DE2328816A1 - Gasturbine fuer industriellen einsatz - Google Patents

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER 232881

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

• Düsseldorf, 1. Juni 1973

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

Gasturbine für industriellen Einsatz

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen sowie ihren Einsatz in elektrischen Kraftwerken, insbesondere auf einen verbesserten Brennstoffsystembetrieb, um einen besseren Anlauf und eine bessere Auslastung von in solchen Anlagen verwendeten Gasturbinen zu erzielen. Wenngleich die vorliegende Erfindung sich in vorteilhafter Weise in elektrischen Kraftwerksanlagen einsetzen läßt und der Einfachheit halber im Zusammenhang damit beschrieben wird, so versteht es sich doch, daß die Erfindung auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist.

Beim Betrieb von elektrischen Kraftwerken mit Gasturbinen wird eine rasche Anfahrmöglichkeit angestrebt, die dabei im Einklang mit Wirtschaftlichkeitsüberlegungen hinsichtlich Investition

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und Betrieb der Anlage sowie weiteren Überlegungen stehen muß. Um Sicherheit bezüglich der Lieferung der elektrischen Energie an die Abnehmer zu erzielen, muß auch gewährleistet .sein, daß die Gasturbinenanlage mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet.

Was den Anlauf der Anlage angeht, so zeichnet sich eine Anlage mit der Fähigkeit, rasch anzulaufen, und hoher Zuverlässigkeit dadurch aus, daß sie eine hohe Verfügbarkeit aufweist,was besonders im Hinblick auf Spitzenbelastungen von elektrischen Kraftwerksanlagen mit Gasturbinenbetrieb einen wichtigen Faktor darstellt. Zuverlässigkeit ergibt sich weitgehend aus dem Anlagenaufbau und der Qualität der Anlagenfertigung. Bezüglich der Anlagenüberwachung und -steuerung gilt, daß die Zuverlässigkeit der Anlage durch den grundsätzlichen Aufbau der Steuerung, ferner dadurch erhöht werden kann, daß die überwachungseinrichtung eine Mehrzahl Möglichkeiten zur Steuerung oder Begrenzung bestimmter Anlagenveränderlicher vorsieht. Auf eine Vielzahl von Möglichkeiten bzw. eine Redundanz zurückgehende Zuverlässigkeit kann somit unmittelbar dazu beitragen, die Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen.

Normalerweise führt ein schnelles Anfahren der Gasturbinenanlage zu einer höheren Schädigung der Turbinenschaufeln und weiterer Metallteile infolge thermischer Spannungen. Daher muß für einen gewissen Ausgleich zwischen der Anlaufgeschwindigkeit und der Turbinenlebensdauer, d. h. den langfristig gesehenen

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Kosten der Turbinenschädigung infolge thermischer Spannungen, gesorgt werden. Um die Lebensdauer der Anlage oder die Anlauf-Verfügbarkeit elektrischer Gasturbinenanlagen durch rascheres Anlaufen ohne zusätzliche Metallschädigung zu verbessern, ist es wünschenswert, vermeidbare Ursachen für Schädigungen durch Spannungen festzulegen und Verbesserungen zu ermitteln, durch die eine solche Schädigung im Einklang mit allen weiteren Anlagenbetriebsbedingungen vermieden werden kann. Zusätzliche Vorteile ergeben sich, wenn durch die Verbesserungsmaßnahmen gleichzeitig für Erhöhung der Zuverlässigkeit auf Redundanzbasis gesorgt wird.

Eine Ursache für Schädigungen durch thermische Spannungen ist in der Zufuhr des Brennstoffs, insbesondere Flüssigbrennstoffs, zu den Turbinendüsen zu sehen. Typischerweise wird Öl oder ein anderer flüssiger Brennstoff an die Turbine von einer Brennstoffquelle mittels einer von der Turbine getriebenen Pumpe geliefert. Der Brennstoff strömt von der Pumpe durch eine Ventilanordnung, die typischerweise ein Iaolierventil und ein Drosselventil umfaßt. Die Pumpe baut einen Brennstoffdruck in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl auf, und der Düsen-Brennstoffdruck wird innerhalb des Toleranzbereiches typischerweise durch eine positive Regelung des Pumpenaustrittsdrucks gehalten. Die Regelung des Brennstoffdrucks kann durch Regelung des Stroms von Bypass-Brennstoff aus der Brennstoffspeiseleitung zurück zu der Brennstoffquelle oder aber durch eine geeignete Ein-

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richtung erzielt werden, die die Arbeitsweise der Pumpe selbst steuert. In jedem Fall können Schwankungen des Brennstoffdrucks aufgrund von Übergangszuständen, die sich durch den Druckregler nicht korrigieren lassen, unzulässige thermische Spannungen des Turbinenmetalls bei der Zündung und während weiterer Zeitabschnitte des Betriebs, einschließlich Leerlaufbetrieb und Betrieb bei nur geringer Belastung, hervorrufen. Bei dem mit einem Bypass-Druckregler arbeitenden Brennstoffsystem wird die Öffnung eines Bypass-Ventils durch einen elektropneumatisehen oder sonstiger Regler so geregelt, daß der Pumpen-Entladungsdruck auf einem eingestellten Wert bleibt. Während und kurz nach der Zündung wird der Druck-Einstellpunkt von einer sägezahnähnlichen Funktion abgeleitet und anschließend festgelegt. Entsprechend einer Ausführung nach dem Stand der Technik, wie sie in der US-Patentanmeldung Ser. No. 82,470 vom 20.10.1970 - F. Rankin und F. Reed (wobei diese Anmeldung auf dieselbe Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgeht) beschrieben ist, ist mit einem ungeregelten Begrenzerventil parallel zu dem Entladungsdruck-Reglerventil gearbeitet worden, um für eine zusätzliche Bypass-Strömung zu sorgen, aber dieses Ventil wurde bei der Verbrennung des flüssigen Brennstoffs vollständig geschlossen und vollständig geöffnet, um einen zusätzlichen Bypass-Strom im wesentlichen nur dann zur Verfügung zu stellen, wenn kein flüssiger Brennstoff zu den Düsen strömte, d. h. vor der Zündung und während Turbinenbetrieb mit gasförmigem Brennstoff, wie er für Turbinen zum Einsatz kommt, die mit zwei Brennstoffarten arbeiten.

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Die zusätzliche Bypass-Strömung diente somit dazu, den Pumpen-Entladungsdruck zu verringern, wenn der Brennstoff in dem Flüssig-Brennstoffsystem einfach umgewälzt wurde.

Allgemein läßt sich sagen, daß das mit einem Bypass-Regler für den Pumpen-Entladungsdruck arbeitende System nach dem Stand der Technik während der Zündzeit und weiterer Betriebsphasen nicht in ausreichendem Maße ansprechen konnte, um schnelle übergangs-Flüssigkeitsdruck-Schwingungen entsprechend Schwingungen in der Turbineneinlaß-Luftteraperatur und entsprechend Schwankungen der thermischen Spannungen in den Turbinenmetallteilen zu verhindern. Ferner gab es beim Auftreten eines Fehlers im Bypass-Reglermechanismus, der zu einem übermäßigen Brennstoffdruck oder übermäßigen periodischen Brennstoffdruckschwankungen führte, ohne einen Systemausfall oder eine Stillsetzung des Systems zu bedingen, keinen Ausweichmechanismus, durch den die Auswirkungen des Fehlers hätten begrenzt werden können, d. h. die Zuverlässigkeit wurde etwas eingeschränkt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es,eine Gasturbine für industriellen Einsatz zu schaffen, die verbesserte Brennstoffelemente und Regeleinrichtungen dafür aufweist, um so bestimmte unerwünschte Betriebszustände wesentlich zu vermindern, die bisher wahrend bestimmter Brennstoffzufuhrphasen während verschiedener kritischer Arbeitsintervalle oder -perioden auftraten.

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ORlQiMAL IKSPiZCT

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Gasturbine für industriellen Einsatz, mit einem Verdichter-, einem Verbrennungs- und einem Turbinenteil, einem Brennstoffsystem für die Zufuhr .von Brennstoff zu dem Gasturbinen-Verbrennungsteil, wobei das Brennstoffsystem mindestens ein Flüssig-Brennstoff-Subsystem mit einer Flüssigbrennstoffquelle, einer Pumpe für die Förderung des Flüssigbrennstoffs von der FlüssigbrennstoffquelIe zu dem Verbrennungsteil, einem Drosselventil für die Einstellung der Strömung des Flüssigbrennstoffs zu dem Verbrennungsteil und einem Hauptströmungsweg hat, der die Pumpe mit dem Drosselventil und das Drosselventil mit dem Verbrennungsteil verbindet, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Bypass-Strömungsweg von dem Hauptströmungsweg zur Begrenzung und überwachung des Pumpen-Entladungsdrucks, eine Einrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Bypass-Strömung von Flüssigbrennstoff durch den Bypass-Ströraungsweg sowie durch ein Regelsystem mit einer Einrichtung zur Aktivierung des Flüssigbrennstoffsubsystemederart, daß Flüssigbrennstoff durch den Hauptströmungspfad an den Verbrennungeteil zum Turbinenanlauf und Anlagenbetrieb unter Last geliefert wird, und daß die Einrichtung zur Aktivierung des Flüssigbrennstoffsubsystems eine Einrichtung zur Regelung des Pumpen-Entladungsdrucks aufweist und die Einrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Bypass-Strömung im wesentlichen unabhängig von dem Regelsystem arbeitet, um den Pumpen-Entladungsdruck während mindestens eines Teils der Turbinenbetriebszeit nach Einleitung der Zündung zu begrenzen.

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ORlQiNAL INSPECTED

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Ein Flüssigbrennstoff-Subsystem, das vorzugsweise eine Flüssigbrennstoffquelle, eine turbinengetriebene Pumpe für die Förderung des Flüssigbrennstoffs von der Quelle zu dem Turbinen-Verbrennungsteil, ein Drosselventil für die Regelung der Strömung von Flüssigbrennstoff zu dem Verbrennungsteil, einen Hauptströmungspfad, der die Pumpe mit dem Drosselventil und das Drosselventil mit dem Verbrennungsteil verbindet sowie einen Bypass-Strömungspfad von dem Hauptströmungspfad zur Begrenzung oder Regelung des Pumpen-Entladungsdrucks aufweist, wird erfindungsgemäß wirksam so betrieben, daß Unstimmigkeiten bei der Brennstoffeinspeisung von Anlauf zu Anlauf verringert werden, die Verbrennung stabilisiert wird und den Turbinenteilen infolge thermischer übergangszustände oder Schwingungen nur eine verringerte Schädigung durch Spannungen zugefügt wird. Dieser wirksame Betrieb wird durch den gemeinsamen Betrieb eines Turbinenregelsystems und weiterer Bypass-BrennstoffStrömungseinrichtungen erzielt, die in dem Bypass-Strömungsweg im wesentlichen unabhängig von dem Regelsystem betrieben werden, um den Verbrennungsdüsen-Brennstoffdruck für die verschiedenen Arten des Gasturbinenbetriebs zu regeln.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 scheraatisch ein Blockschaltbild einer elektrischen Kraftwerksanlage mit einer Gasturbine, das das Gasturbinen-Brennstoffsystem und ein Regelsystem für den Betrieb des Brennstoffsystems entsprechend der vorliegenden Erfindung wiedergibt;

Fig. 2 die elektrische Gasturbinen-Kraftwerksanlage der Fig. 1 in Verbindung mit einer Darstellung einer besonderen Ausführungsform des Regelsystems nach der Erfindung;

Fig. 3 die elektrische Gasturbinen-Kraftwerksanlage in Verbindung mit der Darstellung eines Funktions-Blockschaltbildes der Regelfunktionen, wie sie in dem Regelsystem der Fig. 2 verwirklicht werden;

Fig. 4 den Aufbau der Verbrennungselemente der Gasturbine nach Fig. 1-3;

Fig. 5 und 6 eine Brennstoffdüse und Teile davon, wie sie in der Gasturbine der Fig. 1-3 Verwendung finden;

Fig.7 schematisch ein Schaltbild des Gasbrennstoff-

Speisesystems, wie es in Verbindung mit der Gasturbinenanlage nach Fig. 1-3 Verwendung findet;

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Fig. 8 schematisch ein Schaltbild des Flüssigbrennstoff-Speisesystems, wie es in Verbindung mit der Gasturbinenanlage nach Fig. 1-3 Verwendung findet, wobei der Ventilaufbau nach der Erfindung wiedergegeben ist;

Fig. 9 ein Logik-Diagramm, das die bei Einleitung der

Zündung und Betrieb des Druck-ZTemperaturbegrenzungsventil verwirklichte Logik veranschaulicht;

Fig. 10 das Druck-ZTemperaturbegrenzungsventil mit der zugehörigen Ventilbetätigungseinheit im Längsschnitt;

Fig. 11 schematisch ein Schaltbild eines Analogschaltungsaufbaus, wie er entsprechend einer besonderen Ausführungsform des Regelsystems einem Computer zugeordnet ist, um die Funktion des Gasturbinen-Brennstoffzufuhrsystems regeln zu können;

Fig. 12 ein Diagramm bestimmter Regelsignal-Kennwerte der Analogschaltungsanordnung der Fig. 11;

Fig. 13 ein Diagramm mit Kurvenwerten, die die Flüssigbrennstoffströmung in verschiedenen Teilen des Flüssigbrennstoff-Speisesystems veranschaulichen;

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ORIGINAL INSPECTED

Fig. 14A - F verschiedene Diagramme mit Werten, die die Wirksamkeit des Brennstoffsystembetriebs veranschaulichen/ wie er sich durch Einsatz der· vorliegenden Erfindung verwirklichen läßt.

