Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Kühlen
eines Gehäuses einer Gasturbine und/oder einer Brennkammer, insbesondere der Brennkammer
einer Gasturbine.
Stand der Technik
[0002] Das Gehäuse einer Gasturbine bzw. einer Gasturbinen-Brennkammer muss im Betrieb der
Gasturbine gekühlt werden. Hierzu ist es üblich, einen Kühlgaspfad in der Umfangsrichtung
des Gehäuses durch das Gehäuse hindurchzuführen. Ein derartiger Kühlgaspfad verbindet
dabei einen ersten Gehäuseanschluss, der z. B. als Kühlgaseinlass dient, mit einem
zweiten Gehäuseanschluss, der beispielsweise als Kühlgasauslass dient. Bei der Durchströmung
des Kühlgaspfades erwärmt sich das Kühlgas. Dementsprechend besitzt das Gehäuse am
Kühlgaseinlass eine niedrigere Temperatur als am Kühlgasauslass. Das bedeutet, dass
sich in der Umfangsrichtung des Gehäuses eine Umfangstemperaturdifferenz ausbildet.
Diese Umfangstemperaturdifferenz darf im Betrieb der Gasturbine einen vorbestimmten
Maximalwert nicht überschreiten, um Beschädigungen des Gehäuses aufgrund thermischer
Spannungen zu vermeiden. Des Weiteren darf auch eine Durchschnittstemperatur des Gehäuses
einen vorbestimmten Maximalwert nicht übersteigen, um Beschädigungen des Gehäuses
zu vermeiden.
[0003] Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer herkömmlichen Gehäusekühlung zwischen
der Durchschnittstemperatur und der Umfangstemperaturdifferenz des Gehäuses eine Wechselwirkung
besteht. Wenn die Durchschnittstemperatur, beispielsweise durch Absenken der Kühlgastemperatur
am Kühlgaseinlass, reduziert wird, führt dies automatisch zu einer Vergrößerung der
Umfangstemperaturdifferenz. Umgekehrt führt eine Anhebung der Durchschnittstemperatur,
z. B. durch eine Erhöhung der Kühlgaseinlasstemperatur, automatisch zu einer Verkleinerung
der Umfangstemperaturdifferenz. Bei einer herkömmlichen Gehäusekühlung ist die Einstellung
der Umfangstemperaturdifferenz und die Einstellung der Durchschnittstemperatur somit
stets ein Kompromiss aus einer vergleichsweise großen Umfangstemperaturdifferenz und
einer vergleichsweise hohen Durchschnittstemperatur.
Darstellung der Erfindung
[0004] Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet
ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für die Kühlung des Gehäuses einer Gasturbine
bzw. einer Brennkammer einen Weg aufzuzeigen, der es insbesondere ermöglicht, die
Umfangstemperaturdifferenz unabhängig von der Durchschnittstemperatur einzustellen.
[0005] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0006] Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Umfangstemperaturdifferenz
durch Umschalten der Strömungsrichtung, mit welcher die Kühlgasströmung den Kühlgaspfad
des Gehäuses durchströmt, zu verändern. Durch Umschalten der Strömungsrichtung wird
der zuvor als Kühlgaseintritt dienende Gehäuseanschluss zum Kühlgasaustritt und der
zuvor als Kühlgasaustritt dienende Gehäuseanschluss zum Kühlgaseintritt. In der Folge
wird die bis dahin entstandene Umfangstemperaturdifferenz zunächst verkleinert und
anschließend invertiert, sofern der jeweilige Schaltzustand länger aufrecht erhalten
wird. Durch den zeitlichen Abstand zwischen aufeinander folgenden Umschaltvorgängen
mit jeweiliger Strömungsrichtungsumkehr kann somit die Umfangstemperaturdifferenz
auf quasi beliebig kleine Werte eingestellt werden. In der Theorie lässt sich sogar
eine Umfangstemperatur von etwa 0° C einstellen. Von entscheidender Bedeutung ist
bei der vorliegenden Erfindung die Tatsache, dass die Änderung der Strömungsrichtung
im wesentlichen keine Auswirkungen für die Durchschnittstemperatur des Gehäuses hat.
Durch die Umkehrung der Strömungsrichtung verändert sich lediglich die Temperaturverteilung
in der Umfangsrichtung des Gehäuses, während die mittlere Temperatur des Gehäuses
konstant bleibt. Durch die Erfindung kann somit die Umfangstemperaturdifferenz unabhängig
von der Durchschnittstemperatur eingestellt werden. Auf diese Weise ist es somit möglich,
sowohl für die Umfangstemperatur als auch für die Durchschnittstemperatur vergleichsweise
niedrige Werte einzustellen.
