SE425573B - GAS TURBINE FOR OPERATION OF LOAD OBJECTIVE WITH VARIOUS LOADS AND VARIOUS SPEEDS - Google Patents

Description

15 20- 25 50 55. -8401416-9 och en eller flera lågtryckskompressorer anordnade på en första axel och en hög- -trycksturbin och en högtryckskompressor anordnade på. en andra axel. Effekten till ett drivet belastningsobjekt uttages från endera av axlarna. För belast- ningsobjekt, som skall drivas med konstant varvtal uttages effekten från hög- trycksturbinens axel. För belastningsobjekt, som skall drivas med varierande varvtal uttages effekten från lågtrycksturbinens axel. En förutsättning för att detta utförande skall kunna användas är att effektbehovet N är proportio- nellt mot tredje potensen av lågtryckstlirbinens varvtal 111m, dvs N 'š larm.. 20- 25 50 55. -8401416-9 and one or more low pressure compressors arranged on a first shaft and a high pressure turbine and a high pressure compressor arranged on. a second shaft. The power of a driven load object is taken from either of the shafts. For load objects that are to be operated at a constant speed, the power is taken from the shaft of the high-pressure turbine. For load objects that are to be operated at varying speeds, the power is taken from the shaft of the low-pressure turbine. A prerequisite for this design to be able to be used is that the power requirement N is proportional to the third power of the low pressure turret speed 111m, ie N 'š alarm ..

Enligt "Thermische Turbomaschinen" har de beskrivna utförandeformerna två nackdelar trots gynnsam dellastverkníngsgrad. Båda är mycket trögreglerade vid laständringar. Vidare är temperaturkänsligheten mycket stor och sjunker effekten starkt vid stigande lufttemperatur. - f f * En vidareutveckling av den tvåaxlade turbinen med högtryckskompressor och hög- trycksturbin på samma. axel och effektuttag från denna axel beskrives närmare i svenskt patent 7705422-1 med publiceringsnummer 404 948. Vidareutvecklingen innebär att en reglerbar ledskovellccans anordnats före lågtrycksturbinen och att lågtrycksturbinens och lågtryckskompressorns varvtal regleras med denna ledskovellcnans. Luftflödet varieras härigenom och gastemperaturen kan hållas konstant. Övergången från temperatmrreglering till mängdreglering har gett tur- binen nya gynnsamma egenskaper. Snabbreglering har blivit möjlig. Turbinen har också blivit mycket mindre känslig för lufttemperatwen så att effekten endast i ringa omfattning ändras vid av lufttemperaturen. _ Ändamålet med föreliggande uppfinning är att genom vidareutveckling av det andra kända turbinarrangemanget med lcraftuttag för uttag av effekt vid varierande varvtal ge turbinen bättre egenskaper. Enligt uppfinningen reduceras turbinens effekt i ringa grad vid stigande lufttemperatur. Klimatkänsligheten elimineras således till ett minimum. Snabb reglerbarhet erhålles också.According to the "Thermische Turbomaschinen", the described embodiments have two disadvantages despite favorable partial load efficiency. Both are very sluggishly adjusted during load changes. Furthermore, the temperature sensitivity is very high and the effect drops sharply with rising air temperature. - f f * A further development of the two-axis turbine with high-pressure compressor and high-pressure turbine on the same. shaft and power take-off from this shaft are described in more detail in Swedish patent 7705422-1 with publication number 404 948. The further development means that an adjustable hinge vane shaft is arranged before the low-pressure turbine and that the speed of the low-pressure turbine and low-pressure compressor is regulated with this hinge vane. The air flow is thereby varied and the gas temperature can be kept constant. The transition from temperature control to quantity control has given the turbine new favorable properties. Quick regulation has become possible. The turbine has also become much less sensitive to the air temperature so that the effect is only slightly changed by the air temperature. The object of the present invention is to give the turbine better properties by further developing the second known turbine arrangement with power take-offs for taking out power at varying speeds. According to the invention, the power of the turbine is reduced to a small degree with rising air temperature. Climate sensitivity is thus eliminated to a minimum. Quick adjustability is also obtained.

Etnligt uppfinningen utföres gasturbinen som en tvåaxlig turbin med en högtrycks- ttlrbin och en högtryckskompressor på en första axel och en lågbrycksturbin och 'en lågtrycksturbin på en andra axel med naftuttag från lågcrycksturbinens axel. Vid lågtryckstvrbinens inlopp finnes en ledskenekrans med Ställbara led- skenor. Brännkammaren är placerad mellan högtryckskompressorn och hög-trycks- turb inen .According to the invention, the gas turbine is embodied as a two-axis turbine with a high-pressure turbine and a high-pressure compressor on a first shaft and a low-pressure turbine and a low-pressure turbine on a second shaft with hub outlets from the shaft of the low-pressure turbine. At the inlet of the low-pressure turbine there is a guide rail ring with adjustable guide rails. The combustion chamber is located between the high-pressure compressor and the high-pressure turbine.

