DE3436273A1

DE3436273A1 - Vereisungsschutzvorrichtung fuer eine gasturbine

Info

Publication number: DE3436273A1
Application number: DE19843436273
Authority: DE
Inventors: Giampiero Barberino di Mugello Florenz/Firenze Ferrari Aggradi; Vasco Poggibonsi Siena Mezzedimi; Alessandro Florenz/Firenze Pini
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1985-04-18
Also published as: SE8404617L; GB2147364A; SE8404617D0; IT8323111A0; IT1166979B; GB8423721D0; FR2552816A1; JPS6095137A; CH660620A5

Description

Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine wirtschaftliche Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine, die mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet.

Unter bestimmten klimatischen Verhältnissen kann in bekannter Weise am Einlaß einer Gasturbine eine nachteilige Eisbildung auftreten, die manchmal zu einem verhängsnisvollen Pumpen des Kompressors aufgrund der Behinderung des Lufteintritts zur Turbine führen kann. Darüberhinaus können große Eisstücke die Turbinenschaufeln beschädigen.

Diese Erscheinung beruht im wesentlichen auf der Tatsache, daß an der Ansaugseite des Axialkompressors oder axialen Turboverdichters einer Gasturbine aufgrund des Druckabfal Is durch das Filterschalldämpfersystem und aufgrund der Luftbeschleunigung stromaufwärts von der ersten Stufe eine Expansion auftritt. Die Wirkung dieser Expansion, die als adiabatisch angesehen werden kann, besteht darin, daß die Luft übersättigt werden kann, was die Ausbildung von Flüssigkeit oder Eis in der ersten Stufe des Axialkompressors zur Folge hat. Diese Eisbildung tritt dann auf, wenn die Luftabkühlung aufgrund der Expansion so stark ist, daß die Sättigungslinie überschritten wird und die Temperatur am Ende der Expansion unter 0⁰C fällt.

Es sind bereits verschiedene Arten von Vereisungsschutzvorrichtungen bekannt, die so ausgebildet sind, daß sie verhindern, daß die in die Gasturbine angesaugte Luft die Sätti-

gungslinie bei einer Temperatur am Ende der Expansion, die unter 0⁰C liegt, überschreitet.

Eine dieser bekannten Vereisungsschutzvorrichtungen verwendet die komprimierte Luft, die den Axialkompressor verläßt, um sie mit der angesaugten Luft zu mischen, so daß diese erwärmt wird.

Da diese Vorrichtung den Kompressor anzapft, beeinflußt sie ersichtlich nachteilig die Leistung und somit den Turbinenwirkungsgrad.

Eine weitere bekannt Vereisungsschutzvorrichtung arbeitet so, daß sie einen Teil des Abgases der Gasturbine mit der angesaugten Luft mischt, wobei jedoch diese Vorrichtung gleichfalls verschiedene Nachteile und Mangel aufweist. Beispielsweise werden an der Einlaßseite Feststoffteilchen, die im Brennstoff enthalten sind, und Schwefelteilchen des Abgases eingeführt, die eine extrem schädigende Wirkung auf das Filtersystem und auf die Maschine haben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für einen fehlerfreien Betrieb in der Abgasleitung ein Gegendruck erforderlich ist, der den Turbinenwirkungsgrad vermindert. Noch ein Nachteil besteht darin, daß es schwierig ist, die Wärme zu steuern, die der angesaugten Luft übertragen wird, und daß groß bemessene Leitungen benötigt werden. Schließlich ist es nachteilig, daß eine zweckmäßige Verteilung des abgezogenen Gases über die gesamte Ansaugfront schwierig ist, und daß darüberhinaus das Gas reich an Wasserdampf ist, so daß die Gefahr besteht, daß sich örtlich Kondensate und sogar Eis bilden, was die Vereisungsschutzvorrichtung stattdessen eigentlich vollständig verhindern sollte.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Mängel dadurch beseitigt werden, daß eine Vereisungsschutzvorrichtung

für eine Gasturbine geschaffen wird, die die Leistung und den Wirkungsgrad der Turbine nicht nachteilig beeinflußt und ihren Betrieb nicht beeinträchtigt und die gleichfalls ausserordentlich wirtschaftlich und mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet.

