Flüssigkeitseinspritzung in einer Gasturbine während einer Abkühlphase

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer Gasturbine (1) mit einem Rotor (5),
welches im Anschluss an den Betrieb der Gasturbine (1) durchgeführt wird und bei welchem der Rotor (5) zumindest zeitweise während einer Abkühlphase mit verminderter Nenndrehzahl angetrieben wird.
Um eine Gasturbine mit verringerter Standzeit anzugeben, wird vorgeschlagen, dass zur weiteren Abkühlung zumindest zeitweise während der Abkühlphase eine Flüssigkeit (43) in den bzw. vor den Strömungskanal (27) der Gasturbine (1) eingebracht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer Gasturbine mit einem Rotor, welches im Anschluss an den Betrieb der Gasturbine durchgeführt wird und bei welchem der Rotor zumindest zeitweise während einer Abkühlphase mit verminderter Nenndrehzahl angetrieben wird.

[0002] Es ist bekannt, dass im Anschluss an den Betrieb einer Gasturbine der Rotor mit geringer Drehzahl angetrieben wird, um die durch den Betrieb aufgeheizte Gasturbine schneller abzukühlen. Durch die Rotation des Rotors und der an ihm angeordneten Laufschaufeln wird durch den Strömungskanal des Verdichters, die Brennkammer und die Turbineneinheit kühle Umgebungsluft gepumpt. Diese nimmt beim Durchströmen die in der Gasturbine, d.h. im Gehäuse und im Rotor, gespeicherte Wärme auf und transportiert sie ab. Hierdurch kühlt die Gasturbine schneller ab, so dass Service- bzw. Wartungsarbeiten frühzeitig angefangen werden können, denn es ist ein allgemeines Bestreben, die Stillstandszeiten einer Gasturbine zu verringern.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abkühlen einer Gasturbine mit einem Rotor anzugeben, welches ein noch schnelleres Abkühlen der Gasturbine bewirkt, um die Standzeiten der Gasturbine weiter zu verringern.

[0004] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Die Lösung sieht vor, dass zur schnelleren Abkühlung zumindest zeitweise während der Abkühlphase eine Flüssigkeit in den Luftstrom eingebracht wird, welcher den Strömungskanal der Gasturbine durchströmt.

[0006] Die Erfindung geht dabei von der Idee aus, dass durch das Einbringen einer Flüssigkeit in den Luftstrom besser gekühlt werden kann, so dass der mit Flüssigkeit angereicherte Luftstrom eine größere Wärmemenge pro Zeiteinheit aus der noch aufgeheizten Gasturbine aufnehmen und abtransportieren kann. Dies führt zum schnelleren Abkühlen der Gasturbine als bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.

[0007] Durch das schnellere Abkühlen der Gasturbine können Revisionen, Inspektionen und Wartungsarbeiten vom Montagepersonal frühzeitiger durchgeführt werden. Dies verringert die Standzeiten der Gasturbine und erhöht ihre Verfügbarkeit.

[0008] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Verfahrens, bei der die Drehzahl des Rotors während der Flüssigkeitseinbringung höher ist als die Drehzahl, bei der keine Flüssigkeitseinbringung erfolgt. Durch die höhere Drehzahl wird mehr Luft durch die Gasturbine gepumpt. Somit kann der Luftstrom mehr Flüssigkeit aufnehmen, ohne dass Wasseransammlungen Risse bzw. Risswachstum an den Komponenten der Gasturbine hervorrufen.

[0010] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Einbringung der Flüssigkeit vor dem Verdichter der Gasturbine. Dies hat den Vorteil, dass der Luftstrom bereits am eintrittsseitigen Ende der Gasturbine mit der im Inneren verdampfenden Flüssigkeit angereichert wird. Hierdurch kann die Gasturbine entlang ihrer vollständigen Längserstreckung entlang des Rotors schneller abgekühlt werden.

[0011] Vorteilhafter Weise erfolgt die Einbringung der Flüssigkeit mittels einer Verdichterwascheinrichtung. Konstruktive Änderungen an der Gasturbine sind zur Durchführung des Verfahrens nicht nötig, so dass die Nachrüstung von bereits existierenden Gasturbinen zur Durchführung eines solchen Verfahrens besonders kostengünstig und einfach möglich ist. Anstelle der Verdichterwascheinrichtung kann auch eine Eindüsvorrichtung für eine Flüssigkeit verwendet werden, welche am Verdichtereintritt vorgesehen ist und welche beim Betrieb der Gasturbine zur Erhöhung des Massenstromes eine Flüssigkeit in die angesaugte Umgebungsluft eindüst. Dieses, beim Betrieb der Gasturbine durchgeführte Verfahren, ist unter dem Begriff "Wet Compression" oder auch "nasse Verdichtung" bekannt.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass die Einbringung der Flüssigkeit in eine Brennkammer der Gasturbine oder in den Strömungskanal einer Turbineneinheit erfolgt. Hierdurch ist es möglich, die beim Betrieb der Gasturbine besonders thermisch belasteten Bereiche nach dem Abschalten der Gasturbine gesondert durch die dabei entstehende Verdunstungskälte zu kühlen.

[0013] Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Flüssigkeit destilliertes Wasser eingebracht wird. Hierdurch können Ablagerungen im Strömungskanal der Gasturbine vermieden werden.

[0014] Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert.

[0015] Es zeigt:

FIG 1

einen Längsteilschnitt durch eine Gasturbine und

FIG 2

eine Verdichterwascheinrichtung in einem Ansaughaus einer Gasturbine.

[0016] Verdichter und Gasturbinen sowie deren Arbeitsweisen sind allgemein bekannt. Hierzu zeigt FIG 1 eine Gasturbine 1 mit einem um eine Rotationsachse 3 drehbar gelagerten Rotor 5.