Im einzelnen läßt Fig. 1 eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung mit einer Gasturbine 100 für industriellen Einsatz erkennen, der ein Regelsystem 102 zugeordnet ist, so daß ein Kraftwerksgenerator 1O4 für die Erzeugung elektrischer Energie angetrieben werden kann. Erfindungsgemäß wird die Wirksamkeit des Betriebs der Turbine 100 durch das Regelsystem 102 während aller Phasen oder Betriebsarten des Gasturbinenbetriebs vom Anlauf über die Zündung und schließlich bis zum Betrieb unter Last erhöht.

Die Regelung der Gasturbine 100 umfaßt eine Regelung der Turbinen-Hilfseinrichtungen 106, wozu eine Hilfs-Schraiermittelpumpe, eine Wechselspannungs- und eine Gleichspannungs-Brennstoff transportpumpe , eine Drehmaschine und ein Drehgetriebe-Starter (wobei diese Hilfselemente in der Zeichnung nicht im einzelnen gezeigt sind) gehören. Ebenso sind ein Drehgetriebe 108 und eine Energiequelle 110 für das Drehgetriebe vorgesehen. Die Regelung der Hilfseinrichtungen erfolgt hauptsächlich während des Anlaufs, wie das weiter unten genauer beschrieben wird.

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Um den Turbinenbetrieb zu regeln, wird die Zufuhr des Turbinenbrennstoffs geregelt, um die Verbrennung einzuleiten und dann aufrecht=zu=erhalten, nachdem es einmal zur Zündung gekommen ist. Typischerweise sind Turbinen für den industriellen Einsatz mit einem Doppel-Brennstoffsystem (in Fig. 1 nicht dargestellt) ausgestattet, das die Verbrennung von sowohl gasförmigem als auch flüssigem Brennstoff gestattet. Für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung reicht es jedoch aus, die Untersuchungen auf den Betrieb der Gasturbine 100 in Verbindung mit flüssigem Brennstoff zu beschränken. Jedoch wird der Einsatz der Erfindung für Gasbrennstoffsysteme oder Doppel-Brennstoffsysteme nachfolgend ebenfalls allgemein berücksichtigt.

Ein Subsystem für die Zufuhr von flüssigem Brennstoff sorgt dafür, daß flüssiger Brennstoff zu einer Mehrzahl Düsen in Brennstoffkörben von einer Brennstoffquelle 114 über Leitungen und verschiedene pneumatisch betätigte Ventile infolge der Pumpwirkung einer von der Turbinenwelle angetriebenen Hauptbrennstoffpumpe 118 strömt. Der Pumpenabgabedruck oder Pumpenentladungsdruck wird für die Verwertung im Regelsystem durch einen geeigneten Fühler 120 erfaßt. Einzelheiten der Wirkungsweise eines geeigneten Flüssigbrennstoff-Subsystems werden weiter unten genauer erläutert.

Eine pneumatische Einstellung eines Drosselventils und weiterer Brennstoffzufuhrventile durch herkömmliche elektropneumatische

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Regler 122 erfolgt in Abhängigkeit von Brennstoffventil-Regelsignalen, die von dem Regelsystem 102 erzeugt werden. Das Regelsystem kann dabei mehrere Ausführungsformen haben. Beispielsweise kann ein festverdrahtetes elektronisches System geeignet sein, um die gewünschten Regelfunktionen zu verwirklichen. Statt dessen kann die Regelung auch mittels eines Software-Programms erzielt werden, das mittels eines Digitalcomputers in einem direkten Digitalregelsystem ausgeführt wird. Als weitere Alternative kann das Regelsystem mit einer Kombination aus festverdrahteten und mit Software arbeitenden Regelkomponenten arbeiten.

Um die Regelfunktionen auszuführen, die notwendig sind, um die wirksame und flexible Regelung der Gasturbine 100 während der verschiedenen Betriebszustände ausführen zu können, werden d=urch in geeigneter Weise angeordnete Prozeßfühler 124 verschiedene Eingangssignale für das Regelsystem zur Verfügung gestellt. Die Turbinendrehzahl wird fortlaufend durch einen Hauptturbinendrehzahlfühler mit einem magnetischen Laufrad erfaßt. Nach Möglichkeit wird die Erfassung der elektrischen Last mit Hilfe eines herkömmlichen MW-Fühlers vorgenommen. Fühler für die Erfassung der Temperatur des Austritts- oder Abgases sowie für die Erfassung des Drucks des Brennermantels liefern entsprechende Turbinensignale. Vorgegebene Generatorsignale etwa bezüglich der Spannung können ebenfalls erzeugt werden. Alle Rückkopplungssignale dienen der Datenüberwachung

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ORIGINAL INSPECTED

und/oder der Regelung der Gasturbine 100, um den Generator anzutreiben und die Anlage sicher innerhalb der vorgesehenen Grenzen zu betreiben.

Allgemein wird ein Signal, das repräsentativ für den Brennstoffbedarf ist, der benötigt wird, um den Drehzahlanforderungen zu genügen, in dem Regelsystem 102 erzeugt. Bei dieser speziellen Anordnung werden Turbinenparameter einschließlich Drehzahl-, Temperatur- und Druckparametern von dem Regelsystem verwendet, um den Brennstoffbedarf zu bagrezen oder zu regeln, so daß der gewünschte Viert elektrischer Leistung erzeugt wird, ohne die vorgesehenen Grenzen der Anlage zu überschreiten.

Steuer- oder Regelsignale für die Aktivierung der elektropneumatischen Regler 122, um so die Brennstoff-Regelventile (bzw. das Brennstoff-Regelventil) während der Anlaufphase auf den richtigen Wert einzustellen, werden in erster Linie in Abhängigkeit von der erforderlichen Drehzahl gebildet, jedoch in Abhängigkeit weiterer Betriebsbedingungen, beispielsweise des maximalen Brennermanteldrucks oder der Abgastemperatur, eingeschränkt. Bei Betrieb unter Last wird dem Brennstoffsystem 112 Brennstoff so zugeführt, daß eine bestimmte Generator-Ausgangsleistung eingehalten oder innerhalb Grenzen gearbeitet wird, die durch die Turbinen-Abgas temperatur bestimmt werden.

Um das Anfahren der Turbine einzuleiten, müssen für die Gasturbine und/oder die Kraftwerksanlage bestimmte Bedingungen

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erfüllt sein, wobei die Tatsache, daß diesen Bedingungen genügt wird, durch das Schließen von Kontakten oder auf andere Weise an das Regelsystem und/oder den Operator weitergegeben wird. Beispielsweise müssen alle Überwachungs- und Verbindungsschalter in der für das Anlaufen richtigen Lage stehen und alle Turbinen-Fehlfunktionen korrigiert werden.

Nachdem der Zustand der gesamten Anlage befriedigt, wird der Anlauf unter Überwachung des Operators und/oder des Regelsystems 102 eingeleitet. Parallel dazu werden Turbinen-Subsysteme in Betrieb genommen, soweit dies angebracht ist, um die für den Anlauf erforderliche Zeit zu verringern. Vorzugsweise wird durch den Abschluß eines Folgeschritts die Einleitung des nächsten Folgeschritts vorgeschrieben, sofern nicht einer oder mehrere unter einer Mehrzahl Prozeßfühler ermitteln, daß Zustände herrschen, die eine Abschaltung der Gasturbine 100 verlangen.

Die Anlauf-Folge oder Anlaufsequenz umfaßt allgemein das Anlaufenlassen der Anlagen-Schmierölpumpe, das Anlaufenlassen des Drehgetriebes, das Anlaufenlassen und in Betrieb nehmen der Anlaufmaschine, um die Gasturbine 100 von einer niedrigen Drehzahl aus beschleunigen, das Anhalten des Drehgetriebes, das Zünden des Brennstoffs in einem Turbinen-Brennersysteru bei etwa 20 % der Drehzahl, die Fortführung der Erennstoffverbrennung und die Beschleunigung der Gasturbine auf etwa 60 % der Drehzahl, das Anhalten der Anlaßmaschine urd das Beschleunigen der Gas-

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turbine auf die gewünschte Drehzahl bzw. den gewünschten Betriebswert. Die Zünddauer ist typischerweise auf etwa 1 Minute beschränkt, da eine weitere Brennstoffzufuhr für eine größere Zeitdauer ohne Zündung möglicherweise zu einem explosiven und extrem gefährlichen Zustand führen kann.

Während der Zündung wird allgemein gesehen flüssiger Brennstoff zu der Gasturbine 100 mittels des Regelsysterns 102 so zugeleitet, daß bestimmten vorgegebenen Betriebsbedingungen genügt wird. So muß der Düsen-Brennstoffdruck stabil und hoch genug sein, um eine stabile Verbrennung zu erzeugen. Ferner ist es wünschenswert, die Turbineneinlaßtemperaturen innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Jedoch ruft die Zufuhr von Brennstoff tr.it übermäßig oszillierenden Übergangs-Düsen-Brennstoffdrücken normalerweise ein übermäßiges Schwanken der Turbineneinlaß-Lufttemperaturen hervor, so daß es zu unnötigen Schwankungen der thermischen

zu
Spannungen und folglich/die Lebensdauer verkürzenden Schädigungen der Turbinenteile, beispielsweise der Turbinenschaufeln, kommt. Die Zufuhr von Brennstoff mit extrem niedrigen Düsen-Brennstoffdrücken führt zu Zündausfällen in der Turbine und folglich zu einer Verringerung der Anlauffähigkeit, was andererseits bei der industriellen Erzeugung elektrischer Energie einen entscheidenden Faktor für die Leistungsfähigkeit darstellt, weil sich daraus die Fähigkeit ergibt, bei Spitzenbelastung als Hilfsenergiequelle eingesetzt zu werden und insofern die Sicherheit der Energieversorgung zu gewährleisten.

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Das Regelsystem 102 sorgt für eine Regelung/des Drosselventils, um so die Zufuhr von Brennstoff zu den Düsen zu bestimmen. Es regelt ferner einen Bypass-Strömungsweg, der bei dem gezeigten Aufbau Ventile in Form eines Druckregler-Bypass-Ventils 132 und eines Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventils 134 umfaßt, wobei das Ventil 134 im wesentlichen unabhängig von dem Regelsystem 102 arbeitet, um den Druck des den Turbinendüsen zugeführten Brennstoffs zu regeln oder zu begrenzen.

Das Druck-/Temperatur-Begrenzungsventil 134 kann verschiedene Ausfuhrungsformen haben. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie hier beschrieben wird, wird mit einem Zweistellungs-Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventil 134 gearbeitet, um die Regelung zu verwirklichen.

Während der Anlaufphase, in der die Zufuhr flüssigen Brennstoffs zu den Turbinendüsen noch gesperrt ist, arbeitet die von der Turbinenwelle getriebene Hauptbrennstoffpumpe 118, so daß Flüssigbrennstoffdruck aufgebaut wird. Dieser Brennstoffdruck wird durch das Bypass-Ventil 132 überwacht. Zu diesem Zeitpunkt ist das Begrenzerventil 134 vollständig geöffnet, so daß es einen Bypass-Brennstoffstrom auslöst, der von dem anwachsenden Pumpenentladungsdruck abhängt.

Entsprechend einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ist es wünschenswert, daß der Zünd-Brennstoffdruck an den Düsen

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innerhalb eines Toleranzbereiches von 0,21 bis 0,6 at während des Turbinenbetriebes bleibt. Um eine Brennstoffsystemregelung zu erzielen, so daß der Düsen-Brennstoffdruck auf diesen Bereich beschränkt bleibt und die weiteren einschränkenden Bedingungen für den Turbinenbetrieb eingehalten werden, wird der Flüssigbrennstoffstrora durch das Brennstoff-Drosselventil 136 mittels des Regelsystems 102 mitkoppelnd geregelt.

Das Regelsystem 102 stellt den Bypass-Strom von dem Düsen-Brennstoff Strömungsweg zu der Flüssig-Brennstoffquelle 114 so ein, daß zumindest während der kritischeren Übergangsperioden Brennstoffpumpen-Entladungsdruck und Düsen-Brennstoffdruck unmittelbar als Funktion der Erhöhung der Pumpendrehzahl bei Beschleunigung der Turbine aufgebaut werden, bei verringerten Brennstoffdruckschwingungen und verringerten Turbineneinlaß-Lufttemperatur Schwankungen. Während des gesamten Turbinenbetriebs bestimmt der eingestellte Pumpendruck in Verbindung mit der Einstellung des Drosselventils 136 und dem Bypass-Brennstoffstrom den erforderlichen Düsen-Brennstoffdruck genau innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, um so eine Verbrennung mit Flammenstabilität zu erzielen. Das Druck-ZTemperaturbegrenzungsventil 134 bewirkt ferner eine Verringerung des Drucks auf die Komponenten des Brennstoffsystems 112, wenn die Gasturbine 110 mit gasförmigem Brennstoff betrieben und das Flüssigbrennstoff sy stern abgeschaltet, jedoch auf Umwälzbetrieb umgestellt wird.

