Verfahren zum Regeln einer Gasturbinenanlage. Bei Gasturbinenanlagen für beliebiges Gas (z. B. auch Luft) als Arbeitsmittel ist es zweckmässig, Teillastregelung durch Vermin derung der Fördermenge, womöglich bei kon stanter Drehzahl, vorzunehmen. Die Vermin derung der Fördermenge kann durch Qüer- schnittsverminderung .an irgendeiner Stelle des Strömungsweges des Arbeitsmittels erfol gen. Statt einer Drosselung kann die Mengen verminderung auch durch Einschalten einer oder mehrerer Expansionsturbinen mit einem oder mehreren Expansionsrädern an irgend einer Stelle des Strömungsweges des Arbeits mittels erreicht werden.
In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist zum Beispiel das Schema einer einfachen Gasturbinenanlage mit dem Kompressor 1, dem Wärmeaustauscher 2, dem Brennraum 3 und der Turbine 4 dargestellt. Als Mittel zur Mengenverminderung ist auf der Saugseite des Kompressors 1 eine zusätzliche Expan sionsmaschine 5 angeordnet, die bei Teillast durch Schliessen des Ventils 6 und Öffnen der Ventile 7 und 8 eingeschaltet wird und die ihrerseits mit einer Vorrichtung für Querschnittsregelung versehen sein kann. Bei Nennlast ist zum Beispiel 7 und 8 zu und 6 offen.
Diese Mengenregeleinrichtung kann statt an der eingezeichneten Stelle auch an einer beliebigen andern Stelle des Strömungs weges des Arbeitsmittels, so zum Beispiel in einer der Leitungen 52 bis 55 bezw. in meh reren derselben vorgesehen sein. Auch könn ten statt Expansionsmaschinen gewöhnliche Drosselorgane Verwendung finden, was aller dings den Wirkungsgrad der Anlage ver schlechtern würde.
In jedem Falle wird durch Verminderung der Fördermenge bei Teillast, sei es durch ein Expansionsrad oder einen Schieber, am Kompressor ein "Pumpen" auftreten. Um dieses "Pumpen" zu verhüten, wird gemäss dem den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Verfahren die Leistung durch Re gelung der Fördermenge verändert und bei Teillast am Kompressor eine Pump-Ver- hütungseinrichtung eingeschaltet.
An Hand des in Fig. 2 dargestellten Kom- pressors sind nachfolgend einige Durchfüh rungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert. Es wurde ein Radial kompressor mit mehreren Teilspiralen und anschliessenden Diffusoren am Umfang ge wählt, da bei einem solchen die Pumpgrenze an sich tief ist, so dass er sich besonders für den vorliegenden Zweck eignet. Fig. <B>3</B> ist ein Axi.alschnitt durch das Kompressorrad.
11 bedeutet die Welle, 12 das Rad, 18 die \Peilspiralen, 14 die Diffusoren und 15 die Druckleitung. An den Stellen 51 (Fix. 2) und 5 (Fix. 3) sind Mengenregelungsorgane eingezeichnet, als welche man sich zum Bei spiel Expansionsmaschinen samt Ventilen 7 und 8 (Fix. 1) oder auch einfache Schieber oder beliebige andere Mengenregelungsorgane denken kann. Zur Vermeidung des "Pum- pens" können nun hier -verschiedene Anord nungen getroffen werden. Bei 18 (Fix. 3) kann ein Teil des Saugraumes versperrt wer den.
Es können Blenden 19 (Fix. 2) in die Spiralen eingesetzt werden. Es kann der Raum längs der ganzen Spirale und allen falls auch längs der Diffusoren durch Ein legen von Führungswänden<B>16,</B> 17 vermin dert werden. Endlich können bei Teillast zu sätzliche Fördermengen in die Spirale ein geleitet werden, die der Druckleitung bei 10 entnommen werden und den bei Teillast zu grossen Raum der Spirale und des Diffusors ausfüllen helfen (die Rückführleitung ist in Fig. 2 nicht eingezeichnet).
Solche Massnahmen werden nun vorteil- hafterweise jeweilen erst dann eingeleitet, wenn durch die Mengenregelung, z. B. durch das Expansionsrad, die Fördermenge des Ar beitsmittels so stärk verkleinert ist, dass durch die Pump-Verhütungseinrichtung im Verhältnis zum Druckgefälle des Rades prak tisch keine Drosselung mehr verursacht wird.
Damit ist eine verlustlose Mengenregelung möglich, welche in der zusätzlichen Expan sionsturbine das Drucksenkungsgefälle zur Leistungserzeugung benützt und die bei praktisch verlustfreier Verhütung des "Pum- pens" eine Regelung bis zu beliebig kleinen Fördermengen ermöglicht. Die Pump-Verhütungseinrichtung kann automatisch, z. B. in Abhängigkeit von der Fördermenge oder von der Mengenregelung (z. B. an geregelten Teilen der zugeschalteten Expansionsräder) aus gesteuert werden. Sie kann an einer oder mehreren Stufen des Kompressors angebracht sein, z.
B. im Saug raum der Stufen oder unmittelbar davor oder auch in den Überströmleitungen von einer Stufe zur nächsten.
Zweckmässig wird man bei kleinen För dermengen eine Pump-Verhütungsanordnung treffen, die im Gegensatz zur Mengenrege lungseinrichtung (Expansionsmaschine 5 in Fig. 1) keine weitere Fördermengenvermin- derung verlangt, also praktisch keine Dros selung verursacht, sondern lediglich eine Ver hinderung des "Pumpens".
