SAVILIUS NICOLAS (DE)
US20020112465A1 | 2002-08-22 | |||
US6260350B1 | 2001-07-17 | |||
EP1770331A2 | 2007-04-04 | |||
US20110265443A1 | 2011-11-03 | |||
EP2196652A2 | 2010-06-16 | |||
US20020112465A1 | 2002-08-22 | |||
US6260350B1 | 2001-07-17 |
Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs (10) auf¬ weisend zumindest einen Verdichter (12) und zumindest eine Kühlvorrichtung (14) zum Kühlen zumindest eines Strömungsmediums (16) auf eine vorgebbare Verdichtertemperatur (Tver) bei dem - eine Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) ermittelt wird; - diese Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) mit einer Soll-Verdichteraustrittstemperatur (Taus-soll) verglichen wird und - bei einer Abweichung von der ermittelten Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) von der Soll-Verdichteraustrittstemperatur (Taus-soll) eine Maßnahme (18) unter Verwendung der Kühlvorrichtung (14) zum Verändern der Verdichtertemperatur (Tver) des Strömungsmediums (16) am Verdichtereintritt (20) und/oder im Verdichter (12) eingeleitet wird dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (T) eines die Kühlvorrichtung (14) betreibenden Kühlmediums (22) verändert, insbesondere verringert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme (18) zumindest so¬ lange durchgeführt wird, bis maximal eine vorgebbare Maximalverdichteraustrittstemperatur (Taus-max) erreicht wird . 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Max- Verdichteraustrittstemperatur (Taus-max) durch eine Wahl zumindest eines Materials eines Rotors (24) und/oder eines Ge¬ häuses (26) des Verdichterstrangs (10) bestimmt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme mittels eines Compression Inlet Air Chillers (CIAC) bewirkt wird. WO 2015/121035 -,„ PCT/EP2015/051101 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme (18) bei Volllast oder bei Teillast des Verdichterstrangs (10) eingeleitet wird . 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt zu einer Regelung der Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) . 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt zu einer Regelung der Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) bei dem - eine Regelgröße (28) die Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) ist; - eine Stellgröße (30) die Temperatur (T) eines Kühlme¬ diums (22) ist und - mittels der Maßnahme (18) zum Verändern der Verdichtertemperatur (Tver) des Strömungsmediums (16) eine Änderung der Regelgröße (28) bewirkt wird. 8. Anordnung (32) zur Steuerung zumindest einer Verdichtertemperatur (Tver) mittels zumindest einer Kühlvorrichtung ( 14 ) , - mit einer Ermittlungseinrichtung (34) eingerichtet derart, dass - eine Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) ermittelbar ist; und - mit einer Steuereinheit (36) eingerichtet derart, dass - die Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) mit einer Soll-Verdichteraustrittstemperatur (Taus-soll) vergleichbar ist und - wenn die ermittelte Verdichteraustrittstemperatur (Taus-ist) von der Soll-Verdichteraustrittstemperatur (Taus-soll) abweicht, eine Maßnahme (18) unter Ver¬ wendung der Kühlvorrichtung (14) zum Verändern der Verdichtertemperatur (Tver) des Strömungsmediums (16) am Verdichtereintritt (20) und/oder im Verdichter (12) einleitbar ist, wobei als Maßnahme eine Temperatur (T) eines die Kühlvorrich- tung (14) betreibenden Kühlmediums (22) verändert, insbesondere verringert wird. 9. Verdichterstrang (10) mit zumindest einem Verdichter (12) und einer Kühlvorrichtung (14) zum Kühlen zumindest eines Strömungsmediums (16) auf eine vorgebbare Verdichtertemperatur (Tver) sowie mit einer Anordnung (32) nach Anspruch 8. |
Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs und derselbe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Verdichterstrangs aufweisend zumindest einen Verdichter und zumindest eine Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Strömungsmediums auf eine vorgebbare Verdichtertemperatur so ¬ wie eine Anordnung zur Steuerung zumindest der Verdichtertem- peratur mittels zumindest der Kühlvorrichtung und einen oben genannten Verdichterstrang mit einer oben genannten Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs aufweisend zumindest einen Verdichter und zumindest einer Vorkühlung zum Kühlen eines Strömungsmediums bei dessen Ein- tritt in den Verdichter und/oder sich befindend im Verdichter .