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— Io —

Es versteht sich, daß der Bypass-Strom in anderen Anwendungsfällen der Erfindung abweichende Ausführungsformen annehmen kann. Beispielsweise kann der Pumpenentladungsdruck auf andere Weise als mittels eines regulierenden Bypass-Ventils geregelt v/erden, und in diesem Fall würde der Bypass-Strom auf die Druckbegrenzungswirkung beschränkt werden. Als weiteres Beispiel könnte eine Öffnung parallel mit einem Ventil entsprechend dem druckregelnden Bypass-Ventil 132 oder eine Öffnung im Inneren eines Ventils entsprechend dem druckregelnden Bypass-Ventil 132 verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch ein Ventil mit einer einstellbaren Minimumeinsteilung verwendet, so daß die Einstellungen so vorgenommen werden können, daß sie den Schwankungen der Brennstoffpumpenwerte und den Schwankungen der Drosselventilwerte entsprechen.

Für den Fall, daß eine Fehlfunktion auftritt, indem etwa das Druck-/Temperaturbegrenzungsventil ausfällt, bildet das Regelsystem 102 eine weitere Einrichtung zur Regelung des Brennstoffdrucks an den Düsen. So wird während der begrenzenden Wirkung des Druck-/Temperaturbegrenzungsventils für eine zusätzliche Brennstoffregelung gesorgt, um durch Redundanz Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Während der Zündphase ist das druckregelnde Bypass-Ventil 132 geschlossen, und das Druck-/Temperaturbegrenzungsventil 134 bestimmt vorwiegend den Brennstoffdruck, indem es druckbegrenzend

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arbeitet, d. h., das bevorzugte Zweistellungs-Ventil ist auf

es seine Minimalstellung eingestellt, so daß/eine den Brennstoffdruck begrenzende Wirkung ausüben kann. Dadurch wird während der Zündphase ein sanfter Anstieg des Brennstoffdrucks gewährleistet. Kurz nach der Zündung wird das druckregelnde Bypass-Ventil 132 durch das Regelsystem 102 erneut betätigt, um den Pumpenentladungsdruck zu regeln, und das bevorzugte Druck-/ Temperaturbegrenzungsventil 134 liefert einen Bypass-Brennstoffstrom in seiner Minimumeinstellung. Auf diese Weise wird ein schnelles Anfahren ermöglicht, wobei in erster Linie durch das ßypass-Ventil 132 für eine Brennstoffdruckregelung gesorgt wird, nachgeordnet jedoch eine zusätzliche Druckbegrenzungswirkung von dem Begrenzerventil 134 ausgeübt wird. Während des Ausgleichs der Anlaufphase werden Brennstoffdruck-Schwankungen durch Pumpenentladungsdruckregelung allgemein beträchtlich gegenüber dsn herkömmlichen Zündphasen-Schwankungen herabgesetzt, und daher kann die Begrenzungswirkung des Begrenzungsventils nachgeordnet werden, um ein schnelleres Anfahren zu ermöglichen, ohne die Turbine in nennenswertem Ausmaß durch Temperaturschwankungen zu beeinträchtigen. Wie weiter unten ausführlicher untersucht, kann die Minimum-Einstellung des bevorzugten Zwei Stellungs-Druck-/Temperatur-Begrenzungsventils so eingestellt werden, daß die Festlegung der gewünschten Brennstoffdruck-Regelungs- und -Begrenzungswirkung unterstützt wird. Beachtlich ist auch, daß in der Phase nach der Zündung in Verbindung mit der bevorzugten Regelung und Begrenzungswirkung das Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventil die Brennstoffdruckbegrenzung unterstützt, um so für

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Zuverlässigkeit auf Redundanzbasis zu sorgen.

Läuft die Gasturbine 100 im Leerlauf oder unter geringer Last, so glättet der Bypass-Brennstoffstrom Schwankungen des Pumpenentladungsdrucks, die bekanntlich Turbineneinlaß-Temperaturüberschwingungen hervorrufen, die zumindest teilweise auf Ventilkörper-Wirkungen zurückgehen, über den Bypass-Zweig 128, In Doppel- oder Zweifach-Brennstoffsystemen (in Fig. 1 nicht gezeigt) sorgt der Bypass-Zweig 128, der bei dieser Ausführung das Bypass-Ventil 132 und das Begrenzerventil 134 umfaßt, für eine Verringerung des Drucks in dem Flüssigbrennstoffsystem, um so die dadurch hervorgerufene Abnutzung der Flüssigbrennstoff-Sy steine lernen te auf ein Minimum herabzusetzen. Das Druck-/ Temperatur-Begrenzungsventil wird in seine weitgeöffnete Stellung überführt.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann zwar auf ein Gasbrennstoff-Speisesystem angewendet werden, findet seinen stärksten Einsatz jedoch in Verbindung mit Flüssigbrennstoff-Speisesystemen. In mit gasförmigem Brennstoff arbeitenden Systemen besteht nur ein geringeres Bedürfnis, den Brennstoffdruck zu begrenzen, da gasförmiger Brennstoff der Turbine gewöhnlich mit einem vom Lieferanten geregelten Druck zugeführt wird und der Toleranzbereich des Düsen-Gasdrucks weiter als derjenige des Düsen-Flüssigbrennstoffdrucks ist.

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Mit Fig. 2 und 3 ist eine weiter detaillierte spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Soweit die Elemente die gleichen wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben sind, sind sie mit gleichen oder identischen Bezugszeichen versehen. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Regelsystem 102 für die Gasturbine 1OO von einem Hybridaufbau 103 gebildet, der einen Digitalrechner 150 und ein Analogsubsystem 152 umfaßt. Der Computer ist in diesem Fall ein P 50,wie er von der Westinghouse Electric Corporation unter der Bezeichnung PRODAC 50 verkauft wird. Allgemein läßt sich sagen, daß das P 50-Cömputersystem einen 16.000 Wörter-Kernspeicher mit einer Wortlänge von 14 Bits und einer Zykluszeit von 4,5 Mikrosekunden verwendet. Der P 50 kann eine große Menge an Daten und Instruktionen verarbeiten und somit leicht den Aufgaben gerecht werden, wie sie im Rahmen der Steuerung und Inbetriebnahme einer oder mehrerer Gasturbinen-Anlagen auftre ten.

Der P 50-Kernspeicher läßt sich erweitern, und durch Zusatz von Funktions-Modulareinheiten können die Analog-Eingangskapazität, die Kontaktschließeingänge und die Kontaktschließausgänge beträchtlich erhöht werden. Die Datenübermittlung für den P 50 erfolgt über 64 Eingangs- und Ausgangskanäle, von denen jeder einen 14 Bit-Parallelpfau zu bzw. von dem Computer-Hauptaufbau liefert. Die Adressiermöglicnkeit des P 50 gestattet die Anwahl jeoes der 64 Ein<jangs-/Aus9anyskanäle, jeder eier 64 V.'ürter-

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Adressen für jeden Kanal und jeder der 14 Bits in jedem Wort. Somit lassen sich in einem Prozeß mittels des P 50-Computersystems über 50.ooo Punkte individuell erreichen.

Es wird ein Computerprogrammsystem erstellt, um den Digitalrechner 150 so zu betreiben, daß er mit anderen Regelsystemelementen und Anlagenbereichen so zusammenwirkt, daß die Anlage 140 so betrieben wird, wie das zur Erzeugung der elektrischen Energie erforderlich ist. Das Programmsystem umfaßt vorzugsweise ein Folgeprogramm, das in der Hauptsache zur überwachung des Anlaufs der Anlage dient, und ein Regelprogramm, um den Brennstoffbedarf während des Anlaufs und bei Betrieb unter Last zu regeln. Jedes dieser Programme ist weiter in Programmgruppen oder Subprogramme für spezielle Aufgabenbereiche unterteilt. Das Programmsystem führt vorzugsweise die meisten der Ermittlungen für den Anlagenbetrieb aus, und es werden dann entsprechende Computer-Ausgangssignale für die Beaufschlagung der externen Regel-Hardware erzeugt. Ein Vollzugsprogramm oder ausführendes Programm bestimmt den Einsatz des Digitalrechners 150 über die verschiedenen Programme des Softwaresystems entsprechend einer vorgegebenen Prioritätsmaßgabe. Eingangs-ZAusgangs-Arbeitsabläufe und weitere unterstützende Funktionen werden durch verschiedene Hilfsprogramme ermöglicht, die Bestandteil des Vollzugsprogramms sind und der Prioritätsüberwachung durch das ausführende bzw. Vollzugsprogramm unterliegen. Eine Beschreibung des Hardware- und Programmsystems erfolgt hier nur in dem zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Umfang.

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Allgemein nimmt das Folgeprogramm Kontaktschlußeingänge und Operatorbordeingänge auf, um programmierte logische Entscheidungen zu machen und üb'er Kontaktschlußausgänge Anlagen-Anlauf- und weitere -Funktionen einschließlich Alarmgabe vor dem, während des und nach dem Anlaufen zu liefern. Das Folgeprogramm arbeitet ferner so, daß es das Regelprogramm überwacht, indem der Regelmodus des Betriebs und die gewählte Last festgelegt werden. Das Regelprogramm arbeitet in verschiedenen Turbinen-Rege 1 sch le if en , erzeugt Turbinenregelausgangssignale in diesen Schleifen und liefert Daten an das Folgeprogramm, einschließlich beispielsweise Anzeigen für eine erhöhte Temperatur der Schaufeln während des Betriebs unter Last, was einen Anlagenalarm und ein Stillsetzen der Anlage erfordert.

Weitere Programm des Programmsystems umfassen ein automatisches Sychronisierprogramm, über das ein Spannungsregler-Rheostat betätigt werden kann, der mit dem Generator 104 gekoppelt ist, und um die Turbinendrehzahl bei der automatischen Synchronisierung einzustellen, weiter ein Operator-Konsolenprogramm, das zur Ankopplung einer Operator-ßedienungstafel 126A an den Digitalrechner 150 dient, ein Alarmprogramm, das Alarmsignale erzeugt, wenn Veränderliche der Anlage vorgegebene Grenzen überschreiten, ein Analogausgangs-Impulsprograinm, das für die Erzeugung genauer externer Analogspannungen entsprechend den internen digitalen Ermittlungen sorgt, ein analoges abtastendes Vollzugsprogramm sowie ein Thermokreuz-überprüfungsprogramiu.

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Weitere von dem Programmsystem umfaßte Programme werden als gemischte Programme klassifiziert. Bezüglich weiterer Einzelheiten des P 50-Computers sowie eines in Verbindung damit verwendeten Programmsystems für den Betrieb elektrischer Gasturbinen-Kraftwerksanlagen wird auf die vorerwähnte US-Patentanmeldung Ser. No. 82,470 bezug genommen.

Das Anfahren der Anlage wurde zuvor allgemein in Verbindung mit Fig. 1 betrachtet,und eine etwas weitergehende Betrachtung soll dazu dienen, die Rolle des Digitalrechners 150 beim Anfahren in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zu verdeutlichen. Bei Programmregelung wird das Anfahren der Anlage vorzugsweise durch den Digitalrechner 150 ausgelöst. Vorzugsweise werden eine programmierte Computer-Haupt-Kontaktgeberfunktion und Betriebswähler verwendet, um die Folge des Anfahrens und des .Betriebs zu .bestimmen und damit zu gewährleisten, daß der Turbinenanlauf normalerweise während eines feststehenden vorgegebenen Zeitintervalls stattfindet. Um das Anfahren der Anlage möglich zu machen, müssen bestimmte Anlagenbedingungen bestehen. So dient der Software-Hauptkontaktgeber dazu, logische Bedingungen aufzustellen und zu löschen, die notwendig sind, um das Schließen und Öffnen der externen Regelkreise einzuleiten und damit die Anlage unter vorgegebenen Bedingungen anzufahren.

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Der Hybridaufbau 103 betreibt die Gasturbine 100 mit Regelwerten, die mit den Anforderungen an den Turbinenschutz und einer ordnungsgemäßen Handhabung von Vorläufen in dem Gasturbinen-Betriebsablauf im Einklang stehen. Der Hybridaufbau arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Regelkreis 2OO (Fig. 3),bei dem das Hybrid-Koppelwerk so ausgebildet ist, daß für eine Software-Drehzahl-Referenzwerterzeugung und Software-Auswahl einer einzelnen unteren Brennstoffbedarf-Grenze für die Beaufschlagung der Geschwindigkeitsregelschaltung in dem Analogsubsystem 152 gesorgt wird, wobei eine solche Geschwindigkeitsregelschaltung in Fig. 2 nicht im einzelnen dargestellt ist.

Der geschlossene Regelkreis 200 der Fig. 3 liefert eine Wiedergabe der bevorzugten allgemeinen Regelkreisführung, in der das bevorzugte Regelsystem arbeitet. Der geschlossene Regelkreis 200 enthält mehrere einzelne Regelschleifen, die zu verschiedenen Zeiten und unter verschiedenen Arbeitsbedingungen wirksam sind. In Verbindung mit den Arbeits-Regelkreisen wird auch für den Brennstoff-Bypass-Betrieb gesorgt, um Schwankungen des Brennstoffdrucks und der Lufttemperatur zu vermindern.