[0007] Zur Realisierung der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einer
Schalteinrichtung zur Strömungsrichtungsumkehr ausgestattet, die - je nach Schaltstellung
- einen Kühlgasaustritt einer Kühlgasversorgungseinrichtung wahlweise mit dem ersten
Gehäuseanschluss oder mit dem zweiten Gehäuseanschluss verbinden kann, um so die jeweilige
Strömungsrichtung durch den die beiden Gehäuseanschlüsse miteinander verbindenden
Kühlgaspfad zu bestimmen. Mit Hilfe einer derartigen Schalteinrichtung kann die Strömungsrichtung
des Kühlgases im Kühlgaspfad besonders einfach umgeschaltet werden, ohne dass hierzu
der Betrieb der Kühlgasversorgungseinrichtung verändert werden muss.
[0008] Grundsätzlich kann die Schalteinrichtung einen beliebigen Aufbau besitzen und insbesondere
mit beliebigen, geeigneten Schaltgliedern ausgestattet sein, mit deren Hilfe intern
die Verbindung zwischen dem Kühlgasaustritt des Kühlgasgebläses einerseits und dem
einen oder dem anderen Gehäuseanschluss andererseits geschaltet werden kann. Bevorzugt
wird jedoch eine Schalteinrichtung, die mit einer Klappenanordnung arbeitet, um interne
Pfade zu definieren und zu verändern, mit denen der Kühlgasaustritt wahlweise mit
dem einen oder mit dem anderen Gehäuseanschluss verbunden werden kann. Eine derartige
Klappenanordnung besitzt einen einfachen Aufbau, lässt sich preiswert realisieren
und arbeitet zuverlässig.
[0009] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung
anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0010] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen
auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen,
jeweils schematisch,
- Fig. 1
- eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Gasturbine, die mit einer erfindungsgemäßen
Kühleinrichtung ausgestattet ist,
- Fig. 2
- eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Schalteinrichtung nach der Erfindung
bei einer ersten Schaltstellung,
- Fig. 3
- eine Ansicht in Fig. 2, jedoch bei einer zweiten Schaltstellung,
- Fig. 4
- ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Erläuterung eines Kühlverfahrens nach der Erfindung
zur Steuerung einer Umfangstemperaturdifferenz,
- Fig. 5
- ein Flussdiagramm wie in Fig. 4, jedoch zur Steuerung einer Durchschnittstemperatur.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0011] Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Gasturbine 1 ein Gehäuse 2, das im übrigen nicht
dargestellte heiße Komponenten der Gasturbine 1 mantelförmig umschließt. Dabei ist
klar, dass dieses Gehäuse 2 gleichzeitig auch eine nicht dargestellte Brennkammer
der Gasturbine 1 umhüllen kann oder alternativ ausschließlich zur Umhüllung einer
Brennkammer, vorzugsweise einer Gasturbinen-Brennkammer, dienen kann.
[0012] Zur Kühlung des Gehäuses 2 ist eine Kühleinrichtung 3 vorgesehen, die ein Kühlgasgebläse
4 zum Antreiben eines Kühlgases aufweist. Als Kühlgas wird vorzugsweise Luft verwendet.
Zweckmäßig ist das Kühlgasgebläse 4 in einen geschlossenen Kühlgaskreis 5 eingebunden,
in dem außerdem ein Kühler 6 angeordnet sein kann. Ebenso ist es möglich, den Kühlgaskreis
5 offen auszugestalten, so dass das Kühlgas aus der Umgebung angesaugt wird und anschließend
wieder in die Umgebung ausgestoßen wird. Kühlgasgebläse 4 und Kühler 6 bilden dabei
jeweils einen Bestandteil einer Kühlgasversorgungseinrichtung 7, die einen Kühlgasaustritt
8 und einen Kühlgaseintritt 9 aufweist. Durch den Kühlgasaustritt 8 gelangt das Kühlgas
von der Kühlgasversorgungseinrichtung 7 zum Gehäuse 2. Im Unterschied dazu gelangt
durch den Kühlgaseintritt 9 das vom Gehäuse 2 kommende, aufgewärmte Kühlgas zurück
zur Kühlgasversorgungseinrichtung 7.
[0013] Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Kühlgaspfad 10 ausgebildet, der in Umfangsrichtung
des Gehäuses 2 durch das Gehäuse 2 hindurchgeführt ist. Dabei verbindet der Kühlgaspfad
10 einen ersten Gehäuseanschluss 11 mit einem zweiten Gehäuseanschluss 12.
[0014] Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 3 ist außerdem mit einer Schalteinrichtung 13
ausgestattet, mit deren Hilfe die Strömungsrichtung im Kühlgaspfad 10 umgekehrt werden
kann. In Fig. 1 ist mit durchgezogenen Pfeilen ein erste Strömungsrichtung 14 angedeutet,
die sich in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung 13 einstellt. Im Unterschied
dazu ist eine zweite Strömungsrichtung 15, die der ersten Strömungsrichtung 14 entgegengerichtet
ist, mit unterbrochenen Pfeilen symbolisiert. Die zweite Strömungsrichtung 15 stellt
sich in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung 13 ein.