Um eine Erhöhung eines Wirkungsgrads einer Gasturbine zu er ¬ reichen, werden ein Druckverhältnis und eine Turbinenein- trittstemperatur stetig angehoben. Mit einem Ansteigen des Druckverhältnisses steigt auch eine
Verdichteraustrittstemperatur stetig an. Am kritischsten ist ein Vollastbetrieb an einem heißest-möglichen Tag, da die Verdichteraustrittstemperatur mit der
Verdichtereintrittstemperatur und damit der Umgebungstemperatur ansteigt. Ein Betrieb der Gasturbine mit zu hohen Tempe ¬ raturen kann nachteilige Effekte auf einen Rotor und ein Ge ¬ häuse der Gasturbine haben. Um dies auszugleichen ist es be ¬ kannt auf temperaturresistentere Werkstoffe umzusteigen. Das erhöht jedoch auch die Kosten für Bauteile aus diesen Stof ¬ fen. Dem kann entgegengewirkt werden, indem ohne Einsatz teurerer Werkstoffe eine Leistungsabgabe der Gasturbine an hei ¬ ßen Tagen reduziert wird, um die
Verdichteraustrittstemperatur unterhalb eines jeweiligen Werkstofflimits zu halten. Dadurch wird aber der Wirkungsgrad und somit ein Kundennutzen reduziert. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zu einer Verminderung der Verdichtereintrittstemperatur im Volllastbetrieb der Gasturbine spezielle Kühlvorrichtungen, wie einen sogenannten Evap-Cooler, einen sogenannten Compressor Inlet Air Chiller (CIAC) oder die sogenannte Wet-Compression, vorzusehen. Durch das Hinzuschalten der Kühlvorrichtung im Vollastbetrieb kann nun eine hohe Leistung erzielt werden. Ein selektives Akti ¬ vieren der Kühlvorrichtung ist nicht vorgesehen. Dadurch kann es zu einem Leistungsüberschuss kommen, wodurch gewonnene Energie ungenutzt verschenkt wird.
Aufgrund dieser Erkenntnis wäre es technische wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs anzuge ¬ ben, bei dem auch bei einem Betrieb an heißen Tagen ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. Ferner ist damit auch eine Anordnung zur Steuerung zumindest einer Verdichtertemperatur mittels zumindest einer Kühlvorrichtung anzugeben, bei der die Steuerung zufriedenstellend möglich ist. Eine Anordnung dieser Art kann etwa durch die
US 2002/0112465A1 gelehrt werden, wonach einer Gasturbine Wasser einer vorbestimmten Temperatur bei deren Betrieb eingespritzt wird, um die Temperatur am Verdichteraustritt zu vermindern. Ein solches Verfahren ist auch aus der US
6, 260, 350, Bl bekannt.
Nachteilig an diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch eine Erhöhung des Risikos für Instabilitäten beim Betrieb des Verdichters. Aufgrund der Einspritzung von flüssigem Wasser einer vorgegebenen Temperatur in den Ansaugmassenstrom (Strömungsmedium) ergeben sich lokale Feuchtigkeits- und damit auch Dichteinhomogenitäten in dem Ansaugmassenstrom, die zu einem schlechter zu kontrollierenden Betrieb bzw. mitunter auch zu einem nicht zu kontrol- lierenden Betrieb des Verdichterstrangs Anlass geben. Insbe ¬ sondere aufgrund der variierenden Strömungs- und Verdamp ¬ fungsbedingungen in dem Ansaugstrom können sich Schlieren und Stränen von feuchter und relativ trockener Luft in dem An- saugmassenstrom ausbilden, welche den Verdichterbetrieb stören können. So zeigt sich nämlich, dass das eingespritzte Wasser für den betriebsgemäßen Verdampfungsvorgang in den meisten Fällen weniger als eine Sekunde zur Verfügung stehen hat, um eine vollständige Verdampfung zu erfahren. Eine voll ¬ ständige Verdampfung kann jedoch nur bei geeigneten Verdampfungsbedingungen in dem Ansaugmassenstrom erreicht werden, welche auch bei Warmen Umgebungsbedingungen nicht immer gewährleistet werden können.