Würde eine solche Einrichtung bei Vollastfördermengen einge schaltet sein, so könnte sie eine erhebliche Drosselung verursachen; es ist deshalb zweck mässig, sie erst dann einzuschalten, wenn die Mengenregelungseinrichtung. vorzugsweise ein Expansionsrad, die Mengenverminderung schon so weit getrieben hat, dass die Quer schnittsverminderung der Pump-Verhütungs- anordnung keine ungünstige Wirkung mehr auf die Fördermenge und damit praktisch keine zusätzliche Drosselung verursacht.
Auf diese Weise ist es möglich, die Mengenver minderung durch die nutzbringende Einschal tung einer zusätzlichen Expansionsstufe fast verlustlos durchzuführen und das "Pumpen" ebenfalls durch eine praktisch verlustlose Querschnittsregelung zu verhüten. Die Pump verhinderung, die nicht zu verwechseln ist mit der Alengenregelung, kann ebenfalls in. der Verkleinerung von gewissen Querschnit ten, und zwar im oder unmittelbar beim Kompressor, bestehen.
Method for regulating a gas turbine plant. In gas turbine systems for any gas (e.g. also air) as the working medium, it is advisable to carry out part-load control by reducing the delivery rate, possibly at a constant speed. The flow rate can be reduced by reducing the cross section at any point in the flow path of the working medium. Instead of throttling, the reduction in volume can also be achieved by switching on one or more expansion turbines with one or more expansion wheels at any point along the flow path of the working medium will.
In Fig. 1 of the accompanying drawing, for example, the scheme of a simple gas turbine system with the compressor 1, the heat exchanger 2, the combustion chamber 3 and the turbine 4 is shown. As a means of reducing the volume, an additional expan sion machine 5 is arranged on the suction side of the compressor 1, which is switched on at partial load by closing the valve 6 and opening the valves 7 and 8 and which in turn can be provided with a device for cross-sectional control. At full load, for example, 7 and 8 are closed and 6 is open.
This quantity control device can, instead of at the point shown, also at any other point along the flow path of the working medium, for example in one of the lines 52 to 55 respectively. be provided in several of the same. Ordinary throttling devices could also be used instead of expansion machines, which, however, would reduce the efficiency of the system.
In any case, a reduction in the delivery rate at part load, be it through an expansion wheel or a slide, causes the compressor to "pump". In order to prevent this "pumping", according to the method forming the subject of the present invention, the power is changed by regulating the delivery rate and, when the compressor is under partial load, an anti-pumping device is activated.
With the aid of the compressor shown in FIG. 2, some implementation options for the method according to the invention are explained below. A radial compressor with several partial spirals and subsequent diffusers on the circumference was chosen, since the surge limit itself is low in such a compressor, so that it is particularly suitable for the present purpose. Fig. 3 is an axial section through the compressor wheel.
11 means the shaft, 12 the wheel, 18 the spiral bearings, 14 the diffusers and 15 the pressure pipe. At points 51 (Fix. 2) and 5 (Fix. 3) volume control organs are drawn in, which can be thought of as expansion machines with valves 7 and 8 (Fix. 1) or simple slides or any other volume control organs. Various arrangements can now be made here to avoid "pumping". At 18 (fix. 3) part of the suction chamber can be blocked.
Orifices 19 (fix. 2) can be inserted into the spirals. The space can be reduced along the entire spiral and, if necessary, also along the diffusers by inserting guide walls <B> 16, </B> 17. Finally, additional flow rates can be passed into the spiral at part load, which are taken from the pressure line at 10 and help fill the space in the spiral and diffuser which is too large at part load (the return line is not shown in FIG. 2).
Such measures are now advantageously only initiated when the quantity control, e.g. B. by the expansion wheel, the flow rate of the Ar is reduced so much that the pumping prevention device in relation to the pressure gradient of the wheel practically no more throttling is caused.
This enables a lossless volume control, which uses the pressure drop gradient in the additional expansion turbine to generate power and which enables control down to any small delivery volumes with practically loss-free prevention of "pumping". The pumping contraceptive device can automatically, e.g. B. depending on the flow rate or on the volume control (z. B. on regulated parts of the connected expansion wheels) can be controlled. It can be attached to one or more stages of the compressor, e.g.
B. in the suction space of the stages or immediately before or in the overflow lines from one stage to the next.
In the case of small delivery quantities, it is advisable to use a pumping prevention arrangement which, in contrast to the quantity control device (expansion machine 5 in FIG. 1), does not require any further reduction in delivery quantity, i.e. it causes practically no throttling, but merely prevents "pumping" .
If such a device were to be switched on at full load, it could cause considerable throttling; it is therefore advisable not to switch it on until the flow control device. preferably an expansion wheel that has already driven the reduction in volume so far that the reduction in cross-section of the anti-pumping arrangement no longer has an adverse effect on the delivery rate and thus practically no additional throttling.
In this way, it is possible to carry out the quantitative reduction through the beneficial activation of an additional expansion stage with almost no loss and to prevent the "pumping" also by means of a practically lossless cross-sectional control. The pumping prevention, which is not to be confused with the algae control, can also consist in the reduction of certain cross sections, namely in or directly at the compressor.