Gasturbinenanlage nachAnspruch8 oder9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorwärtsturbine hinter dein Gleichdruckrad (3) oder den Gleichdruckrä dern ein oder mehrere Cherdruckräder (4) angeordnet sind.PATENT CLAIMS: i. Gas turbine plant, characterized by the combination of two or more separate motor gas generators with a gas turbine fed therefrom, which has separate inlets, but at least one for each motor gas generator of the plant. Gas turbine system according to Claim 1, characterized in that each inlet is provided with a special chamber which is designed as a unit for itself and is separated from the other elements. 3. Gas turbine plant according to claim i or 2, characterized in that each inlet apart from a valve (i8) for regulating the gas for a \ orwä rtsturl @ ine (3. 4) also has a valve (i9) for regulating the gas for a reverse turbine (5) atitiveist. 4. "1'urliirierieitil @ aß for turbines, for example according to one of the Vorarispriiche, characterized in that the inlet valves (i8, i9) are designed so that they are on the one hand by an optionally adjustable device (20, 21, 22) and on the other hand by the Pressure of a regulating means can be actuated, which is in a certain relationship to the pressure of the means regulated by the inlet valve and, if necessary, is generated by the means itself, in such a way that the inlet valve is only in a certain position of the optionally adjustable device and at 5. Device according to claim 4, characterized in that the regulating means actuating the inlet valve consists of the scavenging air of the engine 6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the valve spindle between the ends a two-armed lever (23, 24) is suspended, one arm (23) through the optionally adjustable Vorric htung (20, 21, 22) can be actuated and the other arm of which is articulated to the rod (25) of a piston (26) which is movable in a cylinder (27) which is connected to a line for the control means, preferably with a purge air line fier the engine producing the propellant gas. 7. Device according to claims 4 and 5 or 6, characterized in that the optionally adjustable device consists of a shaft (2o) extending past the valves of all the inlets, the actuators in the form of cams (2i, 22) or the like . Which can be brought into engagement with the lever arms (23) of the valves in question, which are normally located with clearance above the shaft. B. Gas turbine system according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine has a constant pressure wheel (3), optionally with two or more speed levels, the heat gradient in the guide vanes (33) in front of the constant pressure wheel is so great that when all engine gas generators Deliver gas to the turbine and it is running at full load, the pressure drop in the guide vanes is critical or so close to critical that the gas flow from one generator does not significantly affect the gas flow from another generator. Gas turbine plant according to Claim 8, characterized in that the turbine contains both a forward turbine and a reverse turbine, each of which is provided with a constant pressure wheel (3 or 5) and a guide vane ring (33 or 34) designed in the specified manner. io.Gasturbinenanlage nachAnspruch8 oder9, characterized in that one or more pressure wheels (4) are arranged in the forward turbine behind your constant pressure wheel (3) or the constant pressure wheels.