In dem geschlossenen Mehrfach-Regelkreis 200 wird vorzugsweise ein Wächter oder Regler 202 für niedrigen Brennstoffbedarf verwendet, um durch Ermittlung eines niedrigen Bedarfs an Brennstoff zu bestimmen, welcher Regelkreis zu einer bestimmten Zelt dominiert, d.h., um zu bestimmen, welcher Software-Regler ein

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Ausgangs-Brennstoff- oder -Geschwindigkeits-Bedarfssignal erzeugen soll. Repräsentativwerte für die Brennstoffbedarfsgrenze werden jeweils durch einen Stoßwächter 204, einen Schaufeltemperatur-Wächter 206 und einen Auslaßtemperatur-Wächter 208 erzeugt. Bei dieser Anwendungsform wird ein Lastwächter 210 nach Synchronisierung mit den Begrenzungswächtern 204, 206 und 208 wirksam. Ein Geschwindigkeits-Referenzsignal erzeugt ein Brennstoffbedarfssignal als Eingangssignal für den Wächter 202, und normalerweise dominiert der Geschwindigkeits-Brennstoffbedarf während des Anlaufs als vorwärtsspeisender Regler, der für eine Beschleunigung der Turbine auf Synchrondrehzahl in einer festgelegten Zeit sorgt. Durch Einstellung der unteren Grenze kann jeder der Begrenzungs-Regelkreise beim Anlauf oder beim Betrieb unter Last dominierend sein.

Der Stoßwächter 204 spricht auf einen erfaßten Brennermanteldruck und die Verdichter-Einlaßtemperatur an, um ein repräsentatives Signal für die Stoßbegrenzung liefern und damit eine Stoßbelastung des Verdichters zu verhindern. Das repräsentative Signal ändert sich mit der Umgebungstemperatur, und das repäsentative Signal für den Anlaufbetrieb weicht von dem repräsentativen Signal für Betrieb unter Last ab.

Der Schaufeltemperatur-Wächter 206 spricht auf den Brennermanteldruck in Übereinstimmung mit einer ersten, vorzugsweise nicht linearen Temperatur-Referenzcharakteristik für normales Anlaufen

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und einer zweiten, vorzugsweise nicht linearen Temperatur-Referenzcharakteristik für Not-Anlauf an.

Der Auslaßtemperatur-Wächter 208 spricht auf den Brennermanteldruck in Übereinstimmung mit einer ersten, vorzugsweise nicht
linearen Temperatur-Referenzcharakteristik für Grundlastbetrieb, einer zweiten, vorzugsweise nicht linearen Temperatur-Referenzcharakteristik für Spitzenbelastung und einer dritten, vorzugsweise nicht linearen Temperatur-Referenzcharakteristik für
Systemreserve-Lastbetrieb an. Die Schaufeltemperatur-Referenzcharakteristiken entsprechen jeweils einer Turbineneinlaßtemperatur von 650 C bzw. 815 C, während die Last-Referenzcharakteristik jeweils höheren Werten der Turbineneinlaßtemperatur entspricht. Für eine in weitere Einzelheiten gehende Untersuchung
der Regelschleifenfunktionen in Verbindung mit zugehörigen
Kurven wird wieder auf die vorstehende erwähnte US-Patentanmeldung Ser.bJo. 82,470 verwiesen.

Wie bereits angedeutet, ist das Brennstoffbedarfssignal an dem
Ausgang der Tiefwert-Wählstufe 202 dasjenige, das dem letzten
Brennstoffbedarf genügt, der durch die Geschwindigkeitsreferenzblöcke oder den Leistungswächter 210 und die Begrenzungs-Regelblöcke 204, 206 und 208 ermittelt wurde. Das Ausgangssignal der Tiefwert-Wählstufe 202 wird umgewandelt und als Geschwindigkeitsbedarf ssignal an das Analogsubsystem 152 geliefert.

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Zur Klarstellung der Verwirklichung der Erfindung in dem Anlagenaufbau ist das Verbrennungssystem der Gasturbine 100 mit einer Anordnung Brennerkörber 218 in Fig. 4 schematisch wiedergegeben. Die Brennerkörbe 218 sind mittels Querflammrohren 222 zu Zündzwecken untereinander verbunden. Ein in seiner Zündfolge computergesteuertes Zündsystem 224 weist Zünder 226 und 228 auf, die entsprechenden Gruppen von vier Brennerkörben 218 zugeordnet sind. Für jede Brennerkorbgruppe sind die Brennerkörbe 218 in Reihe querverbunden, und die beiden Gruppen sind nur an einem Ende querverbunden, wie das mit der Verbindung 2 30 angedeutet ist.

Allgemein weist das Zündsystem 224 einen Zündtransformator und elektrische Leitungen zu den jeweiligen Zündkerzen auf, die Bestandteil der Zünder 226 und 228 sind. Die Zündkerzen sind an zurückziehbaren Kolben innerhalb der Zünder 226 und 228 angebracht, so daß sie aus der Verbrennungszone herausgezogen werden können, nachdem die Zündung erfolgt ist.

Jedem der End-Verbrennerkörbe in den jeweiligen Korbgruppen sind zwei UV-Flammendetektoren 232 zugeordnet, um eine Zündung und ein Fortbestehen der Verbrennung in den acht Verbrennerkörben 218 sicherzustellen. Für die Flammenüberwachung ist eine Redundanz wegen der heißen Flammendetektorumgebung besonders erwünscht.

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Die Flammendetektoren 2 32 können beispielsweise Edison-Flammendetektoren, Modell 424-10433, sein. Allgemein spricht der Edison-Flammendetektor auf UV-Strahlung bei Wellenlängen im Bereich von 1900 bis 2900 R an, wie sie in sich ändernden Beträgen durch gewöhnliche Verbrennerflammen, jedoch in nennenswerten Mengen nicht durch andere Elemente der Brennerkorbumgebung erzeugt werden. Detektorimpulse werden erzeugt, integriert und verstärkt, um ein Flainmenrelais zu betätigen, wenn eine Flamme vorhanden ist. UV-Strahlung erzeugt einen Spalt-Spannungsdurchbruch, der eine Impulsfolge auslöst. Der Flammenmonitor sorgt für eine zusätzliche Zeitverzögerung, ehe das Flammenrelals betätigt wird, wenn der Impuls die Zeitverzögerung überschreitet.

Io Fig. 5 ist eine Vorderansicht einer Doppel-Brennstoffdüse wiedergegeben, die an dem Verdichterende jedes Brennerkorbs angebracht ist. Im Zentrum der Doppel-Brennstoffdüse 236 ist eine Öldüse 238 angeordnet. Eine atomisierende Luftdüse 240 ist um die öldüse 238 herum angeordnet. Eine äußere Gasdüse 242 ist um die atomisierende Luftdüse 240 herum angeordnet, um die Doppel-Brenndstoffdüse 2 36 zu vervollständigen.

Wie mit der seitlich weggebrochenen Ansicht der Fig.6 gezeigt, tritt Brennstofföl oder anderer flüssiger Brennstoff in die Doppe1-Brennstoffdüse 236 über eine Leitung 244 ein, während atomisierende Luft für das Brennstofföl eine verzweigte Leitung 246 über eine Einlaßleitung 248 erreicht, um durch die atomi-

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sierende Luftdüse 240 zu strömen. Durch die äußere Gasdüse 242 wird gasförmiger Brennstoff emittiert, der zuvor durch die Eintrittsleitung 250 und eine verzweigte Leitung 252 getreten ist.

In der Turbinenanlage ist ein Brennstoffsystem 251 vorgesehen, um gasförmigen Brennstoff unter Kontrolle durch Betrieb des Brennstoffventile an die äußere Gasdüse 242 zu liefern, wie das schematisch in Fig. 7 angedeutet ist. Gas wird einem membranbetätigten druckregelnden Ventil 254 von der Anlagen-Gasquelle zugeführt. Ein Druckschalter 255 sorgt für die Weitergabe von ölbrennstoff mit einer niedrigen Gasdruckgrenze. Druckschalter

257 und 259 sorgen für eine obere bzw. untere Druckbegrenzung auf der Stromunterseite des Ventils 254. Es ist an dieser Stelle zu bemerken, daß in der Erläuterung allgemein IEEE -Schalteinrichtungs-Zahlen soweit angebracht verwendet wurden, wie sie in American Standard C 37.2-1956 enthalten sind.

Ein Startventil 256 bestimmt den Gasbrennstoffstrom zu den äußeren Gasdüsen 242 bei Turbinendrehzahlen bis zu etwa 10 % des Nennstroms, und zu diesem Zweck wird es pneumatisch durch einen elektropneumatischen Wandler 261 in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal positioniert. Bei einem Gasstrora zwischen 10 % und 100 % des Nennwerts bestimmt ein Drosselventil

258 den Gasbrennstoffstrom zu den äußeren Gasdüsen 2 42 unter

der pneumatischen Positioniersteuerung eines elektropneuniatisohen Wandlers 263 und eines pneumatischen nruckerhöhungsrelais. Der elektxpneumatische Wandler 32 spricht ebenfalls auf ein eiek-

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trisches Steuersignal an.

Ein pneumatisch betätigtes Auslöseventil 260 stoppt den Gas-Brennstoff strom durch mechanische Betätigung, wenn die Turbinendrehzahl über den vorgesehenen Nennwert hinaus ansteigt und einen vorgegebenen Wert von beispielsweise 110 % der Nenndrehzahl erreicht. Ein pneumatisch betätigtes Entlüftungsventil 262 gestattet es, eingeschlossene Gasmengen in die Atmosphäre entweichen zu lassen, wenn das Auslöseventil 260 und ein pneumatisch Ein-/Aus-betätigtes Isolierventil 264 beide geschlossen sind. Die Betätigung des Isolierventils erfolgt durch ein elektrisches Steuersignal. Ein Druckschalter 267 zeigt den Brennstoffdruck an der Einlaßstelle für die äußeren Gasdüsen 242 an.

Wie schematisch mit Fig. 8 gezeigt, sorgt ein Flüssigbrennstoff-Speisesystem 266 dafür, daß flüssiger Brennstoff zu den acht öldüsen 2 38 und der Brennstoffquelle über Leitungen und verschiedene pneumatische Ventil strömt, wobei die Pumpwirkung
durch die von der Turbinenwelle angetriebene Hauptbrennstoffpumpe 118" erzeugt wird. Der Pumpen-Entladungsdruck wird zur Auswertung in dem Steuer- oder Regelsystem durch den Fühler 120A erfaßt. Das Bypass-Ventil 132A wird pneumatisch durch einen
elektropneumatischen Wandler 270 und ein Erhöherrelais 272 betätigt, um den Flüssigbrennstoff-Bypass-Strom durch einen Bypass-Zweig 128A zu bestimmen und damit den Flüssigbrennstoff-Entladungsdruck über einen wesentlichen Teil der Betriebszeit der

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Gasturbine 100 zu regeln. Das Druck-ZTemperatur-Begrenzerventil 134A, das parallel zu dem Bypass-Ventil 132A liegt, wird pneumatisch durch einen elektropneumatischen Wandler 273 und ein Erhöherrelais 275 betätigt, um den Flüssigbrennstoff-Bypass-Strom durch den Bypass-Zweig 128A während der Turbinenzündung und damit teilweise diesen Bypass-Strom über weitere Bereiche der Betriebs zeit der Gasturbine 100 zu bestimmen, wie das zuvor untersucht wurde.

Elektrische Steuersignale sorgen für eine Brennstoffpumpen-Entladungsdruck-Überwachung über das Ventil 132A, und insbesondere sorgen sie für eine ansteigende Pumpenentladungs-Druckregelung während des Turbinenanlaufs. Ein Drosselventil 136A wird während der ansteigenden Druckregelung auf einem vorgegebenen festen Einstellungswert gehalten. Ein Druckschalter sorgt für eine Gleichspannungs-Hilfspumpen-Wirkung bei niedrigem Druck, und ein Druckschalter 271 zeigt an, ob die Pumpe 118A durch einen unter Druck stehenden Strom beaufschlagt wird.

Nach dem allmählichen Anheben des Brennstoffdrucks wird das pneumatisch betätigte Drosselventil 136A so eingestellt, daß es den Flüssigbrennstoffstrom zu den Öldüsen 238 regelt, wie das durch einen elektropneumatischen Wandler 274 und ein Erhöherrelais 276 bestimmt wird. Ein elektrisches Regelsignal bestimmt die Einstellung des Drosselventils 136A durch den Wandler. Das Bypass-Ventil 132A und das Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventil 134A in dem Bypass-Zweig 128A sind weiterhin dahingehend

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wirksam, den Pumpenentladungsdruck im wesentlichen konstant zu halten.

Wie bei dem Gasbrennstoffsystern 251 unterbricht ein mechanisch ausgelöstes und pneumatisch betriebenes Überdrehzahl-Auslöseventil den Flüssigbrennstoffstrom, wenn die Turbine eine Überdrehzahl aufweist. In den Flüssigbrennstoff-Strömungszweig ist ein geeignetes Filter 280 eingeschaltet, und, wie bei dem Gasbrennstoff sy stern 251, sorgt ein elektrisch ausgelöstes und pneumatisch betriebenes Isolierventil für eine Ein-/Aus-Steuerung des FlüssigbrennstoffStroms zu der Sammelleitung 283.

Acht Verdrängerpumpen 2 84 sind jeweils in den einzelnen Flüssigbrennstoff-Strömungswegen zu den Düsen 2 38 angeordnet. Die Pumpen 284 sind auf einer einzelnen Welle angeordnet und werden durch den ölstrom von der Sammelleitung 283 angetrieben, um im wesentlichen gleiche Düsen-Brennstoffströmung zu erhalten. Rückschlagventile 286 verhindern einen Rückstrom von den Düsen 238, und ein Druckschalter 288 zeigt Brennstoffdruck an den Öldüsen 2 38 an. Ein Samme1Ieitungs-Ablaßventil 290 wird pneumatisch in Verbindung mit einem elektrischen Signal bei Stillsetzung der Turbine betätigt, um so möglicherweise in der Sammelleitung 283 verbliebenen flüssigen Brennstoff abzulassen.

