DE893594C - Gasturbine mit Einrichtung zur Teillastregelung - 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. 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.
2. 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.
3. 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-