DE893594C - Gas turbine with device for partial load control - Google Patents

Description

Gasturbine mit Einrichtung zur Teillastregelung Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen mit Gleichdruckverbrennung und innerer Erhitzung, bei der die Anzahl der in Betrieb befindlichen Turbinendüsen geändert werden kann. Diese Änderung dient zur Regelung der Turbinenleistung, wenn diese nur teilbelastet ist. Da bei den bekannten Gasturbinen dieser Art der Gesamtdurchsatz durch die Turbine gleichbleibt, wirkt sich die Abschaltung einer oder mehrerer Düsen, die vor oder hinter der Verbrennungskammer erfolgen kann, wie eine starke Drosselung in der Druckleitung aus; diese hat dann aber eine unstabile Strömung im Verdichter und ein Abfallen des Kompressionswirkungsgrades und des Gesamtwirkungsgrades der Turbine zur Folge, wenn sich die genannte bekannte Regelung über einen großen Teillastbereich erstreckt.Gas turbine with device for part load control The invention relates focus on gas turbines with constant pressure combustion and internal heating, in which the Number of turbine nozzles in operation can be changed. This change is used to regulate the turbine output when it is only partially loaded. Included the total throughput through the turbine remains the same for the known gas turbines of this type, affects the shutdown of one or more nozzles in front of or behind the combustion chamber can be done as a strong throttling in the pressure line from; this then has but an unstable flow in the compressor and a drop in compression efficiency and the overall efficiency of the turbine when said known Control extends over a large partial load range.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der zugehörige Verdichter mit solchen Mitteln zur Veränderung der Fördermenge bei konstantem Förderdruck versehen ist, daß der Gesamtdurchsatz der Turbine entsprechend der in Betrieb befindlichen Düsenzahl praktisch ohne Änderung der Arbeitstemperaturen und -drücke regelbar ist.In order to avoid this disadvantage, it is provided according to the invention, that the associated compressor with such means for changing the flow rate at constant delivery pressure is provided that the total throughput of the turbine accordingly the number of nozzles in operation with practically no change in working temperatures and pressures can be regulated.

Gemäß der Erfindung wird zu diesem. Zweck die Fördermenge des Verdichters entweder durch Regelung seiner Drehzahl, wenn er von der Verdränger- Bauart ist, oder durch unmittelbare Regelung seines Durchsatzes, wenn es ein Fliehkraftverdichter mit konstanter Geschwindigkeit ist, in an sich bekannter Weise verändert.According to the invention this becomes. Purpose the flow rate of the compressor either by regulating its speed, if it is affected by the displacement design type is, or by direct control of its flow rate, if it is a centrifugal compressor is changed at a constant speed in a manner known per se.

Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt, und zwar sind Fig: i und 2 Seitenansicht und Vorderansicht einer Ausführungsform, während Fig. 3 und 4 ähnliche Darstellungen einer abgeänderten Ausführungsform sind; Fig.5 zeigt die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; ebenso sind Fig. 6 und 7 und auch Fig. 8 und 9 Seitenansicht und Vorderansicht zweier weiterer Ausführungsformen; Fig. io zeigt einen Schnitt durch einen Verdichter mit veränderlicher Leistung für eine jede der Ausführungsformen, die in den vorhergehenden Figuren dargestellt sind.The invention is in various embodiments in the drawings shown schematically, namely Figures i and 2 are side and front views an embodiment, while FIGS. 3 and 4 are similar representations of a modified one Embodiment are; Fig. 5 shows the side view of a further embodiment; likewise FIGS. 6 and 7 and also FIGS. 8 and 9 are side and front views of two further embodiments; Fig. IO shows a section through a compressor with variable power for each of the embodiments identified in the preceding Figures are shown.

Bezugnehmend zunächst auf die Fig. i und 2 stellt i einen Verdichter dar für die Zuführung der Luft zu den Verbrennungskammern 2, von welchen die heiße Luft und die Verbrennungsprodukte den Düsen 4 der Turbine 5 zugeführt werden, "so daß sie den Turbinenrotor 6 antreiben, von dem aus die Kraft abgenommen wird. Die Verbrennungskammern 2 haben bei 7 ihren Eingang, der durch die Ventile 8 geregelt wird, so daß die Zuführung von Luft zu jeder solcher Kammer geändert oder abgeschlossen werden kann, ohne die Arbeitstemperaturen und Arbeitsdrücke. der anderen beiden Verbrennungskammern zu beeinflussen. Die. Verbrennungskammernauslässe 9 sind erweitert, so daß jeder eine Anzahl von Turbinendüsen 4 oder eine Anzahl von Abteilungen eines Düsenringes einschließt.Referring first to Figures i and 2, i represents a compressor represent for the supply of air to the combustion chambers 2, of which the hot Air and the products of combustion are fed to the nozzles 4 of the turbine 5, "so that they drive the turbine rotor 6, from which the power is taken. the Combustion chambers 2 have their inlet at 7, which is regulated by the valves 8 so that the supply of air to each such chamber is changed or terminated can be without the working temperatures and pressures. the other two To influence combustion chambers. The. Combustion chamber outlets 9 are widened, so that each has a number of turbine nozzles 4 or a number of divisions of one Includes nozzle ring.