Um eine Flüssigbrennstoffregelung zu erhalten, positioniert der Hybridaufbau 103 das Bypass-Ventll 132A, das Ventil 134A sowie das Brennstoff-Drosselventil 136A während des Turbinenbetriebs.

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Schließlich wird für eine Brennstoffregelung gesorgt, um die gewünschte Turbinendrehzahl und/oder gewünschte Lastzustände zu erhalten.

Nachdem die Turbine durch einen Dieselmotor oder eine sonstige Einrichtung auf eine vorgegebene Drehzahl von etwa 20 % der Wenndrehzahl beschleunigt worden ist, setzt die Brennstoffströmung ein, um die Brennstoffverbrennung aufrechtzuerhalten.

Bei der Verwendung von flüssigem Brennstoff baut die turbinenge-

auf triebene Hauptbrennstoffpumpe A den Brennstoffdruck- der benötigt wird, um den Düsen-Brennstoffstrom innerhalb des Düsendruck-Toleranzbereiches, der für eine einwandfreie Verbrennung erforderlich ist, zu erzeugen. Da der als Funktion der Turbinendrehzahl erzeugte Pumpenentladungsdruck normalerweise größer als der benötigte Druck ist, wird das Ventil 132A durch den Hybridaufbau 103 so gesteuert, daß ein Teil des Brennstoffs von dem Düsen-Strömungszweig zu der Brennstoffquelle 114A vorbeigeleitet wird, um so den Pumpenentladungsdruck auf einen voreingestellten Wert zu regeln. Ohne weitere Begrenzungswirkung treten dennoch Brennstoffdruck-Schwingungen auf, insbesondere während der Zündperiode, und zwar infolge verschiedener Ursachen in dem Maße, daß das Ansprechen der Rückkopplungsfühler oder des Druckreglers insgesamt unzureichend ist, um eine sanfte Brennstoffdruck-Regelung zu erhalten. Um Düsenbrennstoffdruck-Übergangsschwingungen und zugehörige Turbineneinlaß-Lufttemperatur-Schwankungen unter verschiedenen Turhinen-uetriebsbedingungen und insbesondere während der Zündperiode auszugleichen, wird ein bestimmter Teil des durch die Pumpwirkursg der Ilauptbrenn-

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stoffpumpe 118A zur Verfügung gestellten Brennstoffmenge von dem Düsen-Strömungszweig zur Speicherung durch das Druck-/Temperatur-Begrenzungsventil 134A in dem Bypass-Zweig 12 8A abgezweigt. Nachdem das bevorzugte Druck-/Temperatur-Begrenzungsventil 134A einmal durch den Digitalrechner 150 in Betrieb genommen worden.ist, um während der Zündperiode die dominierende Brennstoffdruck-Begrenzungsregelung zu übernehmen, arbeitet es unabhängig als ein mechanisches Ventil in seiner Minimumeinstellung, um für einen Brennstoffdruck- und Temperaturausgleich in Übereinstimmung mit Verbrennungs- und Anlauf-Dauer-Forderungen zu erzeugen.

Bei der Zündung ist das Drosselventil in einer vorgegebenen Einstellung festgelegt, und die Primärregelung des Brennstoff-Bypassstrom- und Düsen-Brennstoffdrucks wird durch das Druck-/Temperatur-Begrenzungsventil 134A in seiner Minimumeinstellung als Ergebnis einer Überlagerung der Einstellpunktregelung für das druckregelnde Ventil 132A, des Pumpenentladungsdruck-Anstiegs mit zunehmender Drehzahl und des Strömungsquerschnitts, der in dem Ventil 134A in seiner Minimumeinstellung existiert, erhalten. In normalen Anwendungsfällen wird die Minimumeinstellung des Ventils 134A vorzugsweise vom "Feld" eingestellt, um die gewünschte Ventilregelung während des Turbinenbetriebs zu erhalten. Eine weitere Untersuchung der Miniraumeinstellung-Verstellung des Druck-/Temperatur-Begrenzungsventils 134A wird nachstehend vorgenommen. Wenn das Ventil 134Asich während der Zündperiode in seiner Minimumeinstellung befindet, baut sich der Pumpenentladungsdruck sanft in Abhängigkeit von dem linearen Anstieg der Pumpengeschwindigkeit entsprechend der Turbinenbeschleunigung auf. Ein solcher Druckaufbau

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erfolgt innerhalb von Toleranzen, die eine stabile Verbrennung gestatten.

Entsprechend einer primären Regelung in dem Ventil 134A während der Zündung werden übermäßige Brennstoffdruck- und Temperaturschwankungen, wie sie sonst durch nicht einwandfreie Computer-Analog aus gänge hervorgerufen werden können, Regelsystemfehler in dem Entladungsdruck-Regelkreis oder dem Drosselventil-Regelkreis, Brennstoffdruckfühler-Ausfall etc. vermieden. Ferner bestimmt eine Stoßregelung gewöhnlich die Brennstoffzufuhr während der Zündung, und Temperaturechwnakungen während der Zündung werden gewöhnlich übermäßig hoch (beispielsweise etwa 66° C), ehe die Temperaturbegrenzungssteuerung so ansprechen kann, daß eine Korrektur vorgenommen wird. Das Ventil 134A macht solche Regelkreis-Vorgänge unnötig, da es während der Zündung für die dominierende Regelung sorgt und dadurch Druck- und Temperaturechwankungen vermieden werden.

Nach Einleitung der Zündung wird das Ventil 134A in Abhängigkeit von einem computererzeugten Signal aus seiner voll geöffneten früheren oder Vor-Zündungs-Stellung in seine Minimumeinstellung überführt. Der Computer 150 erzeugt ein Ausgangssignal, das zu einem Brennstoffdruck-Einstellpunkt führt, der höher als der tatsächliche Pumpenentladungsdruck zu diesem Zeitpunkt ist. Das Ventil 132A, das anderenfalls den primären Brennstoff-Bypass-Regelmechanismus bilden würde, wird so veranlaßt, in seine voll geöffnete Stellung überzugehen und diese einzuhalten, bis der Pumpenentladungsdruck über den Brennstoffdruck-Einstellpunkt ansteigt, wenn die Turbine

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beschleunigt.

Der Digitalrechner 150 veranlaßt unter Programmsteuerung die Erzeugung eines Brennstoffdruck-Einstellpunkts, der höher als der tatsächliche Brennstoffdruck bei der Zündung ist. Die Gründe hierfür werden weiter unten genauer erläutert.

Wie in Fig. 9 gezeigt, weist das Coiaputer-Folgeprogramm, das periodisch vollzogen wird, wie das genauer in der oben erwähnten früheren U.S.-Patentanmeldung Ser. No. 82,470 beschrieben wird, eine Reihe Programmstufen auf, die logisch bestimmen, wann die Zündung durch ein Zündrelais eingeleitet werden muß und welche Maßnahmen während der Zündung zu treffen sind. In Fig. 9 sind die ausgeführten logischen Funktionen in Form eines Blockschaltbildes anstelle der Programmschritte selbst dargestellt.

Mit Fig. 9 sind die der Turbinenzündung sowie dem Betrieb des Druck-/Temperatur-Begrenzungsventils bei Zündung zugeordneten logischen Schritte veranschaulicht. Es sei angenommen, daß die Gasturbine eine Betriebsdrehzahl von 20 % des Nennwerts erreicht hat. Es schließt dann ein Verdichter-Entladungsdruck-Schalter L636, so daß der Block ORIl eine "1" als Ausgangssignal abgibt. Zu diesem Zeitpunkt sind auch die anderen Eingänge für den Block All eine logische "1", so daß die logischen Zustände bestehen, die den Block All eine "1" als Ausgang abgeben lassen. Zu diesem Zeitpunkt schließen drei Kontaktschließungsausgänge. Eine der Kontaktschließungen sorgt für die Erregung des Solenoids des Überdrehzahl-Auslöseventils, so daß ein Uberdrehzahl-Auslöse-öldruch aufgebaut

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wird. Wenn der Druck aufgebaut worden ist, wird ein Eingang, 6 37, des Blocks Al7, der einen Druckschalter repräsentiert, eine logische "1".

Nachdem allen logischen Eingangsbedingungen für den Block A17 genügt worden ist, wird das Zündrelais durch Block A2O erregt und durch Block TD19 eine Zeitverzögerungsfunktion eingeleitet. Wenn der Öldruck gewählt wird, sorgt Block A20 für eine in geeigneter Weise zeitlich abgestimmte Einführung von atomisierender Luft in die Brennerkörbe. Weitere im Zündlogikdiagramm 3OO ausgeführte Funktionen umfassen eine Flammendetektorlogik-Verarbeitung für Alarme, wie das durch Blöcke A21 bis A24 vorgesehen ist. Die Logik für die Brennerkorbreinigung und Mehrfach-Zündversuche sowie Turbinenabschaltung nach mißlungener Zündung ist ebenfalls in dem Logikdiagramm 300 enthalten.

Der Ausgang 88X des Blocks A17 kann als ein "Brennstoff Ein"-Signal angesehen werden. Zugleich mit der Einleitung der Zündung wird der Ausgang 88X des Blocks A17 als ein Eingangssignal zu dem ölblock A30 geliefert. Andere Logikzustände, die erforderlich sind, damit Block A30 eine logische "1" als Ausgangssignal abgibt, bestehen zu dieser Zeit bereits. Der Ausgang des Blocks A30, das Signal 201D, läßt einen Kontakt schließen, so daß ein Solenoid-Ventil erregt wird, das Luft zu der Membran des ölisolierventils leitet. Das Signal 201D ruft außerdem ein Computerkontakt-Schliaßimgs-Aat-gangssignal hervor, welches den elektropneuinatischen Wandler 2 73 in Fig. 8 für das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil triggert. Auf diese Weise wird das Druck-/Temperatur-BegrenzerveO^vii im wesent-

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lichen zu Beginn der Zündung in seine Minimumstellung gebracht.

Der Brennstoffbedarf wird durch das Regelsystem als Funktion verschiedener, gegenseitig voneinander abhängiger Veränderlicher bestimmt. Die Werte dieser Veränderlichen werden von Computer-pingängen in Form von Signalen erhalten, die repräsentativ für die verschiedenen Turbinen—Betriebsparameter sind, beispielsweise den Brennermanteldruck und die Temperaturen an einer oder mehreren Stellen innerhalb der Gasturbine 100. Solche repräsentativen Signale werden dem Hybridaufbau 103 in der Form analoger Spannungen zugeführt, die von den verschiedenen Prozeßfühlern 124A erhalten worden sind.

Entsprechend den bei Zündung herrschenden Turbinenbedingungen, d. h. niedriger Luftströmung, hohen Temperaturen und ungünstiger Geschwindigkeit im Hinblick auf ein gutes Temperaturansprechen, treten gewisse Schwierigkeiten auf, wenn man von den Prozeßfühlern 124A Signale erhalten will, die genau repräsentativ für die tatsächlichen Drücke, Temperaturen etc. sind. Durch Brennstoffdruckbegrenzung durch unabhängige mechanische Mittel während der Zündung werden ungünstige oszillierende Brennstoffdruckwirkungen, die sonst durch elektrische Brennstoffdruckregelung infolge von Rückkopplungssignalen geringer Qualität hervorgerufen werden können, vermieden. Jedoch sorgt, wie zuvor angegeben, das Regelsystem oder der Hybridaufbau 103 für Zuverlässigkeit durch Redundanz, indem weiter eine Hilfs-Brennstoffdruckregelung zur Verfügung gestellt wird, falls die unabhängigen mechanischen Mittel eine mechanische oder sonstige Störung erleiden.

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Fig. 10 zeigt einen geeigneten Aufbau, der sich als Druck-/Temperatur-Begrenzerventil 310 und als Druck-ZTemperatur-Begrenzerventil-Auslöser 312 einsetzen läßt. Das Auslöser-Gehäuse 314 weist eine Membrankammer 316 mit einer oberen Teilkammer 318, in der eine Membran 320 untergebracht ist, und einer Membranplatte 322, sowie eine untere Membran-Teilkammer 324 auf, die an der oberen Teilkammer mittels Schrauben 325 befestigt ist. Das Gehäuse 314 weist ferner ein Joch 326 mit einem oberen Bereich 328 auf, um eine Auslöser-Spiralfeder 330 und einen Auslöser-Schaft 332 aufzunehmen, ferner mit einem unteren Bereich 334 für die Aufnahme eines nach unten ragenden Teils des Auslöser-Schaftes 332, einer Federverstellung 336 sowie eines Ventilschaft-Koppelelements 338.

Die Spiralfeder 330 sitzt am Boden des oberen Teils des Jochs auf einem Federsitz 340 und ragt nach oben in die Membrankammer 316, um dort an die Unterseite der Membranplatte 322 anzustoßen. Der Auslöser-Schaft 332 ist an der Membranplatte befestigt und ragt in Abwärtsrichtung durch die Feder 330 und in die Federverstellung 336 innerhalb des unteren Bereiches 334 des Jochs. Die Federverstellung 336 ist in das Joch 326 eingeschraubt und um einen unteren Teil des Schaftes herum angeordnet. Sie ragt in Aufwärtsr ichtung in den oberen Bereich 328 des Jochs, um dort an den Federsitz 340 anzustoßen.

Das Koppelelement 338 ist unterhalb des unteren Bereichs 334 in axialer Ausrichtung damit angeordnet, so daß ein Ventilschaft durch das Koppelelement geführt und in den Schaft 332 eingesetzt werden kann. Der Ventilschaft 342 ist an dem Auslöser-Schaft 332

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mittels des Koppelelements 338 befestigt.