[0015] Die Schalteinrichtung 13 ist in den Kühlgaskreis 5 so eingebunden, dass sie in der
ersten Schaltstellung den Kühlgasaustritt 8 mit dem ersten Gehäuseanschluss 11 und
den zweiten Gehäuseanschluss 12 mit dem Kühlgaseintritt 9 verbindet. Hieraus resultiert
dann die erste Strömungsrichtung 14. Im Unterschied dazu verbindet die Schalteinrichtung
13 in ihrer zweiten Schaltstellung den Kühlgasaustritt 8 mit dem zweiten Gehäuseanschluss
12 und den ersten Gehäuseanschluss 11 mit dem Kühlgaseintritt 9. Hieraus resultiert
dann die zweite Strömungsrichtung 15.
[0016] Wenn die Kühleinrichtung 3 so betrieben wird, dass für längere Zeit die Strömungsrichtung
des Kühlgases im Kühlgaspfad 10 gleich bleibt, also wenn beispielsweise die Schalteinrichtung
13 ihre erste Schaltstellung aufweist, so dass sich die erste Strömungsrichtung 14
ausbildet, hat dies zur Folge, dass sich entlang des Kühlgaspfads 10 ein Temperaturgradient
ausbildet. Am jeweiligen Eintritt des Kühlgases in den Kühlgaspfad 10, also bei der
ersten Strömungsrichtung 14 am ersten Gehäuseanschluss 11, stellt sich aufgrund der
Kühlwirkung des Kühlgases am Umfang des Gehäuses 2 eine erste Temperatur T
1 ein, die im folgenden auch als Einlasstemperatur T
1 bezeichnet wird. Im Verlaufe des Kühlgaspfads 10 erwärmt sich das Kühlgas, wodurch
dessen Kühlwirkung abnimmt. Dementsprechend kommt es an einem Ausgang des Kühlgaspfads
10, also bei der ersten Strömungsrichtung 14 am zweiten Gehäuseanschluss 12, zu einer
zweiten Temperatur T
2, die höher ist als die Einlasstemperatur T
1. Die zweite Temperatur T
2 wird im folgenden auch als Auslasstemperatur T
2 bezeichnet. Die Differenz zwischen Auslasstemperatur T
2 und Einlasstemperatur T
1 wird im folgenden als Umfangstemperaturdifferenz △T bezeichnet:

[0017] Um übermäßige thermische Spannungen des Gehäuses 2 im Betrieb der Gasturbine 1 zu
vermeiden, ist es erforderlich, dass diese Umfangstemperaturdifferenz ΔT nicht größer
ist als ein vorbestimmter oder vorgebbarer oberer Grenzwert ΔT
max. Außerdem kann es wünschenswert sein, dass diese Umfangstemperaturdifferenz ΔT nicht
kleiner ist als ein vorgegebener oder vorgebbarer unterer Grenzwert ΔT
min. Es muss daher gelten:

[0018] Um die Umfangstemperaturdifferenz ΔT zu variieren, kann bei der erfindungsgemäßen
Kühleinrichtung 3 mit Hilfe der Schalteinrichtung 13 die Strömungsrichtung im Kühlgaspfad
10 umgekehrt werden. Vor der Strömungsrichtungsumkehr herrscht am Einlass des Kühlgaspfads
10 die niedrigste Gehäusetemperatur, während am Auslass des Kühlgaspfads 10 die höchste
Temperatur des Gehäuses 2 vorliegt. Nach Umkehr der Strömungsrichtung nähern sich
die Temperaturen am Einlass und am Auslass des Kühlgaspfads 10 einander an. Dabei
kann es zu einem Nulldurchgang kommen, bei dem die Temperaturen am Eingang und am
Ausgang des Kühlgaspfads 10 gleich groß sind. Des Weiteren kann sich anschließend
das Temperaturverhältnis zwischen den Temperaturen am Eingang und am Ausgang des Kühlgaspfads
10 auch umkehren. Durch ein gezieltes Hin- und Herschalten der Strömungsrichtung im
Kühlgaspfad 10 kann somit ohne weiteres ein vorbestimmter und insbesondere vergleichsweise
kleiner Wert für die Umfangstemperaturdifferenz ΔT eingestellt werden. Von besonderem
Vorteil ist dabei, dass sich durch die Variierung der Umfangstemperaturdifferenz ΔT
eine Durchschnittstemperatur T des Gehäuses 10, welche das Gehäuse 2 entlang seines
Umfangs im Mittel aufweist, im wesentlichen nicht ändert. Das heißt, die Variation
der Umfangstemperaturdifferenz ΔT kann unabhängig von der Durchschnittstemperatur
T durchgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht es außerdem, auch für die Durchschnittstemperatur
T Werte einzustellen, die zwischen relativ niedrigen Grenzwerten liegen, so dass insbesondere
gilt:

[0019] Grundsätzlich kann die Schalteinrichtung 13 auf jede beliebige geeignete Weise ausgestaltet
sein. Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 wird im folgenden lediglich eine mögliche Ausführungsform
für eine derartige Schalteinrichtung 13 näher erläutert, wobei dies ohne Beschränkung
der Allgemeinheit erfolgen soll.