Die Anordnung nach den Fig. 3 und 4 ist ähnlich der nach den Fig. i und 2 mit der Ausnahme, daß der Auslaß 9 einer jeden Verbrennungskammer 2 zwei Zweige besitzt, welche zu einander diametral gegenüberliegenden Turbinendüsen 4 führen, so daß ein jedes Ventil 8 geschlossen werden kann, ohne daß die Summe der Kippmomente am Turbinenrotor 6 von Null abweicht. Bei dieser Anordnung können eine, zwei oder alle drei Verbrennungskammern 2 zu gleicher Zeit wirksam sein, um die Forderung zu-erfüllen, daß die Summe aller Kippmomente am Turbinenrotor zu Null wird, da jedes Ventil 8 die Luftzuführung zu einer Verbrennungskammer regelt, die diametral entgegengesetzt angeordnete Turbinendüsen 4 oder einen keine Kippmomente am Rotor hervorrufenden Satz derselben speist.The arrangement according to FIGS. 3 and 4 is similar to that according to FIGS. i and 2 with the exception that the outlet 9 of each combustion chamber 2 has two Has branches which are diametrically opposed to turbine nozzles 4 lead, so that each valve 8 can be closed without the sum of the Tilting moments on the turbine rotor 6 deviates from zero. With this arrangement one, two or all three combustion chambers 2 to be effective at the same time to the Requirement to meet that the sum of all tilting moments on the turbine rotor is zero is, since each valve 8 regulates the air supply to a combustion chamber that diametrically opposed turbine nozzles 4 or no tilting moments feeds the set causing the same on the rotor.

In Fig. 5 ist die Anordnung ähnlich der in Fig. i mit der Ausnahme, daß die Ventile 8 in den Auslässen 9 der Verbrennungskammern 2 anstatt in den Einlässen 7 angeordnet sind, so daß die Düsen 4 direkt durch die Ventile geregelt werden.In Fig. 5 the arrangement is similar to that in Fig. I with the exception that the valves 8 are in the outlets 9 of the combustion chambers 2 instead of in the inlets 7 are arranged so that the nozzles 4 are controlled directly by the valves.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 umfaßt die Anordnung vier Verbrennungskammern 2, wobei jede durch ein Ventil 8 in ihrem Einlaß 7 geregelt wird, wie in vollen Strichen dargestellt ist, und jeder solcher Auslaß speist eine einzige Düse 4 oder einen Satz solcher Düsen, die allen Verbrennungskammern gemeinsam sind. Bei idieser Anordnung können die Ventile 8, welche mit irgendeiner Verbrennungskammer 2 verbunden sind, geschlossen werden, ohne ein Kippmoment am Turbinenrotor 6 zu verursachen.In the embodiment of FIGS. 6 and 7, the arrangement comprises four combustion chambers 2, each regulated by a valve 8 in its inlet 7 as shown in full lines, and each such outlet feeds one single nozzle 4 or a set of such nozzles common to all combustion chambers are. With this arrangement, the valves 8 associated with any combustion chamber 2 are connected, are closed without a tilting moment on the turbine rotor 6 cause.

Die Anordnung nach den Fig.8 und 9 besitzt lediglich eine Verbrennungskammer 2, und ihr Auslaß 9 hat drei Zweige, von denen jeder mit einem Ventil 8 versehen ist, durch welches die verschiedenen Düsen 4 oder Sätze der Düsen gespeist und geregelt werden.The arrangement according to FIGS. 8 and 9 has only one combustion chamber 2, and its outlet 9 has three branches, each of which is provided with a valve 8 is through which the various nozzles 4 or sets of nozzles are fed and regulated will.