Das wird im wesentlichen gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die angesaugte Luft der Turbine durch die Wärme des Turbinenabgases über ein Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid erwärmt wird, das in einem geschlossenen Kreislauf von einer Pumpe in Bewegung gehalten wird.

Diese Wärmeübertragung erfolgt über Wärmetauscher am Auslaß und am Einlaß.

Die erfindungsgemäße Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie von einem dichten, geschlossenen Kreislauf gebildet wird,der mit einem Pufferexpansionstank versehen ist und in dem ein Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid über eine Umlaufpumpe in Bewegung gehalten wird, wobei der Kreislauf mit einem ersten Rippenrohrwärmetauscher, der in direktem Kontakt mit der Wärme des Abgases der Abgasleitung der Gas-turbine steht, von der er einen kleineren Teil einnimmt, und mit einem zweiten Wärmetauscher in Form eines glatten Rohres am Lufteinlaß der Gasturbine versehen ist, wobei gleichfalls eine Einrichtung vorgesehen ist, die fortlaufend die Wärmemenge steuert, die durch das Gefrierschutz-Zwischenfluid befördert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Gemisch aus Wasser und Monoäthylenglykol als Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid verwandt.

Insbesondere besteht die Einrichtung zum fortlaufenden

Steuern der Wärmemenge, die durch das Gefrierschutz-Zwischenfluid befördert und der angesaugten Luft geliefert wird, aus einem Dämpfer zum Regulieren des Abgasstromes durch den Wärmetauscher, der am Turbinenauslaß angeordnet ist, wobei der Dämpfer über einen doppelt wirkenden pneumatischen Kolben gesteuert wird, der mit einem Steuerstellglied versehen ist,das seinerseits durch die Signale einer Anzeigevorrichtung für die Umgebungstemperatur und die Feuchtigkeit reguliert wird.

In dieser Weise drosselt der Dämpfer die Gasströmung nach Maßgabe der Umgebungsverhältnisse, wobei darüberhinaus dann, wenn aufgrund der Umgebungsverhältnisse die Vereisungsschutzvorrichtung nicht arbeiten muß, der Dämpfer vollständig geschlossen wird und dadurch verhindert, daß das Gas durch den Wärmetauscher geht, was sonst die Temperatur seiner Rohre auf einen hohen Wert bringen würde und folglich zu einem Wärmeschock bei der Wiederinbetriebnahme der Anlage führen würde.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht schließlich die Einrichtung zum fortlaufenden Steuern der Wärmemenge, die durch das Gefrierschutz-Zwischenfluid befördert und der angesaugten Luft geliefert wird, statt aus einer Einrichtung zum Steuern des Wärmetauschers am Auslaß über eine Drosselung der Gasströmung aus einer Einrichtung,die den Durchsatz an Gefrierschutzfluid im Wärmetauscher an der Einlaßseite dadurch variiert, daß sie einen Teil der Strömung mittels eines Dreiwege-Reglerventiles mit elektrischer Regelung und pneumatischer Betätigung zu einem Hi Ifskühlkreislauf umleitet, der einen zusätzlichen Wärmetauscher umfaßt, der am Gebläseschmierölkühler der Turboeinheit stromab vom Ölkühler selbst angeordnet ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be-

schrieben. Es zeigen:

Fig.1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine, und

Fig.2 in einer schematischen Ansicht ein abge

wandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine.

In der Zeichnung sind eine Gasturbine 1, das Abgas 2, das durch die Turbinenabgasleitung 3 strömt, und eine Ansaugkammer 4 für die Luft 5 dargestellt.