Damit ergibt sich die technische Aufgabe, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs anzuge ¬ ben, welches auch an heißen Tagen anwendbar ist, jedoch erlaubt, den Verdichter verhältnismäßig stabil zu betreiben oh ¬ ne unvorteilhafte Dichteinhomogenitäten bei seinem Betrieb zu erfahren .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfah ¬ ren, einer Anordnung und einem Verdichterstrang mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs aufweisend zumindest einen Verdichter und zumindest eine Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Strömungsmediums auf eine vorgebbare Verdichtertemperatur bei dem eine Verdichteraustrittstemperatur ermittelt wird; diese Verdichteraustrittstemperatur mit einer Soll- Verdichteraustrittstemperatur verglichen wird und bei einer Abweichung von der ermittelten Verdichteraustrittstemperatur von der Soll-Verdichteraustrittstemperatur eine Maßnahme unter Verwendung der Kühlvorrichtung zum Verändern der Verdichtertemperatur des Strömungsmediums am Verdichtereintritt und/oder im Verdichter eingeleitet wird, wobei eine Tempera ¬ tur eines die Kühlvorrichtung betreibenden Kühlmediums verändert, insbesondere verringert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit, speziell an warmen Standorten, erhöht werden. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine flexible Nutzung von Komponenten des Verdichterstrangs. Fer ¬ ner können Bauteile des Verdichterstrangs, wie beispielsweise ein Gehäuse oder ein Rotor, aus Werkstoffen gefertigt sein, die weniger temperaturresistent sind und damit preisgünstiger sind als Bauteile aus temperaturresistenten Werkstoffen. Ge- genüber Systemen des Standes der Technik kommt es vorteilhaft zu einem Absenken des Temperaturverlaufs entlang des
Verdichterstrangs. Durch die günstigeren Materialien kann sich auch eine vereinfachte Geometrie, beispielsweise dünnere Wände, gegenüber Bauteilen oder Anordnungen des Standes der Technik ergeben, was in einer vereinfachten Montage und verringerten Montagekosten resultieren kann.
Zudem kann der Verdichterstrang gegenüber einem System des Standes der Technik, bei dem dieselbe Werkstoffwähl getroffen wurde, auf einen höheren Verdichterenddruck ausgelegt werden. Hierbei kann vermieden werden, dass ab einer gewissen Umgebungstemperatur ein Belastungslimit des Werkstoffs über ¬ schritten wird. Zudem kann der Verdichterstrang somit bei einer höheren Umgebungstemperatur auf Volllast betrieben werden als es die eigentliche Werkstoffauswahl zulassen würde. Fer ¬ ner wird die Entstehung von Schadstoffen, wie NO x und CO, verhindert .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass - mittels der Maßnahme - eine Temperatur eines die Kühlvorrichtung betreibenden Kühlmediums verändert, insbesondere verringert wird. Hierdurch ergibt sich eine sehr effektive Kühlung des Strömungsmediums am Verdichtereintritt und/oder im Verdichter. Aufgrund der thermischen Konditionierung des Kühlmediums kann nämlich das Strömungsmedium ebenfalls angepasst thermisch konditioniert werden, etwa indem dieses in das Strömungsmedium eingebracht wird, wodurch eine vorteilhafte Vermeidung von Dichteschwankungen und Dichteinhomogenitäten erreicht werden kann. Insbe- sondere kann eine thermische Konditionierung des Kühlmediums derart erfolgen, dass die Temperatur eines die Kühlvorrichtung betreibenden Kühlmediums derart verändert wird, dass Dichteinhomogenitäten in der Ansaugluft vermindert werden können.
In diesem Zusammenhang und im weiteren Text soll unter „vorgebbar" auch „vorgegeben" und unter „ermittelten" „gemessenen", „bestimmt" oder „errechnet" verstanden werden. Ein Verdichterstrang stellt hier eine Abfolge von zumindest zwei Bauteileinheiten dar. Hierbei kann die Bauteileinheit bei ¬ spielsweise eine Kühleinheit, eine Kompressoreinheit, eine Brennereinheit oder eine Turbineneinheit sein. Solch ein Verdichterstrang ist beispielsweise ein Teil einer Turbine bzw. Gasturbine oder stellt diese dar.