Bei Betrieb wird Luft von einem pneumatischen Regler (in Fig. IO nicht gezeigt) durch eine Öffnung 344 in die Oberseite der Membrankammer 316 gedrängt. So wird eine abwärts gerichtete Kraft auf die Membran 32Ound die Membranplatte 322 ausgeübt. Die nach unten gerichtete Kraft überwindet die Anfangskraft der Auslöser-Spiralfeder 330 und bewirkt somit eine abwärts gerichtete Verschiebung des Auslöser-Schafts 332. Bei der Verschiebung des Auslöser-Schafts 332 in Abwärtsrichtung wird der Ventilschaft 342 um einen entsprechenden Betrag verschoben. Auf diese Weise wird eine Änderung der Einstellung der Ventilteile erzielt.

Ura das Maß zu verändern, um das der Ventilschaft verschoben werden kann, und um so das Maß zu ändern, entsprechend dem das Ventil geöffnet und geschlossen werden kann, ist eine Einrichtung zur Verstellung des Ventil-Auslösers 312 vorgesehen. Durch Verstellung der Federverstellung 336 kann die Federvorspannung so eingestellt werden, daß eine größere oder aber eine geringere abwärts gerichtete Kraft erforderlich ist, um den Schaft 332 zu verschieben. Durch Spannen oder Lockern des Koppelelements 338 kann der Ventilschaft im Verhältnis zu dem Auslöser-Schaft 332 bewegt werden, so daß die Einstellung des Ventilschafts 342 infolge Verschiebungen des Schafts 332 verändert wird.

Ein Gehäuse 344' des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils hat ein unteres Rohrstück 346 und ein Kopfstück 348, das daran mittels Schrauben 350 befestigt ist. In dem unteren Rohrstück 346 ist ein

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Durchflußkanal 352 ausgebildet. In dem unteren Rohrstück 346 ist ein Ventilkorb 354 mit einem oder mehreren Durchlässen 356 vorgesehen. Der Ventilkorb 354 sorgt für die Führung und Versteifung eines zylindrischen Ventilkörpers 358, der in dem Ventilkorb mittels des Ventilschafts 342 gehalten ist. Der Ventilschaft 342 erstreckt sich von dem Ventilkorb 354 aus in Aufwärtsrichtung durch das Kopfstück 348 und ist, wie zuvor angedeutet, mit dem Auslöser-Schaft 332 innerhalb des Ventil-Auslösers 312 verbunden.

Innerhalb des Kopfstücks 348 ist ein Hohlraum 360 für die Aufnahme einer Feder 362 sowie einer Dichtungspackung 364 sowie zur Festlegung eines Führungspfades für den Ventilschaft 342 vorgesehen. Die Dichtungspackung 364 sorgt für eine Fludabdichtung innerhalb des Ventils 310.Die Feder 362 sorgt für Nachgiebigkeit der Dichtungspackung364. Die Dichtungspackung 364 ist innerhalb des Hohlraums 360 gegenüber aufwärts gerichteten Kräften durch einen Abdichtungsflansch 366 gesichert.

Im Betrieb ist der Ventilschaft 342 so eingestellt, daß der Fludstrom in Abhängigkeit von Verschiebungen des Auslöser-Schaftes 332 geregelt wird. Dadurch wird der Ventilkörper 358 veranlaßt, im Verhältnis zu dem Durchlaß 356 in dem Ventilkorb 354 verschoben zu werden. In der voll geöffneten Stellung ruht der Ventilkörper 358 auf dem Ventilsitz 368 auf.

Wie ersichtlich, kann durch Verstellung der einstellbaren Teile des Auslösers 312, wie das zuvor beschrieben wurde, die Einstellung des Ventilkörpers 358 im Verhältnis zu dem Ventilsitz 368 für

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jeden bestimmten, der Membran zugeführten Luftdruck verändert werden. Durch Verstellung der Federverstellung 336 oder aber durch Spannen bzw. Lockern des Koppelelements 33 8 kann somit die Minimum einstellung des Ventilkörpers 358 für den der Membran zugeführten Luftdruck festgelegt werden, um das Ventil in seine Minimumeinstellung zu bringen. Beispielsweise kann die Minimumeinstellung der vollen Schließung entsprechen, wobei der Ventilkörper dann auf dem Ventilsitz 368 aufruht. Statt dessen kann die Minimumeinstellung des Ventils so gewählt sein, daß eine bestimmte minimale Strömungsöffnung zwischen dem Ventilkörper 358 ur.d dem Ventilsitz 368 verbleibt.

Der Druck, der aufgebaut und der Membran 320 sowie der Membranplatte 322 zugeführt wird, um die Minimum-Ventileinstellung zu erreichen, ist von Betriebszustand zu Betriebszustand im wesentlichen derselbe. Entsprechend der vorausgegangenen Untersuchung wird die Veränderbarkeit der Minimum-Einstellung des Ventilkörpers 358 somit durch Verstellung der einstellbaren Teile des Auslösers bestimmt. Daher wird der Auslöser-Schaft 332 bei jeder Betätigung des Ventils um dasselbe Maß abwärts bewegt, so daß der Ventilschaft 342 um einen entsprechenden Wert verschoben wird und der Ventilkörper in seine gewünschte Minimumeinstellung in einer Weise gelangt, die in funktionellem Zusammenhang mit der Einstellung der Federverstellung 336 und/oder dem Koppelelement 338 steht. Wie an anderer Stelle hierin schon in Betracht gezogen, wird die Minimum-Ventileinstellung so eingestellt, daß eine dominierende Brennstoffdruck-Begrenzungsregelung durch das Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventil über eine begrenzte Zeitdauer während des Anfahrens, d. h.

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vorzugsweise während der Zündung, erreicht wird.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Ventilkörper elektropneumatisch in einer von zwei möglichen Lagen eingestellt, wie das zuvor beschrieben wurde, um §νβε eine verringerte Turbinen· temperaturechwankung, Flarnmenstabilität, schnelles Anlaufen, Zuverlässigkeit auf Redundanzbasis und weitere Vorzüge zu erhalten.

Wesentliche Einzelheiten des Analog-Subsystems 152 sind mit Fig. 11 gezeigt. Es wird ein erfaßtes Geschwindigkeitssignal mit dem Computerausgang verglichen, um ein Geschwindigkeits-Fehlersignal zu bilden. Es wird dann am Ausgang des Brennstoffbedarf-Verstärkers 102' ein Brennstoffbedarfssignal erzeugt, das repräsentativ ist für den Brennstoff, der benötigt wird, um dem computererzeugten Drehzahlreferenzwert zu genügen, für den Brennstoff, der benötigt wird, um einer computerbestimmten Begrenzerwirkung zu genügen, sowie für die untere Grenze des Brennstoffbedarfs, der benötigt wird, um ein Erlöschen der Flamme bei Betrieb mit normaler Drehzahl zu verhindern oder um ein Absinken der Turbinendrehzahl ohne Erlöschen der Flammen zu veranlassen, wenn durch den Drehzahlbegrenzungs-Hilfskreis (nicht dargestellt) Überdrehzahlzustände ermittelt werden. An einem Eingang eines Doppelbrennstoff-Regelkreises 400 wird das Brennstoffbedarfssignal (CSO) über ein Digitalpotentiometer zugeführt, das schematisch als Analogpotentiometer wiedergegeben ist. Das Brennstoffbedarfssignal wird ferner einem Computer-

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Analogeingangsystem (nicht gezeigt) für programmierte Computerabläufe zugeführt, wie das mit dem Bezugszeichen 411 angedeutet ist.

In der ganz linken Stellung des Brennstoffbedarf-Potentiometers 412 wird das Brennstoffbedarfsignal einer Gas-Brennstoffregelung 414 in vollem Umfang zugeführt. Bei Betrieb mit gasförmigem Brennstoff ist das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil vorzugsweise voll geöffnet. In der ganz rechten Einstellung des Potentiometers 412 wird das Brennstoffbedarfsignal voll einer Flüssig-Brennstoffregelung 416 zugeführt. In Zwischenstellungen des Potentiometers wird das gesamte Brennstoffbedarfsignal auf die Gas-Brennstoffregelung 414 und die Flüsslg-Brennstoffregelung 416 aufgeteilt, um die einzelnen Brennstoffströme zu erzeugen, die den Gasturbinen-Betriebsanforderungen genügen.

Die Einstellung des Digitalpotentiometers 412 wird durch programmierten Computerbetrieb von Steuer-Ausgangsschließungen bestimmt, um den gewünschten Strom an Brennstoff bzw. gemischtem Brennstoff zu den Düsen in der Gasturbine ICO zu erzeugen. Die Betriebsabläufe für diesBrennstoffförderung werden über das Digitalpotentiometer 412 ebenfalls unter automatische Computerüberwachung gebracht.

Das Bedarfsignal für den gasförmigen Brennstoff beaufschlagt den Eingang eines Verstärkers 418 für die Einstellung des Signalbereichs, um die vorgegebenen Verstärkungs- und Vorspannungs-

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Kennwerte für den Betrieb des Gas-Startventils zu erzeugen. In gleicher Weise wird das Gasbedarfsignal dem Eingang eines Verstärkers für die Einstellung des Signalbereichs zugeführt, um für vorgegebene Gasdrosselventil-Kennwerte zu sorgen.

Das Bedarfsignal für den gasförmigen Brennstoff und das Bedarfssignal für den gesamten Brennstoff werden an der Summierstelle eines Operationsverstärkers 428 voneinander abgezogen/ um das Bedarfssignal für den flüssigen Brennstoff zu erhalten. Wie bereits angedeutet, ist das Flüssigbrennstoff-Bedarfssignal gleich dem Gesaratbrennstoff-Bedarfssignal, wenn das Potentiometer 412 sich in seiner ganz rechten Lage befindet, um so das Bedarfssignal für den gasförmigen Brennstoff Null zu machen.

Ein Verstärker 430 für die Einstellung des Signalbereichs wirkt auf das Flüssigbrennstoff-Bedarfssignal ein, um so ein Drosselventil-Steuersignal für einen elektropneumatischen Wandler für das Flüssigbrennstoff-Droseelventil in übereinstinmung mit der Drosselventil-Kennlinie 432 der Fig. 12 zu erzeugen.

Bei Zündung ist der CSO-Wert 0. Zu diesem Zeitpunkt wird das Drosselventil auf eine feste Minimumöffnung eingestellt. In einem möglichen Anwendungsfall kann die Einstellung des Drosselventils so sein, daß an den Öl-Brennstoffdüsen ein Öldruck von ca. 0,2 atü auftritt. Das ölbedarfssignal wird außerdem dem Eingang eines Öldruck-Referenzgenerators 434 zugeführt, der einen Sägezahn-Referenzwert für ein Proportional- und Rückstell-

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Regelglied 436 erzeugt. Der Messwertwandler für den Pumpenentladungsdruck (Fig. 8) erzeugt ein Rückkopplungssignal, das mit dem Sägezahn-Referenzsignal summiert wird, und das resultierende Fehlersignal wird einer Proportional- und Rückstell-Wirkung durch das Regelglied 436 unterworfen, um so den elektropneumatischen Wandler für das Pumpendruck-Regelventil (Fig. 8) in Übereinstimmung mit der Pumpenentladungsdruck-Kennlinie, die in Fig. 12 mit dem Bezugszeichen 438 versehen ist, zu betätigen. Wenn für den Betrieb gasförmiger Brennstoff gewählt wird, so wird der ölentladungsdruck auf einen vorgegebener Minimalwert geregelt.

Wie gezeigt, tritt der Pumpenentladungs-Druckanstieg in dem Maße auf, wie der CSO-Wert von 0 bis 1,24 V ansteigt. Die durchschnittlich verstrichene Zeit kann schwanken, beträgt jedoch in dem gezeigten Anwendungsbeispiel etwa 4 Minuten. Diese Zeit hängt von der Beschleunigungssteuerung ab, die sich vorzugsweise entsprechend den Anforderungen entweder für Normalanlauf oder für Notanlauf ändert. Während des Zeitintervalls, in dem der Pumpenentladungsdruck ansteigt, wird das öldrosselventil in seiner festgelegten Minimumeinstellung gehalten. Obwohl der CSO-Wert von 0 bis 1,24 V ansteigt, beginnt das Ventil noch nicht, sich zu bewegen. Der Verstärker 430 für die Einstellung des Signalbereichs ist so vorgespannt, daß kein Drosselventilsignal erzeugt wird, bis das CSO-Signal das 1,24 V-Niveau erreicht.

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das

Wenn Flüssigbrennstoff-Bedarfssignal einen Wert von 1,24 V erreicht, wird der Pumpendruckanstieg wie mit dem Bezugszeichen 442 angedeutet für höhere Flüssigbrennstoff-Bedarfssignale beendet. So vergleicht eine Analog-Klemmschaltung 444 eine von einem Generator 446 für die Einstellung eines Begrenzungspunktes erzeugte Grenzspannung mit dem Öldruck-Referenzsignal und hält den Ausgang des Öldruck-Referenzgenerators 4 34 auf einem Wert fest, der den Pumpenentladungsdruck bei dem durch das Bezugszeichen 442 angezeigten Wert konstant bleiben läßt.

Nachdem das Flüssigbrennstoffsignal den Wert 1,24 erreicht hat und von 1,24 CSO auf 5 V CSO anzusteigen beginnt, wird das Drosselventil linear als Funktion von CSO geöffnet, wie das in Fig. 12 gezeigt ist. Für dieses Zeitintervall bleibt der Einstellpunkt für den Pumpenentladungsdruck konstant.

