In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

1 als Übersicht eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage mit einem in eine Kühlluftleitung geschalteten Kühlluftkühler;

2 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet;

3 die Abhängigkeit der Luftaustrittstemperatur von der Last und dem Speisewassermengenstrom;

4 die Abhängigkeit der Luftaustrittstemperatur bei konstanter Last von der Umgebungstemperatur und dem Speisewassermengenstrom;

5 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer korrigierten Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet;

6 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer weiteren Ausführungsvariante einer korrigierten Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der 1 bis 6 näher erläutert.

1 zeigt als Übersicht eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage. Diese Gasturbinenanlage umfasst eine Gasturbine 30 mit einem vorgeschalteten, auf einer gemeinsamen Welle 31 angeordneten Verdichter 32 sowie eine zwischen dem Verdichter 32 und der Turbine 30 in einer vom Verdichter 32 kommenden Frischluftleitung 33 angeordneten Brennkammer 34. Die Turbine 30 treibt einen auf der Welle 31 sitzenden Generator 35 an. Von der Frischluftleitung 33 zweigt eine Kühlluftleitung 36 ab, die in die Gasturbine 30 mündet. In die Kühlluftleitung 36 ist primärseitig ein Kühlluftkühler 2, welcher ein Einrohrzwangdurchlaufkühler ist, der Gasturbine 30 vorgeschaltet. Sekundärseitig ist der Kühlluftkühler 2 in eine Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 geschaltet, in die beispielsweise ein hier nicht dargestellter Dampferzeuger sekundärseitig geschaltet ist, der primärseitig in die hier nicht dargestellte Abgasleitung der Gasturbine 30 geschaltet ist. Der Dampf D kann dann beispielsweise in ein Heiznetz zur Nutzung gespeist werden. Eine andere Möglichkeit (nicht dargestellt), die bei der Kühlung der Kühlluft K anfallende Wärme zu nutzen, besteht z.B. darin, dass der erzeugte Dampf D zum Betrieb einer Dampfturbinenanlage verwendet wird. Dazu wird der Kühlluftkühler 2 sekundärseitig z.B. als Vorwärmer in den nicht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbinenanlage geschaltet.

Beim Betrieb der Gasturbinenanlage wird der Brennkammer 34 Brennstoff B zugeführt, der mit der vom Verdichter 32 kommenden verdichteten Frischluft F in der Brennkammer 34 verbrannt wird. Das bei der Verbrennung entstehende Heissgas H wird in die Turbine 30 geleitet, entspannt sich dort und treibt dabei die Turbine 30 an, welche wiederum den Verdichter 32 und den Generator 35 antreibt. Da das Heissgas H beim Eintritt in die Turbine 30 eine sehr hohe Temperatur aufweist, ist ein Kühlung der Turbine 30 notwendig. Dazu wird ein Teil der verdichteten Frischluft F als Kühlluft K über die Kühlluftleitung 36 der Gasturbine 30 zugeführt. Die Frischluft F wird im Verdichter 32 aufgrund der Kompression erwärmt, so dass sie zwecks Verwendung als Kühlluft K gekühlt werden muss. Die Kühlluft K wird deshalb vor der Zufuhr zur Turbine 30 zuerst im Kühlluftkühler 2 abgekühlt. Sie strömt gemäss 1 von oben nach unten und steht mit dem durch die Rohre des Kühlers 2 von unten nach oben strömenden flüssigen Medium, welches vorzugsweise Speisewasser W ist, im Wärmetausch. Das Speisewasser W wird über die Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 und über eine in der Leitung 37 angeordnete Pumpe 38 in den Kühlluftkühler 2 gebracht, nimmt Wärme von der durch den Kühler 2 strömenden Luft K auf und kühlt auf diese Weise die Kühlluft K. Dabei wird, eine ausreichende Wärmeübertragung vorausgesetzt, das Speisewasser W zu Dampf D verdampft. Der Frischdampf D gelangt über die Leitung 37 und gegebenenfalls über hier nicht dargestellte weitere Aggregate zu einem ebenfalls nicht dargestellten Verbraucher, beispielsweise einer Dampfturbine.