Bei jeder dieser Ausführungsformen müssen die Charakteristiken des Verdichters je nach der Zahl der gleichzeitig in Gebrauch stehenden Düsen geregelt werden. Wenn der Verdichter von der Verdrängerbauart ist, so wird seine Fördermenge durch Veränderung seiner Drehzahl geregelt: Wenn jedoch der Verdichter, wie dargestellt, von der Fliehkraftbauart ist, so sind Mittel erforderlich, um seine Leistung entsprechend der Zahl der Turbinendüsen zu verändern, die gleichzeitig in Betrieb sind, da die Änderung der Drehzahl bei dieser Bauart das Verdichtungsverhältnis verändern und den Wirkungsgrad der Turbine vermindern würde.In each of these embodiments, the characteristics of the Compressor regulated according to the number of nozzles in use at the same time will. If the compressor is of the positive displacement type, its flow will be regulated by changing its speed: However, if the compressor, as shown, is of the centrifugal type, funds are required to adjust its performance accordingly to change the number of turbine nozzles that are in operation at the same time, since the Changing the speed with this type of construction change the compression ratio and would reduce the efficiency of the turbine.

Das Mittel zur Veränderung der Fördermenge des Fliehkraftkompressors kann, wie in Fig. io dargestellt ist, aus einer Abdeckscheibe io bestehen, welche in axialer Richtung in Bezug auf den umlaufenden Flügel 12 des Kompressors so einstellbar ist, daß die wirksame Querschnittsfläche des Luftdurchtritts zwischen den Flügeln 12 sich ändert. Die Scheibe io ist von ihrem Umfang bis zu einer hohlen mittleren Büchse 13 radial geschlitzt, so daß die Schlitze mit den radialen Flügeln i2 des Läufers ii zusammenfallen und die genannte hohle mittlere Büchse 13 als ein hohler Kolben -auf dem Ende 14 der Welle 15 wirkt, welche gegen axiale Bewegung in einer axialen Bohrung der Läuferwelle 16 durch eine Schraube 16x gehalten wird. Die Scheibe io wird gegen die Rückwand des Läufers i i durch eine Schraubenfeder 17 gedrückt, welche die Welle 15 umgibt und zwischen dem Kopf 14 und einem Abdichtungsring 18 wirkt, welcher an dem hinteren Ende der Büchse 13 durch einen Sprengring i9 gehalten wird. Um die Scheibe io von der Rückwand des Läufers ii entfernt einzustellen und dadurch die wirksame Durchtrittsfläche der Luftkanäle zwischen den Flügeln 12, dem Einlaßgehäuse 2o und der Scheibe io zu verändern, wird Öl oder eine andere geeignete Flüssigkeit unter Druck der Kammer zugeführt, die in dem hohlen Kolben oder der Büchse 13 und vor dem Ende 14 der Welle 15 gebildet ist, so daß der Druck der Feder 17 in dem erforderlichen- Maß ausgeglichen wird. Dieses Öl oder eine sonstige Flüssigkeit wird durch einen axialen Kanal 2i und die seitlichen Öffnungen 22 in der Welle 15 zugeführt, welche Kanäle 22 durch die Öffnungen 23 in der Läuferwelle 16 und der zugehörigen Lagerpackung 24 und der Dichtung 25 mit einem Rohr 26 für die Zuführung der Druckflüssigkeit in Verbindung stehen.The means of changing the flow rate of the centrifugal compressor can, as shown in Fig. io, consist of a cover plate io, which so adjustable in the axial direction with respect to the rotating vane 12 of the compressor is that the effective cross-sectional area of air passage between the blades 12 changes. The disk io is from its circumference to a hollow central one Bushing 13 slotted radially so that the slots with the radial wings i2 of the Runner ii coincide and said hollow middle sleeve 13 as a hollow Piston acts on the end 14 of the shaft 15, which counteracts axial movement in a axial bore of the rotor shaft 16 is held by a screw 16x. The disc io is pressed against the rear wall of the rotor i i by a helical spring 17, which surrounds the shaft 15 and between the head 14 and a sealing ring 18 acts, which is held at the rear end of the sleeve 13 by a snap ring i9 will. To set the disk io away from the rear wall of the rotor ii and thereby the effective passage area of the air channels between the blades 12, the To change inlet housing 2o and the disk io, oil or another suitable one Liquid is supplied under pressure to the chamber contained in the hollow piston or the Sleeve 13 and is formed in front of the end 14 of the shaft 15, so that the pressure of the spring 17 is compensated to the extent necessary. This oil or some other liquid is through an axial channel 2i and the side openings 22 in the shaft 15 fed, which channels 22 through the openings 23 in the rotor shaft 16 and the associated bearing packing 24 and the seal 25 with a tube 26 for the supply of the hydraulic fluid are in connection.