Bei Leerlauf und geringer Belastung befindet sich das Drosselventil in einer Öffnungsstellung, die durch die Ventilkennlinie und die Größe von CSO bestimmt wird. Während dieser Zeitdauer kann in Verbindung mit einem herkömmlichen Druckregel-Bypass-Ventil ein grundsätzliches Problem der Pumpendruckschwankung auftreten, wenn das Bypass-Ventil in gewöhnlicher Form in der voll oder nahezu voll geöffneten Stellung arbeitet. Bei solchen Arbeitsbedingungen weist das Ventil ein instabiles Verhalten auf, das durch die Ventilkörperkräfte hervorgerufen und auch als Flatterschwingen bezeichnet wird. Für eine genauere Untersuchung dieser Erscheinung sei auf ein Papier "Valve Plug Force Effects

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On Pneumatic Actuator Stability" von Richard F. Lytle, Forschungsingenieur, Fisher Controls Company, Marshalltown, Iowa, verwiesen, das anläßlich einer Konferenz der Instrument Society of America überreicht wurde, die vom 26. bis 29. Oktober 1970 in Philadelphia, Pa., stattfand. Eine einzigartige Funktion des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils 134A zu diesem Zeitpunkt des Arbeitszyklus ist auf die Fähigkeit zurückzuführen, einen zusätzlichen Brennstoffstrom vorzugsweise in seiner Minimumeinstellung vorbeizuleiten, so daß für den Pumpenentladungsdruck eine Tendenz aufgebaut wird abzufallen und das Bypass-Ventil 132A in die Lage versetzt wird,unter Druck-Einstellpunktsteuerung in seine geschlossene Stellung geregelt zu werden, wo es in einem stabileren Betriebszustand arbeitet.

Durch diesen Einsatz des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils wird das Problem der Flatterschwingungen im wesentlichen beseitigt. Brennstoffdruck- und Lufttemperatur-Übergangsschwingungen werden somit durch die Bypass-Strömungs-Anordnung für Leerlaufbetrieb und Betrieb mit geringer Belastung vermieden.

Vorzugsweise wird der verbesserte Betrieb bei Leerlauf und geringer Belastung mittels eines gesonderten Bypass-Drucktemperatur-Begrenzerventils verwirklicht, weil 1.) ein solches Ventil für den Zündablauf zu bevorzugen ist und daher in dem Brennstoffsystem zur Verfügung steht, wenn es für den Zündbetrieb verwendet wird, und 2.) ein solches Ventil die schwierigen Anforderungen beseitigt, um ein einziges Bypass-Ventil zu erhalten,

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das für alle verschiedenen Turbinenbetriebszustände optimal arbeitet. Es ist ferner zu bemerken, daß der bevorzugte Betrieb des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils mit Minimumeinstellung bei Einleitung der Flüssigbrennstoff-Zündung und anschließend daran sowohl für eine Verringerung der Brennstoffdruck-Übergangs Schwankungen bei Zündung und bei Betrieb im Leerlauf und bei geringer Belastung sorgt als auch gestattet, ein rasches Anlaufen beizubehalten.

Während des Zündens liegt der Einstellpunkt für den Pumpenentladungs-Brennstoffdruck oberhalb des tatsächlichen Brennstoffdrucks, um so das Pumpenentladungsdruck-Regelventil zu veranlassen, in eine geschlossene Stellung zu wandern, wie das zuvor angegeben wurde. Somit hat der Sägezahn-Ausgang des Referenzgenerators 434, der sich aus der Zufuhr des vom Computer gelieferten Brennstoffbedarfsignals ergibt, während der Zündung einen oberhalb des tatsächlichen Brennstoffdrucks liegenden Wert, was sich aus einer Überlagerung der Betriebsveränderlichen ergibt, d. h. hauptsächlich der voreingestellten Minimumeinstellung des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils, der Drosselventileinstellung und der Drehzahl der turbinengetriebenen Pumpe. Gleich nach der Zündperiode bleibt das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil in seiner Minimumeinstellung, aber der tatsächliche Brennstoffdruck steigt infolge der zunehmenden Pumpendrehzahl und wegen der im Anschluß an die Zündung in der Verbrennvigele amme r herrschenden Bedingungen auf den Sägezahn-Einstellpunkt an oder über diesen hinaus. Das Entladungsregelventil wird somit

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veranlaßt, zu öffnen und die Hauptsteuerung des Pumpenentladungsdrucks zu übernehmen, und der Anlauf- und Belastungsvorgang läuft wie zuvor beschrieben weiter, d. h., das Drehzahlreferenzsignal wächst an, um unter Berücksichtigung einer Temperatur- oder Stoßbelastungs-Grenzwertüberschreitung das Drosselventilsignal anwachsen zu lassen.

Bei der Beschreibung der Arbeitsweise des Brennstoffsystems wurde davon ausgegangen, daß der Bypass-Brennstoffstrom durch die Ventile in dem Bypass-Zweig das Verhalten der Pumpenentladungs- und Düsen-Brennstoffdrücke und damit die Turbineneinlaß-Lufttemperatur regelnd bestimmt. Die nachstehenden Strömungsgleichungen geben die Brennstoffströmungs-BeZiehungen wieder: Qp = Pumpenströraung
Qt = Turbinenströmung
QIv = Begrenzerventilströmung NP = Pumpendrehzahl

K = Pumpenproportionalitätskonstante Clv = Begrenzerventil-Koeffizient S.G. Öl = 0,86
PIv = Druckabfall am Begrenzerventil

1. Qp = Knp (Pumpenleistungsfunktion)

2. Qp = QIv + Qt beim Durchgangstest empirisch erreichte

Zündungs-Strömung

3. Berechnung den Ventilanhebung wie folgt:

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ÖRIÖINAL

Qp = QIv + Qt
QIv » Qp - Qt

^Clv 57Ϊ6 ^{= QP} -

Clv - (Qp - Qt)

Charakteristische Gleichungen für den Wert des ölstroms QIv = Clv |±ϊ

^clv - ^clv

Es ist zu beachten, daß der Ventilhub dem berechneten Clv-Wert direkt proportional ist.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß eine entsprechend der Erfindung ausgebildete elektrische Kraftwerksanlage mit Gasturbinenantrieb mit Hilfe eines Regelkreises betrieben wird, der zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Anlage und zu erhöhter Brennstoffdruckstabilität bei Zündung und während weiterer Betriebsphasen führt und damit für ein verbessertes Turbinentemperaturverhalten , für eine verbesserte Anlauf-Verfügbarkeit der Anlage und für eine erhöhte Lebensdauer der Anlage sorgt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine computergespeicherte Kurve der Soll-Beschleunigung durch einen Drehzahl-Regelkreis ausgewertet, der den Beschleunigungsbedarf in einen Drehzahlbedarf und darüber

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wiederum in Brennstoffbedarf umsetzt. Beim Anlauf wertet ein Stoßbe1astungs-Regelkreis computergespeieherte Kurven aus, um in Abhängigkeit vom Verbrennermanteldruck und der Verdichter-Einlaßtemperatur zu arbeiten und eine Stoßbelastungsgrenze für den Brennstoffbedarf festzulegen. In gleicher Weise arbeitet ein Schaufelpfadtemperatur-Regelkreis mit einer computergespeicherten Kurve entsprechend dem Brennermanteldruck als Funktion der berechneten durchschnittlichen Schaufelpfadtemperatur, um für eine hilfsweise Begrenzung des Brennstoffbedarfs zu sorgen. So steigt das Brennstoffbedarfssignal nach der Zündung und beim Anlauf allgemein an, um einer vorgegebenen Anlaufzeit unter Stoßbelastungsund Gasauslaß-Temperaturbegrenzungen, die durch einen Niedrigbrennstoffbedarf -Selektor verwirklicht werden, zu genügen.

Bei steigendem Brennstoffbedarf steigt der Brennstoffpumpen-Entladungsdruck-Einstellpunkt nach der Zündung ähnlich einer Sägeζahnfunktion an, da die Drosselventilöffnung festgehalten wird, bis ein vorgegebener Verfahrensablauf- oder Prozeßpunkt erreicht worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Pumpenentladungsdruck konstant gehalten, und zunehmender Brennstoffbedarf führt zu einer zunehmenden Drosselventilöffnung.

Durch die Verwendung eines Bypass-Strömungspfades, der vorzugsweise eine einstellbare Brennstoff-Bypass-Strömungseinrichtung und ein den Pumpenentladungsdruck regelndes Bypass-Ventil enthält, wird eine bessere Brennstoffdruckstabilität für den Brennstoff erzielt, der den Düeen mittels einer turbinengetriebenen Pumpe

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durch das Drosselventil zugeführt wird. Fig. 13 zeigt ein Diagramm, das Brennstoffströme als Funktion der Zeit veranschaulicht und damit deutlich macht, wie der Bypass-Brenngtoffstrom in Wechselwirkung mit dem Düsen-Brennstoffstrom steht, um für ein besseres Leistungsverhalten der Anlage zu sorgen. Die Kurve für den gesamten Brennstoffstrom entspricht somit der Summe aus der Düsen-Brennstoffstromkurve, der Druckregler-Bypass-Brennstoffstromkurve sowie der Druck-ZTemperatur-Begrenzer-Bypass-Brennstoffstromkurve.

Vorzugsweise ist die einstellbare Brennstoff-Bypass-Einrichtung ein Druck-/^Temperatur-Begrenzerventil, das bei Zündung in eine Minimumeinstellung gebracht wird und im wesentlichen unabhängig von der bevorzugten Computersteuerung während Zündung arbeitet. Die Minimumeinstellung des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils steht in Beziehung zu der Purapenbrennstoffstrom- und Drehzahlcharakteristik, um so eine sanfte Beschleunigung bis zu einer 590° C-Linie oder einer Turbinendrehzahl von etwa 1600 upm oder 1700 upm in etwa einer Minute zu erzeugen. Danach bestimmt in erster Linie das bevorzugte Computerregelsystem den Turbinenanlauf und das Verhalten unter Last. Für den Turbinenbetrieb wird eine erhöhte Anlagen-Zuverlässigkeit durch Redundanz erzielt, da das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil als zusätzliche Begrenzung des Brennstoffdrucks dient, wenn die bevorzugte Computersteuerung als dominierender Brennstoffdruckregler arbeitet, und da die Computersteuerung als zusätzliche Regelung des Brennstoff drucks dient, wenn das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil

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dominierend für die Brennstoffdruckbegrenzung sorgt. Es wird für einen Schutz gegen verschiedene Regel-Software- oder Hardware-Störungen einschließlich Störungen im Computer-Analogausgangsprogramm oder dem Analogdrehzahl-Referenzschaltungsaufbau gesorgt, wodurch sonst beispielsweise ein hoher Drehzahlfehler und ein großes CSO-Signal erzeugt und damit ein entsprechendes Überschießen der Turbineneinlaß-Fehlertemperatur hervorgerufen werden könnte.

Fig. 14A - 14F zeigen Registrierstreifen mit Diagrammen des Verhaltens verschiedener Anlagenveränderlicher beim Anfahren der Anlage. Dabei lassen die Registrierstreifen-Diagramme erkennen, daß durch den Einsatz der Erfindung eine Verbesserung des Leistungsverhaltens erzielt wird. Fig. 14A zeigt allgemein das Anfahren einer Gasturbine nach dem Stand der Technik, bei dem unerwünschte Pumpenentladungsdruck-Übergangsschwingungen auftreten, wie das mit dem strichpunktierten Kreis angedeutet ist. Die Zündungsund Leerlaufzustand-Punkte sind entsprechend in den Schaufeipfadtemperatur- und Drehzahlkurven eingetragen. Die Brennstoffdruckübe rgangs schwingungen können Schäden der Hauptbrennstoffpumpe und des Turbinenmetalls sowie Unregelmäßigkeiten beim Anfahren verursachen. Wiederum können sich Übergangs-Drucküberschwingungen oder -Schwankungen aus verschiedenen Ursachen ergeben Wie mangelhaft entlüftete Meßwertwanderleitungen, mangelhafter Betrieb der Pumpenentladungsdruck-Bypass-Ventil-Regelung, mangelhafter Betrieb des Spannungs-/Druck-Meßwertwandlers oder falscher Anfangshub des Pumpenentladungsventils. Ein unzulässig hoher Pumpen- .

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entladungsdruck könnte sich gewöhnlich auch aus der Arbeitsweise des Pumpenentladungsdruck-Meßwertwandlers infolge Ausfall der Wechselspannungsenergie, einer durchgeschlagenen Sicherung, einer Auftrennung des Ausgangskreises, einer Fehleinstellung oder eines mechanischen Fehlers ergeben.

Fig. 14B veranschaulicht ein verbessertes Leistungsverhalten der Gasturbine, das auf den Bypass-Brennstoffstrom zurückzuführen ist, der durch ein den Pumpendruck regelndes Bypass-Ventil und ein Zwei Stellungs-Druck-/Temperatur-Begrenzerventil erzeugt wird, dessen Minimumeinstellung so gewählt ist, daß während der mit dem strichpunktierten Kreis angedeuteten Zündperiode für eine dominierende Begrenzungswirkung bezüglich des Brennstoffdrucks gesorgt wird. Nach der Zündperiode regelt die bevorzugte Computer-Steuerung den Purnpenentladungsdruck. In diesem Fall dauerte die dominierende Begrenzungswirkung des Druck-/Temperatur-Begrenzerven tils 38 sec.