Um unter den verschiedenen Betriebsbedingungen die oben beschriebene Anlage optimal betreiben zu können, ist u.a. eine Kühllufttemperaturregelung notwendig. Diese Regeleinrichtung 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 integriert.

2 zeigt den oben beschriebenen Einrohrzwangdurchlaufkühlluftkühler 2 mit einem Kühllufttemperaturregler 1, der beispielsweise ein PI- oder ein PID-Regler sein kann, welcher mit einer erfindungsgemässen Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet, indem er mit dem Funktionselement 3 in Wikverbindung steht, welches als Eingänge die Luftaustritts-Solltemperatur &THgr;_aSoll, die Lufteintrittstemperatur &THgr;_e, den Luftmengenstrom Ṁ, den Frischdampfdruck p und die Wassereintrittstemperatur ϑ_e aufweist und als Ausgänge den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo und die Reglerverstärkung VR aufweist.

Gemäss 2 sind in der Kühlluftleitung 36 vor dem Eintritt des Kühlluftkühler 2 ein Luftmengenstrommessorgan mit Signalgeber 5 und ein Temperaturmessorgan mit Signalgeber 6 angeordnet, mit denen die Lufteintrittstemperatur &THgr;_e und der Luftmengenstrom Ṁ gemessen und in entsprechende Signale transformiert werden. Am Austritt des Kühlluftkühlers 2 ist in der Kühlluftleitung 36 ein zweites Temperaturmessorgan mit Signalgeber 7 angeordnet, mit dem die Austrittstemperatur &THgr;_a der Kühlluft K gemessen und ein entsprechendes Signal erzeugt wird.

In der Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 ist stromauf des Kühlluftkühlers 2 ein Wassermengenstrommessorgan 4 und ein Temperaturmessorgan mit Signalgeber 9 für das Speisewasser W angeordnet, mit dem der Speisewassermengenstrom m und die Speisewassereintrittstemperatur ϑ_e ermittelt und in entsprechende Signale umgewandelt werden, während stromab des Kühlers 2 in der Leitung 37 ein Frischdampfdruckmessorgan mit Signalgeber 8 angeordnet ist, in welchem der Druck p des Frischdampfes D gemessen und in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird.

Eine Signalleitung 39, welche vom Temperaturmessorgan 7 für die Luftaustrittstemperatur &THgr;_a zum Regler 1 führt, ist als erster Eingang auf den Regler 1 geschaltet, während als zweiter Eingang das der Sollaustrittstemperatur &THgr;_aSoll der Kühlluft K aus dem Kühlluftkühler 2 entsprechende Signal dient. Dieses Signal wird ausserdem über eine Signalleitung 40 einem Vergleichspunkt 11 zugeführt und dort mit dem über eine Signalleitung 41 zugeführten Signal der Eintrittstemperatur &THgr;_e der Kühlluft K verglichen. Der Ausgang des Vergleichspunktes 11 ist als erster Eingang eines Multiplikationsorganes 12 geschaltet.

Das der Lufteintrittstemperatur &THgr;_e entsprechende Signal wird ausserdem über die Signalleitung 41 als Eingang einem Funktionsgeber 13 aufgeschaltet, in dem die Beziehung zwischen der spezifischen Wärmekapazität c_p und der Temperatur &THgr;_e festgelegt ist. Über eine Signalleitung 42 wird das der spezifischen Wärmekapazität c_p entsprechende Signal als erster Eingang einem zweiten Multiplikationsorgan 14 aufgeschaltet.