[0020] Entsprechend den Fig. 2 und 3 besitzt die Schalteinrichtung 13 vier Anschlüsse, nämlich
einen ersten Anschluss 16, einen zweiten Anschluss 17, einen dritten Anschluss 18
und einen vierten Anschluss 19. Der erste Anschluss 16 ist mit dem Kühlgasaustritt
8 der Kühlgasversorgungseinrichtung 7 verbunden. Der zweite Anschluss 17 ist mit dem
Kühlgaseintritt 9 der Kühlgasversorgungseinrichtung 7 verbunden. Der dritte Anschluss
18 ist mit dem ersten Gehäuseanschluss 11 des Gehäuses 2 verbunden, während der vierte
Anschluss 19 mit dem zweiten Gehäuseanschluss 12 des Gehäuses 2 verbunden ist.
[0021] Des Weiteren enthält die Schalteinrichtung 13 in der hier gezeigten, besonderen Ausführungsform
drei Leitungen, nämlich eine erste Leitung 20, eine zweite Leitung 21 und eine dritte
Leitung 22. Des Weiteren sind drei Öffnungen vorgesehen, nämlich eine erste Öffnung
23, eine zweite Öffnung 24 und eine dritte Öffnung 25. Die erste Leitung 20 führt
vom ersten Anschluss 16 zum dritten Anschluss 18. Die zweite Leitung 21 führt vom
vierten Anschluss 19 zum zweiten Anschluss 17. Die dritte Leitung 22 führt von der
zweiten Öffnung 24 zur dritten Öffnung 25. Die erste Öffnung 23 verbindet die erste
Leitung 20 mit der zweiten Leitung 21 und ist hierzu beispielsweise in einer gemeinsamen
Trennwand zwischen erster Leitung 20 und zweiter Leitung 21 ausgebildet. Die zweite
Öffnung 24 ist in der ersten Leitung 20 ausgebildet, und zwar vorzugsweise in einer
der ersten Öffnung 23 gegenüberliegenden Wand der ersten Leitung 20. Entsprechend
ist die dritte Öffnung 25 in der zweiten Leitung 21 ausgebildet, und zwar vorzugsweise
in einer der ersten Öffnung 23 gegenüberliegenden Wand der zweiten Leitung 21.
[0022] Die Schalteinrichtung 13 ist außerdem mit einer Klappenanordnung ausgestattet, die
hier drei Klappen umfasst, nämlich eine erste Klappe 26, eine zweite Klappe 27 und
eine dritte Klappe 28. Während die erste Klappe 26 zum Steuern der ersten Öffnung
23 dient, kann mit der zweiten Klappe 27 die zweite Öffnung 24 gesteuert werden, und
die dritte Klappe 28 dient zum Steuern der dritten Öffnung 25.
[0023] Fig. 2 zeigt die erste Schaltstellung der Schalteinrichtung 13, während Fig. 3 die
zweite Schaltstellung der Schalteinrichtung 13 wiedergibt. In der ersten Schaltstellung
verschließt jede Klappe 26, 27, 28 die ihr zugeordnete Öffnung 23, 24, 25. Auf diese
Weise sind die erste Leitung 20 und die zweite Leitung 21 freigeschaltet, während
die dritte Leitung 22 gesperrt ist. In dieser Schaltstellung definiert somit die Klappenanordnung
26-27-28 einen durch die erste Leitung 20 vom ersten Anschluss 16 zum dritten Anschluss
18 führenden ersten Pfad 29 und einen durch die zweite Leitung 21 vom vierten Anschluss
19 zum zweiten Anschluss 17 führenden zweiten Pfad 30.
[0024] In der zweiten Schaltstellung gemäß Fig. 3 sind die Klappen 26, 27, 28 jeweils so
verstellt, dass sie die jeweils zugeordneten Öffnungen 23, 24, 25 öffnen. Gleichzeitig
sperrt die erste Klappe 26 in der zweiten Schaltstellung die erste Leitung 20, und
zwar zwischen der ersten Öffnung 23 und der zweiten Öffnung 24. Außerdem sperrt die
dritte Klappe 28 in der zweiten Schaltstellung die zweite Leitung 21, und zwar zwischen
der ersten Öffnung 23 und der dritten Öffnung 25. Auf diese Weise kann die Klappenanordnung
26-27-28 in der zweiten Schaltstellung einen dritten Pfad 31 und einen vierten Pfad
32 definieren. Während der dritte Pfad 31 vom ersten Anschluss 16 durch einen Teil
der ersten Leitung 20, durch die erste Öffnung 23 und durch einen Teil der zweiten
Leitung 21 zum vierten Anschluss 19 führt, führt der vierte Pfad 32 vom dritten Anschluss
18 durch einen Teil der ersten Leitung 20, durch die zweite Öffnung 24, durch die
dritte Leitung 22, durch die dritte Öffnung 25 und durch einen Teil der zweiten Leitung
21 zum zweiten Anschluss 17.