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine mit Gleichdruckverbrennung und innerer Erhitzung, bei der die Anzahl der in Betrieb befindlichen Turbinendüsen geändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Verdichter mit solchen Mitteln zur Veränderung der Fördermenge bei konstantem Förderdruck versehen ist, daß der Gesamtdurchsatz der Turbine entsprechend der in Betrieb befindlichen Düsenzahl praktisch ohne Änderung der Arbeitstemperaturen und -drücke regelbar ist. PATENT CLAIMS: i. Gas turbine with constant pressure combustion and internal heating, in which the number of turbine nozzles in operation can be changed, characterized in that the associated compressor is provided with means for changing the delivery rate at constant delivery pressure that the total throughput of the turbine corresponds to that in operation The number of nozzles can be regulated practically without changing the working temperatures and pressures. 2. Ausführungsform der Turbine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der abschaltbaren Düsen, daß die Summe der Kippmomente am Turbinenrotor unter allen Arbeitsbedingungen zu Null wird. 2. Embodiment of the turbine according to claim i, characterized by such Arrangement of the nozzles that can be switched off, that the sum of the tilting moments on the turbine rotor becomes zero under all working conditions. 3. Ausführungsform der Turbine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Verbrennungskammern vorgesehen ist, von denen eine jede eine oder mehrere Turbinendüsen speist und eine jede in ihrem Einlaß ein Ventil besitzt, so daß die Zuführung der Luft zu irgendeiner Verbrennungskammer beliebig abgeschaltet werden kann und dadurch die entsprechende Düse oder Düsen der Turbine unwirksam werden. q.. Ausführungsform der Turbine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungskammer zu diametral gegenüberliegenden oder in anderer Weise keine Kippmomente am Turbinenrotor hervorrufenden Sätzen von Düsen führt. 5. Ausführungsform der Turbine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Auslaß der Verbrennungskammern ein Ventil vorgesehen ist, durch das die Zuführung des Treibmittels zu der entsprechenden Düse der Turbine beliebig abgesperrt werden kann. 6. Ausführungsform der Turbine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Verbrennungskammer vorgesehen ist, die die verschiedenen Turbinendüsen oder Sätze dieser Düsen durch besondere ventilgeregelte Leitungen speist, wodurch die Zuführung des Treibmittels zu jeder Düse oder Düsensatz beliebig abgeschnitten werden kann. 7. Ausführungsform der Turbine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der oder den Verbrennungskammern durch einen Fliehkraftkompressor zugeführt wird, dessen Fördermenge entsprechend der Zahl der in Betrieb stehenden Düsen geändert werden kann, und zwar durch eine Abdeckscheibe, welche axial einstellbar ist in bezug auf den Kompressorrotor, um die wirksame Querschnittsfläche derLuftkanäle zwischen den Flügeln des Läufers zu ändern. Angezogene Druckschriften: Egermann und Schulz, »Die Gasturbinen«, 2. Aufl., 192o, S. io3 bis 1o6; deutsche Patentschrift Nr. 337 315-3rd embodiment of the turbine according to the preceding claims, characterized in that a series of combustion chambers is provided, each of which feeds one or more turbine nozzles and one each has a valve in its inlet so that the supply of air to any one Combustion chamber can be switched off at will and thereby the corresponding The nozzle or nozzles of the turbine become ineffective. q .. embodiment of the turbine according to the preceding claims, characterized in that each combustion chamber to diametrically opposite or otherwise no tilting moments on the turbine rotor inducing sets of nozzles. 5. Embodiment of the turbine according to the preceding Claims, characterized in that in each outlet of the combustion chambers a valve is provided through which the supply of the propellant to the corresponding The nozzle of the turbine can be shut off at will. 6th embodiment of the turbine according to the preceding claims, characterized in that only one combustion chamber it is provided that the various turbine nozzles or sets of these nozzles through special valve-regulated lines feeds, whereby the supply of the propellant can be cut to any nozzle or nozzle set. 7th embodiment the turbine according to the preceding claims, characterized in that the Air supplied to the combustion chamber or chambers by a centrifugal compressor whose delivery rate is changed according to the number of nozzles in operation can be, through a cover plate, which is axially adjustable in with respect to the compressor rotor to the effective cross-sectional area of the air ducts change between the wings of the runner. Printed publications: Egermann and Schulz, "Die Gasturbinen", 2nd ed., 192o, pp. io3 to 1o6; German patent specification No. 337 315-