Schliesslich ist das der Lufteintrittstemperatur &THgr;_e entsprechende Signal auch über die Signalleitung 41 als erster Eingang einem weiteren Funktionsgeber 15 aufgeschaltet, wobei als zweiter Eingang das dem Frischdampfdruck p entsprechende und über die Signalleitung 43 herangeführte Signal dem Funktionsgeber 15 aufgeschaltet ist. In dem Funktionsgeber 15 sind die Beziehungen zwischen der Lufteintrittstemperatur &THgr;_e, dem Frischdampfdruck p und der Dampfaustrittsenthalpie h_a festgelegt. Über die Signalleitung 44 wird das der Dampfaustrittsenthalpie h_a entsprechende Signal einem Vergleichspunkt 16 zugeführt. Der zweite Eingang dieses Vergleichspunktes 16 ist das der Wassereintrittsenthalpie h_e entsprechende Signal, welches über ein Leitung 45 zugeführt wird, welche am Ausgang eines weiteren Funktionsgebers 17 beginnt. Im Funktionsgeber 17 sind die Beziehungen zwischen dem Frischdampf p, der Wassereintrittstemperatur ϑ_e und der Wassereintrittsenthalpie h_e festgelegt. Die Eingänge des Funktionsgebers 17 sind das dem Frischdampfdruck p entsprechende, über die Leitung 43 zugeführte Signal und das der Wassereintrittstemperatur ϑ_e entsprechende, über eine Signalleitung 46 zugeführte Signal.

Der Ausgang des Vergleichspunktes 16 ist über ein Signalleitung 47 auf den Eingang eines Maximum-Auswahlorganes 18 geschaltet, auf den als weiterer Eingang ein Signal für die auf eine minimale Enthalpie begrenzte Enthalpiedifferenz &Dgr;h_min geschaltet ist. Im Organ 18 wird das grössere der jeweiligen Eingangssignale ausgewählt. Der Ausgang des Maximum-Auswahlorganes 18 ist über eine Leitung 48 dem ersten Eingang eines Divisionsorgan 19 aufgeschaltet, dem als zweiter Eingang das dem Luftmengenstrom Ṁ entsprechende, über eine Leitung 49 vom Luftmengenstrommessorgan 5 zugeführte Signal aufgeschaltet ist. Der Ausgang des Divisionsorganes 19 ist über eine Leitung 50 als zweiter Eingang auf das Multiplikationsorgan 14 geschaltet. Der Ausgang des Multiplikationsorganes 14 ist einerseits über eine Leitung 51 auf den Eingang eines dynamischen Verzögerungsgliedes 20 geschaltet ist, dessen Ausgang die Reglerverstärkung VR für den Kühllufttemperaturregler 1 liefert, und andererseits als zweiter Eingang auf das Multiplikationsorgan 12 geschalten ist, dessen Ausgang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo liefert, welches über eine Signalleitung 52 in einen Additionspunkt 10 geleitet wird. Der Additionspunkt 10 ist in einer vom Ausgang des Reglers 1 kommenden Signalleitung 53 angeordnet. In der vom Ausgang des Additionspunktes 10 führenden Leitung 54 ist nunmehr das erfindungsgemässe vorgesteuerte Signal für den Speisewassermengenstrom-Sollwert vorhanden.

Die Beziehungen zwischen den einzelnen Grössen, die durch obiges Funktionsglied 3 realisiert werden, lassen sich mathematisch durch folgende Gleichung darstellen:

Diese erfindungsgemässe Regelung der Speisewasser-Vor steuerung gilt exakt nur bei Teillastbetrieb, d.h. nur im Bereich der Temperatursättigung. Dies wird besonders deutlich bei Betrachtung von 3.

In 3 ist die Abhängigkeit der Kühlluftaustrittstemperatur &THgr;_a vom Speisewassermengenstrom m für verschiedene Lasten dargestellt. Man sieht, dass nur im Temperatursättigungsgebiet der angenäherte vorgesteuerte Speisewassermengenstrom ṁ_FFo gleich dem effektiven Speisewassermengenstrom ṁ_eff ist. Bei 100% Last ist dagegen eine relativ grosse Differenz zwischen diesen beiden Werten vorhanden. Es existiert eine Abweichung &Dgr;ṁ_FF des angenäherten Vorsteuersignales von ṁ_FFo zum effektiven Vorsteuersignal ṁ_eff. Deshalb wird erfindungsgemäss für solche Betriebsbedingungen, die nicht im Temperatursättigungsbereich liegen, die Erfindung durch Einführung einer Korrektur für das Speisewasser-Vorsteuersignal weiter präzisiert (s. 5 und 6).

Die Korrektursignale sind die Last L und die Umgebungstemperatur T_U, die ebenfalls einen Einfluss auf das Vorsteuersignal hat. Dies ist in 4 verdeutlicht.