Eine Verdichtertemperatur kann hier eine
Verdichtereintrittstemperatur (TV1) oder eine Temperatur im Verdichter selbst darstellen. Hierbei muss die Temperatur im Verdichter nicht konstant sein, sondern kann stromabwärts nach dem Verdichtereintritt eine andere sein wie am
Verdichteraustritt. Unter einer „vorgebbaren
Verdichtertemperatur" soll eine Temperatur des Strömungsmediums verstanden werden, die dieses vorteilhafterweise haben soll, um einen effektiven, verlustfreien Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen. Diese vorgebbare
Verdichtertemperatur wird der Fachmann aufgrund seiner Fachkenntnis selbständig festlegen und beträgt beispielsweise für die Verdichtereintrittstemperatur zwischen 5°C und 30°C.
Als Soll-Verdichteraustrittstemperatur wird beispielsweise ein führendes Belastungs- bzw. Temperaturlimit eines Materi ¬ als eines Bauteils des Verdichterstrangs, wie beispielsweise ein Gehäuse oder ein Rotor, gewählt. Die Soll-Verdichter- austrittstemperatur kann in einer Steuereinheit und/oder Recheneinheit des Verdichterstrangs hinterlegt sein (vorgebbare Verdichteraustrittstemperatur) oder sie kann während eines Betriebs des Verdichterstrangs ermittelt werden und in situ verwendet werden (ermittelbare
Verdichteraustrittstemperatur) . Unter einer „Maßnahme unter Verwendung der Kühlvorrichtung" soll jede, vom Fachmann für anwendbar erachtete Maßnahme verstanden werden, die zu einer Veränderung der Verdichtertemperatur führt.
Vorteilhafterweise wird die Maßnahme zumindest solange durch ¬ geführt, bis maximal eine vorgebbare
Maximalverdichteraustrittstemperatur erreicht wird. Hierdurch wird ein für Bestandteile des Verdichterstrangs schädlicher und gefährlicher Betrieb verhindert. Die vorgebbare
Maximalverdichteraustrittstemperatur wird beispielsweise durch ein Material eines Bauteils vorgegeben, wobei dieses Material im Vergleich zu den anderen verwendeten Materialien das geringste Temperaturlimit aufweist. Die
Maximalverdichteraustrittstemperatur kann identisch sein mit der Soll-Verdichteraustrittstemperatur oder größer sein als diese. Im letzteren Fall kann die Soll- Verdichteraustrittstemperatur gemäß einer weiteren Randbedin- gung eingestellt werden bzw. eine weitere Randbedingung fest ¬ legen. Dadurch wäre ein Eingriff von außen, insbesondere unabhängig von Bauteilgegebenheiten, möglich. Dies erhöht die Flexibilität der Nutzung des Verdichterstrangs weiter. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die
Maximalverdichteraustrittstemperatur durch eine Wahl zumindest eines Materials eines Rotors und/oder eines Gehäuses des Verdichterstrangs bestimmt wird. Hierdurch können Bauteile, die besonders durch hohe Temperaturen belastet sind, sinnvoll geschützt werden, wodurch sich ihre Haltbarkeit verlängert. Unter „bestimmt" soll hier auch „limitiert" verstanden werden. Der Rotor und das Gehäuse sind beispielsweise die der Kompressoreinheit bzw. des Verdichters. Es ist auch denkbar, Bauteilmaterialien abhängig von der Position des entsprechen- den Bauteils im Verdichterstrang und von Temperaturen, die an diesen Positionen vorherrschen, zu wählen. Bei Positionen an denen geringere Temperaturen auftreten, können weniger tempe- raturresistente Materialien verwendet werden wie an Positio ¬ nen mit höheren Temperaturen.
Bevorzugt wird die Maßnahme mittels eines sogenannten
Compressor Inlet Air Chillers (CIAC) bewirkt. In anderen Wor ¬ ten, die Kühlvorrichtung ist ein Compressor Inlet Air
Chiller. Mittels eines Compression Inlet Air Chiller kann die Temperatur des Kühlmediums am effektivsten und schnell verringert werden. Ferner ist ein CIAC unabhängig von einer Um- gebungstemperatur und kann auch unabhängig von einer Wasserversorgung betreiben werden. Dadurch eignet er sich besonders für heiße, wasserarme Standorte.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Maßnahme bei Volllast oder bei Teillast des Verdichterstrangs eingeleitet. Somit kann auch bei Teillast gewährleitet werden, dass durch den Einsatz der Maßnahme die Verdichteraustrittstemperatur unter dem gesetzte Temperaturlimit bleibt. Zudem können Be ¬ triebsanforderungen des Verdichterstrangs so einfach auf ei- nen gegenwärtigen Energiebedarf angepasst werden. Ein Verschenken von gewonnener Energie unterbleibt, was Betriebskos ¬ ten einspart. Es ergibt sich also ein flexibler Einsatz der Komponenten des Verdichterstrangs. Die Formulierung „bei Volllast/Teillast" soll als „unter Volllast/Teillast" ver- standen werden.