Denna vidareutveckling av den lcánda turbinen genom införande av Ställbara le d- skovlar innebär en radikal ändring av dess driftsegenskaper. Boken "Thermische 10 15 20 25 §O 55 8101416-9 Tuirbomaschinen" anger på sidan 156 att turbinen i det tidigare utförandet är trögreglerbar och att temperaturkânsligheten är stor. Turbinen har visat sig ha katastrofalt dåliga egenskaper. Den tappar pralctiskt taget hela sin effekt om ytterlufttemperaturen stiger 20-30°C. Det kända turbinutförandet har där- för icke kommit till praktisk användning.This further development of the lcánda turbine through the introduction of Adjustable guide vanes entails a radical change in its operating characteristics. The book "Thermische 10 15 20 25 §O 55 8101416-9 Tuirbomaschinen" states on page 156 that the turbine in the previous version is sluggishly adjustable and that the temperature sensitivity is high. The turbine has proven to have catastrophically poor properties. It practically loses all its effect if the outside air temperature rises 20-30 ° C. The known turbine design has therefore not come into practical use.

Ett belastningsobjekt som skall drivas med konstant varvtal, exempelvis en generator, kan samtidigt vara anslutet till högtrycksturbinens axel. Regle- ringen av turbínen sker genom en första regulator, som ombesörjer omställning av ledskovlarna i ledskovellcrazmen före lågtrycksturbinen så. att önskat varvtal ochpeffekt erhålles och en andra regulator för reglering av förbränníngsgaser- nas temperatur. Givare för mätning av lågtrycksturbinens varvtal eller avgiven effekt ansluten till den första regulatorn. Mätsigialer överföras till regu- latorn. Uppmätt ärvärde jämföras med ett börvärde och ledskovlazmas inställning justeras med hänsyn till registrerad differens mellan ärvärdet och börvärdet.A load object to be operated at a constant speed, for example a generator, can at the same time be connected to the shaft of the high-pressure turbine. The regulation of the turbine takes place through a first regulator, which takes care of the adjustment of the guide vanes in the guide vane crash before the low-pressure turbine. that the desired speed and power are obtained and a second regulator for regulating the temperature of the combustion gases. Sensor for measuring the speed of the low-pressure turbine or the output power connected to the first regulator. Measurement signals are transferred to the controller. Measured actual value is compared with a setpoint and the setting of the vane shovel is adjusted with regard to the registered difference between the actual value and the setpoint.

Givare för mätning av förbränningsgasernas temperatur är ansluten till en regulator för reglering av bränsleinsprutningen. Ärvärdet jämföras med ett börvärde och 'bránsletillförseln regleras i beroende av differensen mellan dessa värden så att konstant temperatur överensetämmande med börvärdet upprätthålles 'inom den övre delen av effektoxnrådet, där enbart omställning av ledskovlarna förmår reglera varvtal och effekt vid denna gastemperatur. Inom effektomrâdet ca 30 flv - 100 76 av full effekt kan regleringen ske genom omställning av led- skovlazna. Inom effektområdet 0 % - ca. 30 % av full effekt fordras även en sänkning av gastemperaturen för turbinens reglering.Sensors for measuring the temperature of the combustion gases are connected to a regulator for regulating the fuel injection. The actual value is compared with a setpoint and the 'fuel supply is regulated depending on the difference between these values so that a constant temperature corresponding to the setpoint is maintained' within the upper part of the power ox node, where only adjustment of the guide vanes is able to regulate speed and power at this gas temperature. Within the power range approx. 30 fl v - 100 76 of full power, the regulation can take place by adjusting the guide vanes. Within the power range 0% - approx. 30% of full power also requires a lowering of the gas temperature for turbine control.

Uppfinningen beskrivas närmare under hänvisning till bifogade figurer. Fig 1 visar den tidigare kända tvåaxliga turbinen med kraftuttag från lågtryckst1n~ binens och lågtryckskompressorns axel, fig 2 visar turbinen enligt uppfinningen som fartygsdrivmaskineri.The invention is described in more detail with reference to the accompanying figures. Fig. 1 shows the previously known two-axis turbine with power take-off from the shaft of the low-pressure turbines and the low-pressure compressor, Fig. 2 shows the turbine according to the invention as a ship propulsion machinery.

I figurerna 'betecknar III en lågtrycksturbin, LK en lågtrycksturbin och 1 en växel, via vilken en propeller 2 drivas. Lågtrycksturbinen LT och lågtrycks» kompressorn LK är anordnade på den gemensamma axeln 3. Kuggväxelns 1 ingående axel 4 med lcugghjulet 5 är ansluten till axeln S, under det att växelns 1 utgående axel 6 med det drivna kugghjulet 7 är ansluten till propelleraxeln 8 via en koppling 9. Högtrycksturbinen HT och högtryckskompressorn HK är anord- nade på den gemensamma axeln 10.In the figures' III denotes a low-pressure turbine, LK a low-pressure turbine and 1 a gear, via which a propeller 2 is driven. The low pressure turbine LT and the low pressure compressor LK are arranged on the common shaft 3. The input shaft 4 of the gear 1 with the gear 5 is connected to the shaft S, while the output shaft 6 of the gear 1 with the driven gear 7 is connected to the propeller shaft 8 via a coupling 9. The high-pressure turbine HT and the high-pressure compressor HK are arranged on the common shaft 10.