4 zeigt die Abhängigkeit der Kühlluftaustrittstemperatur &THgr;_a vom Speisewassermengenstrom m und von der Umgebungstemperatur T_U für eine Last von 100. Man sieht, dass beispielsweise die Differenz &Dgr;ṁ_FF bei T_U = –15°C wesentlich kleiner ist als diese Differenz bei T_U = 12°C.

In 5 ist eine entsprechende Einrichtung abgebildet, bei welcher des Speisewasser-Vorsteuersignal noch korrigiert wird. Das Funktionselement 3 ist hier ebenso wie in 2 dargestellt und oben beschrieben, ausgebildet, so dass auf eine nochmalige Beschreibung und Darstellung der Details des Funktionselementes 3 verzichtet wird. In der Signalleitung 52 ist zusätzlich zu der Ausführungsvariante nach 2 ein Additionspunkt 21 angeordnet, auf den als erster Eingang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo geschaltet ist und als zweiter Eingang das über eine Leitung 54 zugeführte Signal für die Differenz &Dgr;ṁ_FF zwischen dem effektiven Speisewassermengenstrom ṁ_eff bei &THgr;_a = &THgr;_aSoll und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo. Das Signal für &Dgr;ṁ_FF wird in einem in der Leitung 55 angeordneten Multiplikationsorgan 22 gebildet, dessen Eingangsgrössen die Ausgangssignale zweier Funktionsgeber 23 und 24 sind. Im Funktionsgeber 23 ist die Beziehung zwischen der Differenz &Dgr;ṁ_FF und der Last L festgelegt. So gilt z.B. der Wert Null für Lasten, welche innerhalb des Temperatursättigungsbereiches (L ≤ L_x) liegen, weil in diesen Fällen das Vorsteuersignal gar nicht korrigiert werden muss, während der Wert 1 für eine Last von 100% (grösste Korrektur notwendig) gilt. Im Funktionsgeber 23 ist die Beziehung zwischen der Differenz &Dgr;ṁ_FF und der Umgebungstemperatur T_U festgelegt.

Mit Hilfe der eben beschrieben Einrichtung wird eine genauere Vorsteuerung des Speisestromes im ungesättigten Temperaturbereich erzielt, da das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo den jeweiligen Last- und Temperaturverhältnissen angepasst wird.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die in 6 abgebildete Regeleinrichtung arbeitet im ungesättigten Betrieb des Kühlluftkühlers besonders exakt, da hier ein genaueres Korrektursignal geliefert wird. Die Einrichtung ist folgendermassen aufgebaut: Das Funktionselement 3 ist wie in 2 beschrieben aufgebaut, es hat also fünf Eingänge, und zwar die Signale für die Luftaustritts-Solltemperatur &THgr;_aSoll, die jeweilige Lufteintrittstemperatur &THgr;_e, den Luftmengenstrom Ṁ, die Wassereintrittstemperatur ϑ_e und den Frischdampfdruck p, und zwei Ausgänge, und zwar die Signale für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo und die Reglerverstärkung VR. Von der Signalleitung 52 für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo zweigt eine Leitung 56 ab, die in einem Vergleichspunkt 26 endet. Zum Vergleichspunkt 26 führt auch eine Signalleitung 57 vom Speisewassermengenstrommessorgan mit Signalgeber 4. Das Differenzsignal wird über ein Verzögerungsglied 27 einem Funktionsgeber 25 zugeführt, in welchem &Dgr;ṁ_FF in Abhängigkeit von der Last L und der Umgebungstemperatur T_U abgelegt sind. Ein Vergleich mit der aktuellen Last und Umgebungs temperatur liefert als Ausgang ein Signal für die Korrekturgrösse &Dgr;ṁ_FF, welches über die Signalleitung 55 dem in der Leitung 52 angeordneten Additionspunkt 21 zugeführt wird. Der zweite Eingang des Additionspunktes 21 ist das Signal für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo. Der Ausgang des Additionspunktes 21 liefert das korrigierte Vorsteuersignal ṁ_FF, welches dem Additionspunkt 10 aufgeschaltet ist.