Unter dem Sachverhalt, dass „die Maßnahme eingeleitet wird" soll ein Zeitpunkt einer Aktivierung der Maßnahme verstanden werden. Was nach der Aktivierung passiert bzw. wie der
Verdichterstrang danach betrieben wird, ob weiter in Volllast/Teillast oder geändert in Teillast/Volllast ist irrele ¬ vant. Bevorzugt wird die Maßnahme bei Teillast eingelei ¬ tet/aktiviert und infolge der Aktivierung der Maßnahme und deren Betrieb für eine gewisse Zeit kann der Verdichterstrang unter einer höheren Teillast oder sogar unter Volllast betrieben werden. Um dies zu erreichen ist es auch möglich die Maßnahme zu einem höheren Grad zu aktivieren. Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Verfahren zu einer Steuerung und/oder Regelung der Verdichteraustrittstemperatur eingesetzt wird. Dadurch kann der Verdichterstrang komfortabel gesteuert werden. Unter der Wendung, dass das „Verfahren zu einer Steuerung/Regelung der Verdichteraustrittstemperatur eingesetzt wird" soll verstanden werden, dass mittels des Verfahrens die Verdichteraustrittstemperatur angesteuert bzw. geregelt wird.
Eine bevorzugte Anwendung besteht darin, dass das Verfahren zu einer Regelung der Verdichteraustrittstemperatur eingesetzt wird, wobei bei dem Verfahren eine Regelgröße die
Verdichteraustrittstemperatur ist; eine Stellgröße , die Temperatur eines Kühlmediums, ist und mittels der Maßnahme, ins ¬ besondere unter Verwendung der Kühlvorrichtung, zum Verändern der Verdichtertemperatur des Strömungsmediums, insbesondere am Verdichtereintritt und/oder im Verdichter, eine Änderung der Stellgröße bewirkt wird. Dadurch können Betriebsparameter gezielt auf die Gegebenheiten des Verdichterstrangs und sei ¬ ner Umgebung angepasst werden. Des Weiteren ist die
Verdichteraustrittstemperatur ein gut zu messender Parameter.
Die Erfindung geht ferner aus von einer Anordnung, insbesondere einem Regler, zur Steuerung zumindest einer Verdichtertemperatur mittels zumindest einer Kühlvorrichtung, mit einer Ermittlungseinrichtung eingerichtet derart, dass eine
Verdichteraustrittstemperatur ermittelbar ist; und mit einer Steuereinheit eingerichtet derart, dass die
Verdichteraustrittstemperatur mit einer Soll- Verdichteraustrittstemperatur vergleichbar ist und wenn die ermittelte Verdichteraustrittstemperatur von der Soll- Verdichteraustrittstemperatur abweicht, eine Maßnahme unter Verwendung der Kühlvorrichtung zum Verändern der
Verdichtertemperatur des Strömungsmediums am
Verdichtereintritt und/oder im Verdichter einleitbar ist, als Maßnahme eine Temperatur eines die Kühlvorrichtung betreibenden Kühlmediums verändert, insbesondere verringert wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft ein sicherer Betrieb, speziell an warmen Standorten, gewährleis ¬ tet werden. Ferner wird eine flexible Nutzung von Komponenten des Verdichterstrangs bereitgestellt. Zudem können Bauteile des Verdichterstrangs, im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik, aus weniger temperaturresistenten Werkstoffen gefertigt und damit preisgünstiger hergestellt werden. Ferner kann der Verdichterstrang gegenüber einem System des Standes der Technik, bei dem dieselbe Werkstoffwähl getroffen wurde, auf einen höheren Verdichterenddruck ausgelegt werden. Damit kann vermieden werden, dass ab einer gewissen Umgebungstemperatur ein Belastungslimit des Werkstoffs überschritten wird. Zudem kann der Verdichterstrang somit bei einer höheren Umgebungstemperatur auf Volllast betrieben werden als es die ei- gentliche Werkstoffauswahl zulassen würde. Ferner wird die
Entstehung von Schadstoffen, wie NO x und CO, verhindert. Des Weiteren kann ein erfindungsgemäßer Regler einfach aufgebaut werden, da die Verdichteraustrittstemperatur ein gut messbarer Parameter ist.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verdichterstrang mit zumindest einem Verdichter und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Strömungsmediums auf eine vorgebbare Verdichtertemperatur sowie mit einer erfindungsgemäßen Anord- nung.