Die Anpass=barkeit des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils ist mit Fig. 14C veranschaulicht. In diesem Fall wurde eine größere Minimumöffnung des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils verwendet, um 146 see lang für eine Begrenzerwirkung zu sorgen. In Fig. 14D sind wilde und normalerweise unkontrollierbare Pumpenentladungsdruck-Schwankungen mit einer Größe von etwa 42 atü innerhalb des niedrigeren strichpunktierten Einschlusses während des Turbinen-Leerlaufbetriebs gezeigt, während das relativ stabile Pumpenentladungsdruck-Verhalten, das sich aus dem Einsatz des beschriebenen

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Druck-ZTemperatur-Begrenzungsventils ergab, in dem oberen strichpunktierten Einschluß dargestellt ist.

Fig. 14E zeigt ein vergleichendes Diagramm. Dabei ist eine Anfahr-Pumpenentladungsdruck-Kurve entsprechend einer ausgedehnten Druck-/ Temperatur-Begrenzerventil-Begrenzungswirkung von 146 see einer herkömmlichen Anfahr-Pumpenentladungsdruck-Kurve überlagert worden. Die Schaufelpfadtemperatur-Anstiegsgeschwindigkeit wird verringert und das Temperatur-Überschießen wird im wesentlichen beseitigt, wie sich das durch einen Vergleich der verbesserten Teraperaturkurve mit der herkömmlichen Temperaturkurve ergibt.

Fig. 14F zeigt eine Situation, bei der infolge einer Computer-Fehlfunktion bei Zündung ein Brennstoffbedarf-CSO-Signal mit verhältnismäßig großem Scheitelwert verlangt wird. Fig. 14F zeigt ferner die Schutzwirkung, die gegenüber einer solchen Fehlfunktion während der Zündphase durch das sanfte Pumpenentladungsdruck-Verhalten ausgeübt wird, das sich aus der Bypass-Strömung durch das Druck-/Temperatur-Begrenzerventil ergibt.

Allgemein läßt sich durch den Einsatz der Erfindung ein ausgewogenerer Anlagenbetrieb erzielen. Die Turbine wird zuverlässig und wirksam gegen Brennstoff-Überdruck geschützt, wie er sonst während der kritischen Zündphase oder auch weiterer Phasen aufgrund verschiedener Ursachen auftreten kann. Als weiteres Ergebnis der Druck-ZTemperatur-Begrenzerventil-Wechselwirkung

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werden die nachteiligen Auswirkungen statischer Staukräfte, wie sie durch die Fluddruckkräfte und die Änderung des Moments des Fluds hinter dem Ventilkörper bestimmt werden, wenn-das Druckregler-Bypass-Ventil in seine offene Stellung übergeht, d.urch die Funktion des Druck-/Temperatur-Begrenzerventils beseitigt. Dementsprechend werden unkontrollierte Druckschwankungen, die auf die üblichen Arten der Geschwindigkeit, Rückstell- und Proportionalregelung nicht ansprechen, geglättet und bei Zünd- und Leerlauf- oder Niedriglast-Brennstoffstrombedingungen beseitigt. Zu bemerken ist auch, daß der hier beschriebene Bypass-Brennstoffstrom-Betrieb für eine Kompensation mangelnder dynamischer Stabilität pneumatischer Betätigungsorgane sorgt, wie sie durch Ventilkörper-Kräfte hervorgerufen wird.

Bei nur schwacher Sperrung, wenn geringe Luftströmungen und -geschwindigkeiten zu einem nur schwachen Ansprechen der Prozeßfühler und der programmierten Computerabtasteinrichtungen führen, wirkt die Bypass-Brennstoffstrom-Begrenzerwirkung, wie sie hier beschrieben wurde, unabhängig dahingehend, daß der Brennstoffdruck als Funktion der Pumpendrehzahl sanft ansteigen kann. Dennoch ist das bevorzugte Computerregelsystem, das von den Prozeßfühlern abhängt, als zusätzlicher, unterstützender Brennstoffdruckregler verfügbar, wie das bereits angedeutet werden war.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel macht die Einfachhait der Anpassung der Ventil-Minimumeinstellung es möglich, das Brennstoff programm für die kritische Zündperiode rein theoretisch ohne

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Zündung der Maschine zu erstellen. Ferner läßt sich der Anteil der Anfahrphase, währenddessen mittels des Druck-/Temperaturßeyrenzer-Bypass-Stroms 'eine Brennstoffdruck-Begrenzerwirkung ausgeübt werden soll, infolge der relativ einfachen Anpassbarkeit der i-linimumeinstellung bequem von Turbineneinheit zu Turbineneinheit der Erzeugeranlage einstellen. Wie mit den Diagrammen der Fig. 14A - 14F gezeigt, ermöglicht die Einstellung des Minimum-Bypass-Stroms eine Einstellung der Abhängigkeit des linearen Anstiegs der Temperatur von Drehzahl und Luftströmung, so daß die übliche anfängliche Stoßbelastung der Temperatur gemäßigt und zyklische thermische Spannungsbeanspruchungen der Turbinenläuferteile verringert werden.

Patentansprüche

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Claims (23)

2378816 Patentansprüche :

1. Gasturbinenanordnung für industriellen Einsatz, mit einem Verdichter-, einem Verbrennungs- und einem Turbinenteil, einem Brennstoffsystem für die Zufuhr von Brennstoff zu dem Gasturbinen-Verbrennungsteil, wobei das Brennstoffsystem mindestens ein Flüssig-Brennstoff-Subsystem mit einer Flüssigbrennstoffquelle, einer Pumpe für die Förderung des Flüssigbrennstoffs von der Flüssigbrennstoffquelle zu dem Verbrennungsteil, ein Drosselventil für die Einstellung der Strömung des Flüssigbrennstoffs zu dem Verbrennungsteil und einen Hauptströmungsweg hat, der die Pumpe mit dem Drosselventil und das Drosselventil mit dem Verbrennungsteil verbindet, gekennzeichnet durch einen Bypass-Strömungsweg von dem Hauptströmungsweg zur Begrenzung und Überwachung des Pumpenabgabedrucks, eine Einrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Bypass-Strömung von Flüssigbrennstoff durch den Bypass-Strömungsweg sowie durch ein Regelsystem mit einer Einrichtung zur Aktivierung des Flüssig-Brennstoff-Subsystems derart, daß Flüssigbrennstoff durch den Hauptströmungspfad an das Verbrennungsteil zum Turbinenanlauf und Anlagenbetrieb unter Last geliefert wird, und daß die Einrichtung zur Aktivierung des Brsnnstoffsystems eine Einrichtung zur Regelung des Pumpenabgabedrucks aufweist und die Einrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Bypass-Strömung im wesentlichen unabhängig von dem Regelsystem arbeitet, um den Pumpenabgabedruck während mindestens eines Teils der Turbinenbetriebs zeit nach Einleitung der Zündung zu begrenzen.

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2. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem und die Einrichtung zur mechanischen Bestimmung der Bypass-Strömung so ausgebildet sind und betrieben werden, daß die Einrichtung zur mechanischen Bestimmung der Bypass-Strömung die primäre Einrichtung für die Begrenzung des Pumpenentladungsdrucks während der Turbinenzündphase ist.

3. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung des Pumpenabgabedrucks eine zweite Einrichtung zur mechanischen Bestimmung einer Bypass-Strömung von Flüssigbrennstoff durch den Bypass-Strömungsweg aufweist.

4. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur mechanischen Bestimmung der Bypass-Strömung von Flüssigbrennstoff durch den Bypass-Strömungsweg ein Ventil in dem Bypass-Strömungsweg aufweist.

5. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Betätigung des Ventils, so daß es in einer von zwei geöffneten Einstellungen arbeitet.

6. Gasturbinenanlage nach Anspruch 4 oder 5, die zusätzlich ein Subsystem für gasförmigen Brennstoff umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei Betrieb mit gasförmigem Brennstoff in der weiter geöffneten Einstellung arbeitet.

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7. Gasturbinenanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem und das Ventil so ausgebildet sind und so betrieben werden, daß das Ventil die primäre Einrichtung zur Begrenzung des Pumpenentladungsdrucks während der Zündperiode der Turbine ist.

8. Gasturbinenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zur mechanischen Bestimmung der Bypass-Strömung flüssigen Brennstoffs durch den Bypass-Strömungsweg ein zweites Ventil in dem Bypass-Strömungsweg aufweist.

9. Gasturbinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dae Regelsystem und das erste sowie das zweite Ventil so ausgebildet sind und so betrieben werden, daß das zweite Ventil die primäre Einrichtung für die Regelung des Pumpenentladungsdrucks nach der Turbinenzündungsphase und das erste Ventil eine sekundäre Einrichtung zur Begrenzung des Pumpenentladungsdrucks nach der Zündphase ist.

10. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil vor der Turbinenzündung in einer weiter geöffneten Einstellung und während sowie nach der Zündung in einer weniger geöffneten Einstellung betrieben wird.

11. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei Leerlauf- und Niedriglast-Betriebsbedingun-

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- 63 gen mit einer vorgegebenen Öffnung betrieben wird.

12. Gasturbinenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem einen programmierten Digitalrechner und ein Analogsubsystem aufweist.

13. Gasturbinenanlage nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsubsystem ferner einen Regelkreis aufweist, der auf Ausgänge von dem Digitalrechner anspricht und mit dem zweiten Ventil gekoppelt ist, um den Brennstoffdruck in dem Flüssig-Brennstoff-Subsystem zu regeln oder zu begrenzen.

14. Gasturbinenanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem, eine Einrichtung zur Bestimmung der Drosselventileinstellung aufweist, die einen zweiten Regelkreis in dem Analogsubsystem für den Betrieb des Drosselventils umfaßt.

15. Gasturbinenanlage nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem oder mehreren der Ansprüche 5 - 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung mindestens einer vorgegebenen Turbinenbetriebsbedingung, um so ein Computer-Ausgangssignal für eine Auslösebewegung des ersten Ventils aus seiner weiter geöffneten Einstellung in seine weniger geöffnete Einstellung im wesentlichen bei Einleitung der Zündung zu erzeugen.

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16. Gasturbinenanlage nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für den Betrieb des Digitalrechners vorgesehen ist, um die Betriebsstellung der zweiten mechanischen Einrichtung während im wesentlichen aller Phasen des Gasturbinenbetriebs zu bestimmen.

17. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Betrieb des Digitalrechners vorgesehen ist, um die Zeitpunkte für die Einstellung der mechanischen Einrichtung in eine von zwei vorgegebenen alternativen Öffnungsstellungen zu bestimmen.

18. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Kraftwerksanlage mit Gasturbinenantrieb, mit einer Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, die mittels eines eine Pumpe und ein Drosselventil aufweisenden Brennstoffsystem mit Brennstoff gespeist wird, mit einem Hauptbrennstoffströmungsweg, mit einer Einrichtung zur Regelung des Pumpenentladungsdrucks und einem Bypass-Brennstoffströmungsweg, der eine Einrichtung zur mechanischen Bestimmung der Bypass-Strömung durch den Bypass-Strömungsweg aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine und ein mechanisch damit gekoppelter elektrischer Generator auf Zünddrehzahl hochgefahren und angetrieben werden, das Brennstoffsystem so aktiviert wird, daß es die Turbine während einer Zündphase zündet, hierauf die Ent-

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ladungsdruck-Regeleinrichtung so betätigt wird, daß sie während vorgegebener Turbinenbetrieb-Zeitphasen die Primärregelung des Pumpenentladungsdrucks übernimmt, daß sodann die mechanische Bypass-Einrichtung so betätigt wird, daß sie während einer vorgegebenen, an die Einleitung der Zündung anschließenden Zeitperiode eine Primärkontrollwirkung über den Pumpenentladungsdruck übernimmt, daß hierauf die Turbine und der Generator nach Zündung auf Leerlauf- oder Synchrondrehzahl beschleunigt werden und schließlich das Brennstoffsystem so betrieben wird, daß es den Lastanforderungen genügt, nachdem die Turbine und der Generator Leerlaufdrehzahl erreicht haben.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Betätigung der mechanischen Bypass-Einrichtung ferner den Schritt einschließt, die Einrichtung zur Übernahme einer Primärregelung des Pumpenentladungsdrucks mindestens während der Zündzeitphase zu betreiben.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenentladungsdruck-Regeleinrichtung ein druckregelndes Bypass-Ventil aufweist und der Schritt der Betätigung der mechanischen Bypass-Einrichtung den weiteren Schritt umfaßt, den Strom des Bypass-Brennstoffs durch das druckregelnde Bypass-Ventil so zu regeln, daß während des Turbinenanlaufs und der der Zündphase folgenden Lastphase die Primärregelung des Pumpenentladungsdrucks übernommen wird.

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21. Verfahren nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Betätigung der mechanischen Bypass-Einrichtung den weiteren Schritt umfaßt, die Einrichtung während der Leerlauf- und/oder Niedriglastphase zu betätigen.

22. Verfahren nach Anspruch 18, 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Betätigung der mechanischen Bypass-Einrichtung ferner den Schritt umfaßt, die Einrichtung während der Zündphase in eine von zwei alternativen öffnungastellungen zu bringen.

23. Verfahren nach Anspruch 18, 19, 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bypass-Einrichtung ein Ventil umfaßt, das zwischen mindestens zwei geöffneten Einstellungen beweglich ist, und daß der Schritt der Betätigung der mechanischen Bypass-Einrichtung den weiteren Schritt umfaßt, das Ventil mindestens während der Zündzeitphase in der kleineren seiner beiden geöffneten Einstellungen zu betreiben.

KN/jn/sg 5

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