[0025] Bemerkenswert ist außerdem, dass bei der hier gewählten Klappenanordnung 26-27-28
die drei Klappen 26, 27, 28 mit Hilfe eines gemeinsamen Stellglieds 33 simultan verstellt
werden können. Die hier gezeigte Schalteinrichtung 13 besitzt somit einen vergleichsweise
preiswerten Aufbau, der außerdem besonders zuverlässig arbeitet.
[0026] Entsprechend Fig. 4 kann die Kühlung des Gehäuses 2 zweckmäßig wie folgt durchgeführt
werden:
[0027] In der Ausgangssituation weist die Schalteinrichtung 13 ihre erste Schaltstellung
auf, so dass im Kühlgaspfad 10 die erste Strömungsrichtung 14 vorliegt. Dies führt
dazu, dass die erste Temperatur T
1 am ersten Gehäuseanschluss 11 kleiner ist als die zweite Temperatur T
2 am zweiten Gehäuseanschluss 12. Das heißt, es stellt sich eine Umfangstemperaturdifferenz
ΔT ein.
[0028] Mit Hilfe entsprechender, hier nicht gezeigter Temperatursensoren kann bei Position
34 die aktuelle Umfangstemperaturdifferenz ΔT ermittelt werden. Anschließend erfolgt
bei Position 35 die Überprüfung, ob die ermittelte Umfangstemperaturdifferenz △T in
einem vorbestimmten Wertebereich liegt. Ist dies der Fall, gilt "JA" und wird zur
Temperaturmessung 34 zurückgeschleift. Liegt die gemessene Umfangstemperaturdifferenz
△T bei der Abfrage 35 nicht mehr im zulässigen Wertebereich, gilt "NEIN" und es erfolgt
bei Position 36 vorzugsweise die Abfrage, ob die ermittelte Umfangstemperaturdifferenz
ΔT größer als der obere zulässige Grenzwert ΔT
max ist. Ist dies der Fall, gilt "JA" und bei Position 37 wird veranlasst, dass nunmehr
die zweite Strömungsrichtung 15 eingestellt wird. Hierzu wird die Schalteinrichtung
13 zum Einstellen ihrer zweiten Schaltstellung betätigt. In der Folge kommt es zu
einer Absenkung der zweiten Temperatur T
2 am zweiten Gehäuseanschluss 12 und zu einer Erhöhung der ersten Temperatur T
1 am ersten Gehäuseanschluss 11. Das heißt, die Umfangstemperaturdifferenz △T nimmt
ab.
[0029] Die zweite Strömungsrichtung 15 bleibt dann solange erhalten, bis die Umfangstemperaturdifferenz
△T am unteren Bereich aus den zulässigen Werten herausfällt. Dann ergibt die Abfrage
35 wieder die Antwort
"NEIN". Die nachfolgende Abfrage 36 ergibt dann auch die Antwort
"NEIN". In der Folge wird dann bei Position 38 wieder die erste Strömungsrichtung 14
eingestellt, indem die Schalteinrichtung 13 entsprechend zum Einstellen der ersten
Schaltstellung betätigt wird.
[0030] Es ist klar, dass der in Fig. 4 illustrierte Verfahrensablauf nur exemplarisch zu
verstehen ist, so dass grundsätzlich auch andere Abläufe denkbar sind. Beispielsweise
kann vorgesehen sein, die Umfangstemperaturdifferenz ΔT nur betragsmäßig zu betrachten
und immer dann, wenn die gemessene Umfangstemperaturdifferenz ΔT betragsmäßig einen
vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert ΔT
max übersteigt, die Strömungsrichtung umzukehren.
[0031] Des Weiteren ist es möglich, die Umfangstemperaturdifferenz ΔT durch Erhöhen der
Umschaltfrequenz zu verkleinern bzw. durch Absenken der Umschaltfrequenz zu vergrößern.
[0032] Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Veränderung der Umfangstemperaturdifferenz
△T mit Hilfe der Erfindung quasi ohne Einfluss ist auf die Durchschnittstemperatur
T, die separat eingestellt werden kann.
[0033] Fig. 5 zeigt exemplarisch einen denkbaren Ablauf zur Steuerung der Durchschnittstemperatur
T des Gehäuses 2. Bei einer Position 39 wird die mittlere Temperatur, also die Durchschnittstemperatur
T des Gehäuses 2 ermittelt. Diese Durchschnittstemperatur T kann beispielsweise durch
den Mittelwert aus der ersten Temperatur T
1 am ersten Gehäuseanschluss 11 und der zweiten Temperatur T
2 am zweiten Gehäuseanschluss 12 gebildet werden. Hierzu kann auf die Sensorik zur
Bestimmung der Umfangstemperaturdifferenz ΔT zurückgegriffen werden. Zweckmäßig sind
jedoch entlang des Umfangs des Gehäuses 2 mehrere, hier nicht gezeigte, Temperatursensoren
verteilt angeordnet, mit denen die Durchschnittstemperatur T des Gehäuses 2 ermittelt
werden kann.