Durch die erfindungsgemäße Realisierung kann vorteilhaft ein sicher zu betreibender Verdichterstrang bereitgestellt werden. Zudem können Komponenten des Verdichterstrangs flexibel genutzt werden. Des Weiteren können Bauteile des
Verdichterstrangs, wie beispielsweise ein Gehäuse oder ein Rotor, aus weniger temperaturresistenten Werkstoffen gefertigt sein und sind damit preisgünstiger als Bauteile aus tem ¬ peraturresistenten Werkstoffen. Durch die günstigeren Materi- alien kann sich auch eine vereinfachte Geometrie gegenüber Bauteilen oder Anordnungen des Standes der Technik ergeben, was in einer vereinfachten Montage und verringerten Montagekosten resultieren kann. Auch kann der Verdichterstrang ge- genüber Systemen des Standes der Technik auf einen höheren Verdichterenddruck ausgelegt werden. Somit kann vermieden werden, dass ab einer gewissen Umgebungstemperatur ein Belastungslimit des Werkstoffs überschritten wird. Zudem kann der Verdichterstrang hierdurch bei einer höheren Umgebungstemperatur auf Volllast betrieben werden als es die eigentliche Werkstoffauswahl zulassen würde. Auch die Entstehung von Schadstoffen, wie NO x und CO, wird unterbunden. Der Verdichterstrang ist ferner betreibbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung geht zudem aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Verdichterstrangs aufweisend zumindest einen Ver- dichter und zumindest eine Vorkühlung zum Kühlen eines Strö ¬ mungsmediums bei dessen Eintritt in den Verdichter und/oder sich befindend im Verdichter, wobei bei dem Verfahren unter Verwendung des Vorkühlers eine Verdichteraustrittstemperatur des im Verdichter verdichteten Strömungsmediums gesteuert wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft ein leicht zu messender Parameter zu einer Steuerung des Betriebs des Verdichterstrangs herangezogen werden. Ein solcher Be- trieb ist vorteilhafterweise sicher und zuverlässig, vor al ¬ lem an warmen Standorten. Dadurch ist zudem im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik eine Auslegung des
Verdichterstrangs auf einen höheren Verdichterenddruck möglich. Auch ergibt sich eine flexible Nutzung von Komponenten des Verdichterstrangs.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
FIG 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
Verdichterstrang mit einer Anordnung zur Steuerung einer Verdichtertemperatur und
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Regelkreislaufs der Anordnung der FIG 1. FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verdichterstrang 10 in der Form einer Gasturbine. Im folgenden Text werden die Begriffe Verdichterstrang und Gasturbine äquiva ¬ lent verwendet. Der Verdichterstrang 10 weist in Strömungs ¬ richtung 38 eines Strömungsmediums 16, wie beispielsweise Luft, bzw. entlang einer longitudinalen bzw. einer Rotationsachse 40 eine Kühlvorrichtung 14 bzw. Vorkühlung 14 zum Kühlen des Strömungsmediums 16 auf eine vorgebbare
Verdichtertemperatur Tver und einen Verdichtereintritt 20 auf. Hierbei kann die Kühlvorrichtung 14 direkt vor dem
Verdichtereintritt 20 angeordnet sein oder weit stromaufwärts vor dem Verdichtereintritt 20. Dies ist in FIG 1 durch die unterbrochene Linienführung zwischen der Kühlvorrichtung 14 und dem Verdichtereintritt 20 gezeigt. Diese Anordnung soll eine möglichst gleichmäßige Zufuhr des Strömungsmediums 16 ermöglichen. Hierbei ist eine Anordnung der Kühlvorrichtung 14 abhängig von der Bauart und der Betriebsart des
Verdichterstrangs 10 sowie der Kühlvorrichtung 14 selbst und wird vom Fachmann aufgrund seines Fachwissens selbsttätig be ¬ stimmt .