[0017] Entlang der Rotationsachse 3 weist die Gasturbine 1 ein Ansaughaus 7, einen Verdichter 9, eine torusartige Ringbrennkammer 11 und eine Turbineneinheit 13 auf.

[0018] Sowohl im Verdichter 9 als auch in der Turbineneinheit 13 sind Leitschaufeln 15 und Laufschaufeln 17 jeweils in Kränzen angeordnet. Im Verdichter 9 folgt einem Laufschaufelkranz 19 ein Leitschaufelkranz 21. Die Laufschaufeln 17 sind am Rotor 5 mittels Rotorscheiben 23 befestigt, wohingegen die Leitschaufeln 15 feststehend am Gehäuse 25 montiert sind.

[0019] Ebenso sind in der Turbineneinheit 13 Kränze 21 aus Leitschaufeln 15 angeordnet, denen jeweils in Richtung des Strömungsmediums gesehen ein Kranz aus Laufschaufeln 17 folgt.

[0020] Die jeweiligen Schaufelprofile der Leitschaufeln 15 und der Laufschaufeln 17 erstrecken sich strahlenförmig in einem ringförmigen Strömungskanal 27.

[0021] Beim Betrieb der Gasturbine 1 wird vom Verdichter 9 Luft 29 durch das Ansaughaus 7 angesaugt und verdichtet. Am Austritt 31 des Verdichters 9 wird die verdichtete Luft zu den Brennern 33 geführt, welche auf einem Ring liegend an der Ringbrennkammer 11 vorgesehen sind. In den Brennern wird die verdichtete Luft 29 mit einem Brennmittel 35 vermischt, welches Gemisch in der Ringbrennkammer 11 zu einem Heißgas 37 verbrannt wird. Anschließend strömt das Heißgas 37 durch den Strömungskanal 27 der Turbineneinheit 13 an Leitschaufeln 15 und Laufschaufeln 17 vorbei. Dabei entspannt sich das Heißgas 37 an den Laufschaufeln 17 der Turbineneinheit 13 arbeitsleistend. Hierdurch wird der Rotor 5 der Gasturbine 1 in eine Drehbewegung mit seiner Nenndrehzahl, beispielsweise 3000 min^-1 oder 3600 min^-1, versetzt, welche zum Antrieb des Verdichters 9 und zum Antrieb einer nicht dargestellten Arbeits-Kraftmaschine oder Generators dient.

[0022] FIG 2 zeigt einen Querschnitt durch das Ansaughaus 7 der Gasturbine 1. Das für die Luft eintrittsseitige Ende 39 des Verdichters 9 mit dem zentral gelagerten Rotor 5 ist im Querschnitt dargestellt. Der Klarheit halber sind nur einige der im Strömungskanal 27 angeordneten Leitschaufeln 15 gezeigt.

[0023] Oberhalb des Verdichtereintritts ist eine Vorrichtung 41 zur Einbringung, insbesondere Eindüsung einer Flüssigkeit 43, beispielsweise destilliertes Wasser, angeordnet. Die Vorrichtung 41 kann beispielsweise eine Verdichterwascheinrichtung 45 oder ein Eindüsrack für "Wet Compression" sein.

[0024] Nach dem Betrieb der Gasturbine 1 wird das Verfahren zum Abkühlen der Gasturbine 1 durchgeführt. Dabei wird der Rotor 5 von einer nicht gezeigten Dreheinrichtung mit verminderter Drehzahl, beispielsweise im Bereich von 80 min^-1 bis 160 min^-1, vorzugsweise mit 120 min^-1, angetrieben, um diese abzukühlen. Dabei pumpt der Rotor 5 bezogen auf den Betrieb der Gasturbine 1 eine vergleichsweise geringe Masse von Luft durch den Strömungskanal 27 der Gasturbine 1.

[0025] Der Abkühlvorgang wird weiter beschleunigt, indem während des Drehbetriebes, auch Abkühlbetrieb genannt, in den angesaugten Luftstrom zusätzlich destilliertes Wasser eingebracht wird. Die Verdampfung des Wassers kühlt den angesaugten Luftstrom, wodurch diese beim Durchströmen der Gasturbine 1 vermehrt die in der Gasturbine 1 gespeicherte Wärme aufnehmen und abtransportieren kann. Während der Wassereinbringung kann die Drehzahl des Rotors 5, beispielsweise auf 4% bis 10% der Nenndrehzahl, erhöht werden.

[0026] Ferner kann das Einbringen der Flüssigkeit 43 durch geeignete Mittel sowohl in der Ringbrennkammer 11 als auch in den Strömungskanals 27 der Turbineneinheit 13 erfolgen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Abkühlen einer Gasturbine (1) mit einem Rotor (5),
welches im Anschluss an den Betrieb der Gasturbine (1) durchgeführt wird und bei welchem der Rotor (5) zumindest zeitweise während einer Abkühlphase mit verminderter Nenndrehzahl angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Abkühlung zumindest zeitweise während der Abkühlphase eine Flüssigkeit (43) in den Luftstrom eingebracht wird, welcher den Strömungskanal (27) der Gasturbine (1) durchströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl des Rotors (5) während der Flüssigkeitseinbringung höher ist als die Drehzahl, bei der keine Flüssigkeitseinbringung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einbringung der Flüssigkeit (43) vor einem Verdichter (9) der Gasturbine erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
die Eindüsung der Flüssigkeit (43) mittels einer Verdichterwascheinrichtung (45) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einbringung der Flüssigkeit (43) in eine Brennkammer der Gasturbine (1) oder in den Strömungskanal (27) einer Turbineneinheit erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Flüssigkeit (43) destilliertes Wasser eingebracht wird.

Zeichnung