[0034] In einer nachfolgenden Abfrage 40 wird dann überprüft, ob die gemessene Durchschnittstemperatur
T in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Bereich zulässiger Durchschnittstemperaturen
liegt. Ist dies der Fall, gilt "JA", so dass zur Temperaturermittlung 39 zurückgeschleift
werden kann. Ergibt die Abfrage 40 jedoch als Antwort
"NEIN", erfolgt bei Position 41 die Abfrage, ob die gemessene Durchschnittstemperatur
T größer ist als die maximal zulässige Durchschnittstemperatur T
max. Ist dies der Fall, gilt "JA", so dass bei Position 42 geeignete Maßnahmen zur Senkung
der Durchschnittstemperatur T initiiert werden können. Beispielsweise kann der durch
den Kühlgaspfad 10 geförderte Kühlgasmassenstrom erhöht werden. Hierzu kann z. B.
die Leistung des Gebläses 4 entsprechend erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ
kann eine Kühlgaseintrittstemperatur, also die Temperatur, mit der das Kühlgas in
den Kühlgaspfad 10 einströmt, abgesenkt werden. Eine derartige Absenkung der Kühlgaseintrittstemperatur
kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Leistung des Kühlers 6 erzielt werden.
[0035] Ergibt jedoch die Abfrage 36 als Antwort
"NEIN", bedeutet dies, dass die gemessene Durchschnittstemperatur T unterhalb der erwünschten
zulässigen Temperaturwerte liegt, so dass gilt:

[0036] Ist dies der Fall, können bei Position 43 geeignete Maßnahmen zur Erhöhung der Durchschnittstemperatur
T eingeleitet werden. Beispielsweise kann hierzu der Kühlgasmassenstrom reduziert
werden. Zusätzlich oder alternativ ist es ebenso möglich, die Kühlgaseintrittstemperatur
anzuheben.
Bezugszeichenliste
[0037]
- 1
- Gasturbine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kühleinrichtung
- 4
- Kühlgasgebläse
- 5
- Kühlgaskreis
- 6
- Kühler
- 7
- Kühlgasversorgungseinrichtung
- 8
- Kühlgasaustritt von 7
- 9
- Kühlgaseintritt von 7
- 10
- Kühlgaspfad in 2
- 11
- erster Gehäuseanschluss von 2
- 12
- zweiter Gehäuseanschluss von 2
- 13
- Schalteinrichtung
- 14
- erste Strömungsrichtung
- 15
- zweite Strömungsrichtung
- 16
- erster Anschluss von 13
- 17
- zweiter Anschluss von 13
- 18
- dritter Anschluss von 13
- 19
- vierter Anschluss von 13
- 20
- erste Leitung in 13
- 21
- zweite Leitung in 13
- 22
- dritte Leitung in 13
- 23
- erste Öffnung von 13
- 24
- zweite Öffnung von 13
- 25
- dritte Öffnung von 13
- 26
- erste Klappe von 13
- 27
- zweite Klappe von 13
- 28
- dritte Klappe von 13
- 29
- erster Pfad in 13
- 30
- zweiter Pfad in 13
- 31
- dritter Pfad in 13
- 32
- vierter Pfad in 13
- 33
- Stellglied
- 34
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 4
- 35
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 4
- 36
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 4
- 37
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 4
- 38
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 4
- 39
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 5
- 40
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 5
- 41
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 5
- 42
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 5
- 43
- Position im Flussdiagramm gemäß Fig. 5
1. Einrichtung zum Kühlen eines Gehäuses (2) einer Gasturbine (1) und/oder einer Brennkammer,
insbesondere einer Gasturbine (1),
- mit einer Kühlgasversorgungseinrichtung (7), die einen Kühlgasaustritt (8), aus
dem im Betrieb der Kühlgasversorgungseinrichtung (7) ein Kühlgasstrom austritt, und
einen Kühlgaseintritt (9) aufweist, über den im Betrieb der Kühlgasversorgungseinrichtung
(7) der Kühlgasstrom zur Kühlgasversorgungseinrichtung (7) zurückströmt,
- mit einem durch das Gehäuse (2) in dessen Umfangsrichtung hindurchgeführten Kühlgaspfad
(10), der einen ersten Gehäuseanschluss (11) mit einem zweiten Gehäuseanschluss (12)
verbindet,
- mit einer Schalteinrichtung (13) zur Strömungsrichtungsumkehr, die zwischen einer
ersten Schaltstellung, in der sie den Kühlgasaustritt (8) mit dem ersten Gehäuseanschluss
(11) und den Kühlgaseintritt (9) mit dem zweiten Gehäuseanschluss (12) verbindet,
und einer zweiten Schaltstellung umschaltbar ist, in der sie den Kühlgasaustritt (8)
mit dem zweiten Gehäuseanschluss (12) und den Kühlgaseintritt (9) mit dem ersten Gehäuseanschluss
(11) verbindet.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schalteinrichtung (13) aufweist:
einen mit dem Kühlgasaustritt (8) verbundenen ersten Anschluss (16),
einen mit dem Kühlgaseintritt (9) verbundenen zweiten Anschluss (17),
einen mit dem ersten Gehäuseanschluss (11) verbundenen dritten Anschluss (18) und
einen mit dem zweiten Gehäuseanschluss (12) verbundenen vierten Anschluss (19),
- dass die Schalteinrichtung (13) eine Klappenanordnung (26-27-28) enthält, die in der ersten
Schaltstellung einen vom ersten Anschluss (16) zum dritten Anschluss (18) führenden
ersten Pfad (29) sowie einen vom vierten Anschluss (19) zum zweiten Anschluss (17)
führenden zweiten Pfad (30) definiert und
die in der zweiten Schaltstellung einen vom ersten Anschluss (16) zum vierten Anschluss
(19) führenden dritten Pfad (31) sowie einen vom dritten Anschluss (18) zum zweiten
Anschluss (17) führenden vierten Pfad (32) definiert.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schalteinrichtung (13) aufweist:
eine vom ersten Anschluss (16) zum dritten Anschluss (18) führende erste Leitung (20),
eine vom zweiten Anschluss (17) zum vierten Anschluss (19) führende zweite Leitung
(21),
eine mittels einer ersten Klappe (26) steuerbare, die erste Leitung (20) mit der zweiten
Leitung (21) verbindende erste Öffnung (23),
eine mittels einer zweiten Klappe (27) steuerbare zweite Öffnung (24) in der ersten
Leitung (20),
eine mittels einer dritten Klappe (28) steuerbare dritte Öffnung (25) in der zweiten
Leitung (21) und
eine die zweite Öffnung (24) mit der dritten Öffnung (25) verbindende dritte Leitung
(22),
- dass die erste Klappe (26) in der ersten Schaltstellung die erste Öffnung (23) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die erste Öffnung (23) öffnet und die erste Leitung
(20) zwischen erster Öffnung (23) und zweiter Öffnung (24) sperrt,
- dass die zweite Klappe (27) in der ersten Schaltstellung die zweite Öffnung (24) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die zweite Öffnung (24) öffnet,
- dass die dritte Klappe (28) in der ersten Schaltstellung die dritte Öffnung (25) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die dritte Öffnung (25) öffnet und die zweite Leitung
(21) zwischen erster Öffnung (23) und dritter Öffnung (25) sperrt.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die drei Klappen (26, 27, 28) ein gemeinsames Stellglied (33) zum simultanen
Verstellen der Klappen (26, 27, 28) vorgesehen ist.
5. Verfahren zum Kühlen eines Gehäuses (2) einer Gasturbine (1) und/oder einer Brennkammer,
insbesondere einer Gasturbine,
- bei dem ein Kühlgaspfad (10), der durch das Gehäuse (2) in dessen Umfangsrichtung
hindurchgeführt ist und dabei einen ersten Gehäuseanschluss (11) mit einem zweiten
Gehäuseanschluss (12) verbindet, mit einer Kühlgasströmung beaufschlagt wird,
- bei dem eine Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) des Gehäuses (2) zwischen einer an
dem einen Gehäuseanschluss (12) gemessenen Auslasstemperatur (T2) und einer an dem anderen Gehäuseanschluss (11) gemessenen Einlasstemperatur (T1) durch Umschalten der Strömungsrichtung der Kühlgasströmung im Kühlgaspfad (10) variiert
wird.
6. Kühlverfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) durch Erhöhen der Umschaltfrequenz verkleinert
und durch Absenken der Umschaltfrequenz vergrößert wird.
7. Kühlverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsrichtung (14, 15) der Kühlgasströmung immer dann umgeschaltet wird,
wenn die Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) einen vorbestimmten oder vorgebbaren Grenzwert
(ΔTmax) übersteigt.
8. Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Durchschnittstemperatur (T) des Gehäuses (2) durch Verändern einer Eintrittstemperatur
des Kühlgases beim Eintreten in den Kühlgaspfad (10) und/oder durch Verändern eines
Massenstroms des dem Kühlgaspfad (10) zugeführten Kühlgases variiert wird.
9. Kühlverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchschnittstemperatur (T) des Gehäuses (2) durch den Mittelwert von Einlasstemperatur
(T1) und Auslasstemperatur (T2) gebildet ist.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.