Ein Rippenrohrwärmetauscher 6 ist in einer Zweigleitung 7 der Abgasleitung 3 in direktem Kontakt mit der Wärme des Gases 2 angeordnet und in einen dichten, geschlossenen Kreislauf 8 geschaltet, der mit einem Pufferausdehnungstank 9 versehen ist und in dem ein Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid, das allgemein aus einem Gemisch aus Wasser und Monoäthylenglykol besteht, von einer Umlaufpumpe 10 in Bewegung gehalten wird. Ein zweiter Wärmetauscher 11 aus einem glatten Rohr ist so angeordnet, daß er die Wärme auf die angesaugte Luft überträgt,und ist in den Kreislauf 8 an einer Stelle geschaltet, die der Ansaugkammer 4 entspricht.

Um die Gasströmung 2 durch die Zweigleitung 7 zu regulieren, kann der Grad der Öffnung der Zweigleitung 7 über einen Dämpfer oder eine Drosselklappe 12 (siehe Fig.1) reguliert werden, die bei 13 angelenkt ist und von einem doppelt wirkenden pneumatischen Kolben 14 gedreht wird, der mit einem Steuerstellglied versehen ist, das für die Umgebungstemperatur und-fsuchtigkeit empfindlich ist, in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist.

Bei dem in Fig.2 dargestellten abgewandelten Ausführungs-beispiel der Erfindung liegt in dem geschlossenen Kreislauf 8 ein Dreiwege-Reglerventil 15 mit elektrischer Regelung und pneumatischer Betätigung, das einen Teil der Strömung des Gefrierschutzfluides zu einem zusätzlichen Wärmetauscher 16 umleitet, der am Gebläseschmierölkühler 17 der Turboeinheit stromab vom Ölkühler selbst angeordnet ist.

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- Leerseite -

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr.* JE. Asemann - Br. R. Koenigsberger Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

3/Li Case 1853

NUOVO PIGNONE S.p.A., Florenz,Italien

Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine

PATENTANSPRÜCHE

Vereisungsschutzvorrichtung für eine Gasturbine, gekennzeichnet durch

einen dichten, geschlossenen Kreislauf, der mit einem Pufferausdehnungstank versehen ist und in dem ein Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid durch eine Umlaufpumpe in Bewegung gehalten wird, wobei der Kreislauf mit einem ersten Rippenrohrwärmetauscher, der in direktem Kontakt mit der Wärme des Abgases in der Abgasleitung der Gasturbine angeordnet ist, von der er einen kleineren Teil einnimmt, und einem zweiten Wärmetauscher aus einem glatten Rohr versehen ist, der am Lufteinlaß zur Gasturbine angeordnet ist, und eine Einrichtung vorgesehen ist, die fortlaufend die Menge an Wärme steuert, die durch das Gefrierschutz-Zwischen fluid befördert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gefrierschutzwärmekonvektions-Zwischenfluid aus einem Gemisch von Wasser und Monoäthylenglykol besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum fortlaufenden Steuern der Menge an Wärme, die vom Gefrierschutz-Zwischenfluid befördert wird, aus einem Dämpfer oder einer Drosselklappe besteht, die die Abgasströmung durch den ersten Wärmetauscher in der Turbinenabgasleitung reguliert, wobei der Dämpfer oder die Drosselklappe über einen doppelt wirkenden pneumatischen Kolben gesteuert wird, der mit einem Steuerstellglied versehen ist, das seinerseits durch Signale von einem Anzeiger für die Umgebungstemperatur und die Feuchtigkeit reguliert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum fortlaufenden Steuern der Menge an Wärme, die vom Gefrierschutz-Zwischenfluid befördert wird, aus einer Einrichtung besteht, die den Durchsatz des Fluides zum zweiten Wärmetauscher an der Turbineneinlaßleitung dadurch ändert, daß sie einen Teil der Strömung mittels eines elektrisch gesteuerten und pneumatisch betätigten Dreiwegereglerventils zu einem Hilfskühlkreislauf umleitet, der einen zusätzlichen Wärmetauscher umfaßt, der am Gebläseschmierölkühler der Turbo'einheit und stromab vom ölkühler selbst angeordnet ist.