Anläggningen är försedd med en brännkammare B mellan högtryckskompressorn EC och högtryckstiirbinen HT. För att minska erforderligt kcmpressionsarbete är enThe plant is equipped with a combustion chamber B between the high-pressure compressor EC and the high-pressure turbine HT. To reduce the required compression work is one

Claims (2)

ø 10 15 8101416-9 mellankylare M anordnad i ledningen mellan lågtryckskompressom LK och hög- tryckskompressorn BIC. Verkningsgraden kan ytterligare förbättras genom att av- gående gaser från lågtryckstwbinen LT utnyttjas för uppvärmning av luften från högtryckskompressorn HK i en värmeväxlare R. Högtrycksturbinen HK kan exempe I.- vis driva en generator. I den lcända turbinkonstruktionen sker regleringen med ändring av förbränninge- gasernas temperatur, något som medför att turbinen blir trögreglerad samt att stigande lufttemperatur medför mycket stark effektnedsättning. Enligt uppfin- ningen insättas reglerbara ledskovlar V vid lågtrycksturbinens inlopp. I stället för att, som i den kända konstruktionen, sänka gastemperaturen vid minskat varv- tal eller belastning minskar man gasflödet genom omställning av ledskovlaina V och behåller maximal gastemperatur-i den övre delen av lastområdet. Denna över- gång från temperaturreglering till mängdreglering är det specifikt nya, som ger gasturbinen dess specifika ma. egenskaper som gör den snabbreglerad och rela~ tivt okänslig för lufttemperaturen. Oberoende av omgivningstillstånd ligger vid alla laster BT-kompressorn sin utlägghingspunkt ilHIP-kompressorkarakterls- tikan, medan LT-kompressorn rör sig längs samma linje parallellt med pumpgränsen i LT-kompressorkaralcteristikan. Är maskinen försedd med mellanlqylare förbättras driftsegenskaperna ytterligare. PATENTKRAVø 10 15 8101416-9 intercooler M arranged in the line between the low-pressure compressor LK and the high-pressure compressor BIC. The efficiency can be further improved by using exhaust gases from the low-pressure turbine LT to heat the air from the high-pressure compressor HK in a heat exchanger R. The high-pressure turbine HK can, for example, drive a generator. In the well-known turbine design, the regulation takes place by changing the temperature of the combustion gases, which means that the turbine becomes sluggishly regulated and that rising air temperature leads to a very strong reduction in power. According to the invention, adjustable guide vanes V are inserted at the inlet of the low-pressure turbine. Instead of, as in the known construction, lowering the gas temperature at reduced speed or load, the gas flow is reduced by adjusting the guide vane V and maintaining the maximum gas temperature in the upper part of the load area. This transition from temperature control to quantity control is the specifically new, which gives the gas turbine its specific ma. properties that make it rapidly regulated and relatively insensitive to air temperature. Irrespective of the ambient condition, at all loads the BT compressor has its point of application in the HIP compressor characteristic, while the LT compressor moves along the same line parallel to the pump boundary in the LT compressor characteristic. If the machine is equipped with an intermediate cooler, the operating properties are further improved. PATENT REQUIREMENTS 1. Gasturbin. för drift av belastningsobjekt med varierande last och/ eller varierande varvtal, k ä n n e t e c k n a d därav, att gasturbinen utgöres av en tvåavlig ttlrbin meden högtrycksturbín och en högtryckskompressor (HK)- på en första axel och en lågtrycksturbin och en låg-tryokskompressor (LK) på en andra axel, en brännkammare (IB) mellan högtryckskompressom och högtrycksturbinen (HT) och vridbara inloppsledskovlar (V) för reglering av lågtrycksturbinensfLT) varvtal samt att belastningsobjektet (2) är anslutet till lågtryckstmbinens (5) axel. ga1. Gas turbine. for operation of load objects with varying loads and / or varying speeds, characterized in that the gas turbine consists of a two-axis turbine with a high-pressure turbine and a high-pressure compressor (HK) - on a first shaft and a low-pressure turbine and a low-pressure compressor (LK) a second shaft, a combustion chamber (1B) between the high-pressure compressor and the high-pressure turbine (HT) and rotatable inlet vanes (V) for regulating the low-pressure turbine (FLT) speed and that the load object (2) is connected to the shaft of the low-pressure turbine (5). ga 2. Gasturbin enligt patentlwav 1, k 'al n n e t e c k n a. d därav, att ett andra bclastníngsobjelct avsett att drivas vid konstant varvtal samtidigt i är anslutet till hagbrycksturbinens axel (10).2. A gas turbine according to patent law 1, characterized in that a second charging object intended to be operated at a constant speed is simultaneously connected to the shaft of the hag bridge turbine (10).