1. Einrichtung zum Kühlen eines Gehäuses (2) einer Gasturbine (1) und/oder einer Brennkammer,
insbesondere einer Gasturbine (1), wenigstens umfassend
- eine Kühlgasversorgungseinrichtung (7), die einen Kühlgasaustritt (8), aus dem im
Betrieb der Kühlgasversorgungseinrichtung (7) ein Kühlgasstrom austritt, und einen
Kühlgaseintritt (9), über den im Betrieb der Kühlgasversorgungseinrichtung (7) der
Kühlgasstrom zur Kühlgasversorgungseinrichtung (7) zurückströmt, aufweist, und
- einen durch das Gehäuse (2) in dessen Umfangsrichtung hindurchgeführten Kühlgaspfad
(10), der einen ersten Gehäuseanschluss (11) mit einem zweiten Gehäuseanschluss (12)
verbindet,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schalteinrichtung (13) zur Strömungsrichtungsumkehr, die zwischen einer ersten
Schaltstellung, in der sie den Kühlgasaustritt (8) mit dem ersten Gehäuseanschluss
(11) und den Kühlgaseintritt (9) mit dem zweiten Gehäuseanschluss (12) verbindet,
und einer zweiten Schaltstellung, in der sie den Kühlgasaustritt (8) mit dem zweiten
Gehäuseanschluss (12) und den Kühlgaseintritt (9) mit dem ersten Gehäuseanschluss
(11) verbindet, umschaltbar ist.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schalteinrichtung (13) aufweist:
einen mit dem Kühlgasaustritt (8) verbundenen ersten Anschluss (16),
einen mit dem Kühlgaseintritt (9) verbundenen zweiten Anschluss (17),
einen mit dem ersten Gehäuseanschluss (11) verbundenen dritten Anschluss (18) und
einen mit dem zweiten Gehäuseanschluss (12) verbundenen vierten Anschluss (19),
- dass die Schalteinrichtung (13) eine Klappenanordnung (26-27-28) enthält, die in der ersten
Schaltstellung einen vom ersten Anschluss (16) zum dritten Anschluss (18) führenden
ersten Pfad (29) sowie einen vom vierten Anschluss (19) zum zweiten Anschluss (17)
führenden zweiten Pfad (30) definiert und
die in der zweiten Schaltstellung einen vom ersten Anschluss (16) zum vierten Anschluss
(19) führenden dritten Pfad (31) sowie einen vom dritten Anschluss (18) zum zweiten
Anschluss (17) führenden vierten Pfad (32) definiert.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schalteinrichtung (13) aufweist:
eine vom ersten Anschluss (16) zum dritten Anschluss (18) führende erste Leitung (20),
eine vom zweiten Anschluss (17) zum vierten Anschluss (19) führende zweite Leitung
(21),
eine mittels einer ersten Klappe (26) steuerbare, die erste Leitung (20) mit der zweiten
Leitung (21) verbindende erste Öffnung (23),
eine mittels einer zweiten Klappe (27) steuerbare zweite Öffnung (24) in der ersten
Leitung (20),
eine mittels einer dritten Klappe (28) steuerbare dritte Öffnung (25) in der zweiten
Leitung (21) und
eine die zweite Öffnung (24) mit der dritten Öffnung (25) verbindende dritte Leitung
(22),
- dass die erste Klappe (26) in der ersten Schaltstellung die erste Öffnung (23) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die erste Öffnung (23) öffnet und die erste Leitung
(20) zwischen erster Öffnung (23) und zweiter Öffnung (24) sperrt,
- dass die zweite Klappe (27) in der ersten Schaltstellung die zweite Öffnung (24) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die zweite Öffnung (24) öffnet,
- dass die dritte Klappe (28) in der ersten Schaltstellung die dritte Öffnung (25) verschließt
und in der zweiten Schaltstellung die dritte Öffnung (25) öffnet und die zweite Leitung
(21) zwischen erster Öffnung (23) und dritter Öffnung (25) sperrt.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die drei Klappen (26, 27, 28) ein gemeinsames Stellglied (33) zum simultanen
Verstellen der Klappen (26, 27, 28) vorgesehen ist.
5. Verfahren zum Kühlen eines Gehäuses (2) einer Gasturbine (1) und/oder einer Brennkammer,
insbesondere einer Gasturbine, bei dem ein Kühlgaspfad (10), der durch das Gehäuse
(2) in dessen Umfangsrichtung hindurchgeführt ist und dabei einen ersten Gehäuseanschluss
(11) mit einem zweiten Gehäuseanschluss (12) verbindet, mit einer Kühlgasströmung
beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) des Gehäuses (2) zwischen einer an dem einen
Gehäuseanschluss (12) gemessenen Auslasstemperatur (T2) und einer an dem anderen Gehäuseanschluss (11) gemessenen Einlasstemperatur (T1) durch Umschalten der Strömungsrichtung der Kühlgasströmung im Kühlgaspfad (10) variiert
wird.
6. Kühlverfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) durch Erhöhen der Umschaltfrequenz verkleinert
und durch Absenken der Umschaltfrequenz vergrößert wird.
7. Kühlverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsrichtung (14, 15) der Kühlgasströmung immer dann umgeschaltet wird,
wenn die Umfangstemperaturdifferenz (ΔT) einen vorbestimmten oder vorgebbaren Grenzwert
(ΔTmax) übersteigt.
8. Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Durchschnittstemperatur (T) des Gehäuses (2) durch Verändern einer Eintrittstemperatur
des Kühlgases beim Eintreten in den Kühlgaspfad (10) und/oder durch Verändern eines
Massenstroms des dem Kühlgaspfad (10) zugeführten Kühlgases variiert wird.
9. Kühlverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchschnittstemperatur (T) des Gehäuses (2) durch den Mittelwert von Einlasstemperatur
(T1) und Auslasstemperatur (T2) gebildet ist.