Ferner weist der Verdichterstrang 10 in Strömungsrichtung 38 eine Kompressoreinheit bzw. einen Verdichter 12, einen Verdichteraustritt 42, eine Brennereinheit 44 und eine Turbinen ¬ einheit 46 auf. Die Gasturbine weist zudem eine Antriebsachse 48 auf, die um die Rotationsachse 40 rotierbar ist und sich longitudinal entlang der Gasturbine erstreckt. Die Antriebs ¬ welle 48 verbindet die Turbineneinheit 46 mit dem Verdichter Während eines Betriebs der Gasturbine wird das Strömungsmedi ¬ um 16, bevor es in den Verdichter 12 gelangt mittels der Kühlvorrichtung 14 gekühlt (Details siehe unten) . Das Strö- mungsmedium 16, welches nun am Verdichtereintritt 20 ein ¬ tritt, wird im Verdichter 12 verdichtet und über den Verdichteraustritt 42 der Brennereinheit 44 zugeführt. Die Brenner ¬ einheit 44 weist einen Brennerraum 50 mit einer oder mehreren Brennkammern 52 mit jeweils einem Brenner 54 auf. Die Brenn- kammer (n) 52 und der Brenner/die Brenner 54 sind im Brennerraum 50 angeordnet. Das aus dem Verdichter 12 kommende kom ¬ primierte Strömungsmedium 16 tritt in einen Diffusor 56 ein und wird von diesem in die Brennkammer (n) 52 geleitet, von wo ein Anteil dem Brenner 54 zugeleitet wird und dort mit einem gasförmigen oder flüssigen Treibstoff gemischt wird. Das
Strömungsmedium/Treibstoff-Gemisch wird dann verbrannt und das Brenngas bzw. das Arbeitsgas der Verbrennung wird über einen Übergangskanal 58 zu der Turbineneinheit 46 geleitet. Die Turbineneinheit 46 weist mehrere mit der Antriebswelle 48 verbundene Turbinenräder 60 mit Turbinenschaufeln 62 auf. Zudem sind axial zwischen den Turbinenrädern 60 Leitschaufeln 64 angeordnet, die wiederum mit einem Stator 66 der Gasturbi ¬ ne verbunden sind. Das Verbrennungsgas aus der Brennkam- mer/den Brennkammern 52 tritt in die Turbineneinheit 46 ein und treibt die Turbinenschaufeln 62 an, die wiederum die Antriebswelle 48 rotierend antreiben. Die Leitschaufeln 64 die ¬ nen dazu, den Winkel mit dem das Verbrennungsgas bzw. das Ar ¬ beitsgas auf die Turbinenschaufeln 62 trifft zu optimieren. Der Verdichter 12 weist eine axiale Abfolge von Leitschaufel ¬ stufen 68 und Turbinenschaufelstufen 70 auf. Diese werden durch die Turbinenschaufeln 62 der Turbineneinheit 46 und damit der Antriebswelle 48 angetrieben, wodurch das komprimierte Strömungsmedium 16 von der Gasturbine selbst generiert wird sobald diese in Betreib ist.
Der Verdichterstrang 10 bzw. die Gasturbine weist ferner eine Kontrolleinheit 72 auf, welche zu einer besseren Darstell- barkeit in FIG 1 außerhalb des Verdichterstrangs 10 gezeigt ist. Die Kontrolleinheit 72 weist eine Ermittlungseinrichtung 34 mit zumindest einem Sensor 74, wie beispielsweise eines Temperatursensors, eine Steuereinheit 36 und einen Signalge- ber 76 auf. Die Kontrolleinheit 72 dient unter anderem zu ei ¬ ner Überwachung des Verdichterstrangs 10, seiner Bestandteile und des Strömungsmediums 16 und insbesondere von Betriebstem ¬ peraturen des Verdichterstrangs 10. Ein Regelkreis eines Verfahrens zum Betreiben des
Verdichterstrangs 10 ist in FIG 2 gezeigt und wird nachfol ¬ gend beschrieben. Zu Beginn eines Betriebs der Gasturbine tritt das Strömungsmedium 16 aus einer hier nicht näher bezeichneten Umgebung der Gasturbine in die Kühlvorrichtung 14 bzw. die Vorkühlung 14 ein. Ist die Kühlvorrichtung 14 aktiviert, wird das Strömungsmedium 16 entsprechend der Spezifi ¬ kationen der Kühlvorrichtung 14 gekühlt und tritt in den Verdichter 12 mit einer ersten Verdichtertemperatur Tver-1, die eine Verdichtereintrittstemperatur (TV1) ist, ein. Danach durchläuft das Strömungsmedium 16 den Verdichter 12 und tritt am Verdichteraustritt 42 aus dem Verdichter 12 aus. Einer Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist wird am
Verdichteraustritt 42 von der Ermittlungseinrichtung 34 bzw. ihrem Sensor 74 ermittelt und an die Steuereinheit 36 über- mittelt.
Die Steuereinheit 36 vergleicht nun diese ermittelte
Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist mit einer beispielsweise in der Kontrolleinheit 72 hinterlegten Soll- Verdichteraustrittstemperatur Taus-soll. Wird festgestellt, dass die ermittelte Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist von der Soll-Verdichteraustrittstemperatur Taus-soll abweicht, wird eine Maßnahme 18 unter Verwendung der Kühlvorrichtung 14 zum Verändern der Verdichtertemperatur Tver-1 des Strömungsmediums 16 am Verdichtereintritt 20 von dem Signal ¬ geber 76 eingeleitet. Der Signalgeber 76 aktiviert hierbei die Kühlvorrichtung 14 soweit, dass diese das Strömungsmedium 16 auf die gewünschte bzw. vorgegebene Verdichtertemperatur Tver kühlt, bevor dieses in den Verdichter 12 eintritt.
Die Maßnahme 18 wird bevorzugt so lange durchgeführt, bis ma- ximal eine vorgegebene und beispielsweise in der Kontrollein ¬ heit 72 hinterlegte Maximalverdichteraustrittstemperatur Taus-max erreicht ist. Diese Max-Verdichteraustrittstempera ¬ tur Taus-max wird beispielsweise durch eine Wahl eines Mate ¬ rials, wie beispielsweise das eines Rotors 24 und/oder das eines Gehäuses 26 des Verdichterstrangs 10 bzw. des Verdich ¬ ters 12 bestimmt (vgl. FIG 1) . Die
Maximalverdichteraustrittstemperatur Taus-max ist hier die Soll-Verdichteraustrittstemperatur Taus-soll. Grundsätzlich könnte die Soll-Verdichteraustrittstemperatur Taus-soll auch kleiner sein als die Maximalverdichteraustrittstemperatur Taus-max .
Damit stellt die Kontrolleinheit 72 eine Anordnung 32 bzw. einen Regler zur Steuerung der Verdichtertemperatur Tver dar und ein daraus resultierendes Verfahren wird zur Regelung der Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist eingesetzt. Hierbei gibt es mehrere Möglichkeiten, um die Verdichtertemperatur Tver einzustellen. Es ist beispielsweise möglich eine Tempe ¬ ratur T eines die Kühlvorrichtung 14 betreibenden Kühlmediums 22 zu verändern und insbesondere zu verringern. Dies kann mittels eines Compressor Inlet Air Chillers (CIAC) erfolgen. Damit kann die Kühlvorrichtung 14 beispielsweise ein
Compressor Inlet Air Chiller sein. Damit stellen die Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist eine Regelgröße 28 und die Temperatur T des Kühlmediums 22 eine Stellgröße 30 dar, wobei mittels der Maßnahme 18 zum Verän ¬ dern der Verdichtertemperatur Tver des Strömungsmediums 16 eine Änderung der Regelgröße 28 bewirkt wird.
Es ist zudem denkbar, dass die Maßnahme 18 bei Volllast oder bei Teillast des Verdichterstrangs 10 eingeleitet oder be ¬ treiben wird. Somit beschreibt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Verdichterstrangs 10 bei dem unter Verwendung des Vorküh ¬ lers 14 die Verdichteraustrittstemperatur Taus-ist des im Verdichter 12 verdichteten Strömungsmediums 16 gesteuert wird .
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Kühlvorrichtung 14 als eine Zwischenkühlung auszugestalten. Hierbei wird das Strömungsmedium 16 bei seiner Durchleitung durch den Verdichter 12 an einer Stelle im Verdichter 12 zu einer Kühlvorrichtung 14 umgeleitet, dort gekühlt und wieder zum Verdichter 12 zurückgeführt, um dort aus dem Verdichteraustritt 42 aus dem Verdichter 12 auszutreten (nicht gezeigt) .
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .