CH290429A - Post-heating fuel supply device in gas turbine systems. - Google Patents

Post-heating fuel supply device in gas turbine systems.

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CH290429A
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Limited Rolls-Royce
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Rolls Royce
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/08Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan with supplementary heating of the working fluid; Control thereof
    • F02K3/10Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan with supplementary heating of the working fluid; Control thereof by after-burners

Description


       Nachheiz-Breumtoffzufuhreinrichtung in Gasturbinenanlagen. Post-heating fuel supply device in gas turbine systems.  Cxegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Nachheiz-Brennstoffzufuhreinrich- tung in Gasturbinenanlagen. The subject matter of the present invention is a post-heating fuel supply device in gas turbine systems.     



   Es sind Gasturbinenanlagen bekannt, bei welchen im Arbeitsfluidum Brennstoff ver brannt wird, nachdem das Arbeitsfluidum eine oder mehrere Turbinenstufen durch strömt hat, um so eine Leistungserhöhung der Anlage zu erreichen; Gas turbine systems are known in which fuel is burned ver in the working fluid after the working fluid has flowed through one or more turbine stages, so as to achieve an increase in the system's output;  zu diesem Zweck ist eine zusätzliche Verbrennungseinrichtung vor gesehen, die durch ein im folgenden mit Nach- heiz=Brennstoffzufuhreinrichtung bezeichne tes System gespeist wird. For this purpose, an additional combustion device is provided, which is fed by a system referred to in the following as post-heating = fuel supply device.

    Eine solche Zufuhr einrichtung kann zum Beispiel in einem Flug- zeugstralÜtriebwerk vorgesehen sein, wobei das aus der Turbinenanlage kommende Ar beitsfluidum im Strahlrohr wieder erhitzt wird, bevor es durch eine Schubdüse aus gestossen wird. Such a supply device can be provided, for example, in an aircraft jet engine, the working fluid coming from the turbine system being reheated in the jet pipe before it is ejected through a thrust nozzle.  Meist steht die Zufuhreinrich- tung für die Nachverbrennungseinrichtung nicht ständig in Betrieb, sondern nur dann, In most cases, the feed device for the post-combustion device is not constantly in operation, but only when

     wenn eine aussergewöhnlich grosse Leistungs abgabe verlangt wird. if an unusually large service charge is required.  Es wurde schon vor geschlagen, eine solche Nachheiz-Brennstoff- zufuhreinrichtung mit einem Hilfsbrenner zu versehen, durch welchen eine relativ kleine Menge des genannten Nachverbrennungs- brennstoffes geleitet wird. It has already been proposed to provide such a post-heating fuel supply device with an auxiliary burner through which a relatively small amount of the post-combustion fuel mentioned is passed.  An diesem Bren ner wird eine Flamme aufrechterhalten, welche zur Stabilisierung der Verbrennung des durch Hauptbrenner der Einrichtung zu geführten Brennstoffes dient. At this burner a flame is maintained, which serves to stabilize the combustion of the fuel fed through the main burner of the device.

    Ein geeignetes Ausführungsbeispiel einer solchen Einrich- tung ist in der schweizerischen Patentschrift Nr. 270070 näher beschrieben. A suitable embodiment of such a device is described in more detail in Swiss patent specification No. 270070.  



   Die Hilfsflamme wird zweckmässig ent zündet, bevor Breimstoff durch die Haupt brenner strömt, um zu gewährleisten, dass, wenn der Hauptbrennstoff eingespritzt wird, dieser sofort zur Entzündung und zum Ver brennen gebracht wird. The auxiliary flame is suitably ignited before pulp flows through the main burner to ensure that when the main fuel is injected, it is immediately ignited and burned.     



   Es ist zu bemerken, dass die Flamme des Hilfsbrenners stabil gehalten werden muss, unabhängig von iin Strahlrohr auftretenden Änderungen der Verhältnisse. It should be noted that the flame of the auxiliary burner must be kept stable, regardless of changes in the conditions occurring in the jet pipe.  Bei einem Flug zeugstrahltriebwerk können die Verhältnisse. In the case of an aircraft jet engine, the conditions can.

     im Strahlrohr zum@Beispiel dadurch ändern, dass die Flughöhe und die Fluggeschwindig- keit geändert werden. Change in the jet pipe, for example, by changing the altitude and the flight speed.

        Ein Hauptzweck der Erfindung besteht nun darin, eine solch einen Hilfsbrenner speisende Nachheiz-Brennstoff- zufuhreinrichttuzg zu schaffen, bei welcher eine stabile Hilfsflamme unabhängig von sol chen Änderungen der Verhältnisse im Strahl-- rohr der Anlage aufrechterhalten werden kann. A main purpose of the invention is to create a post-heating fuel supply device which feeds such an auxiliary burner and in which a stable auxiliary flame can be maintained regardless of such changes in the conditions in the radiant tube of the system.  



   Zu diesem Zweck besitzt die erfindungs gemässe Nachheiz-Brennstoffzufuhreinrich- tung in einer Gasturbinenanlage, welche einen Hilfsbrenner und mehrere Hauptbrenner auf weist, Mittel, um das Brennstoff-Luft-Ver- hältnis im Hilfsbrenner wenigstens annähernd konstant zu halten. For this purpose, the after-heating fuel supply device according to the invention in a gas turbine system, which has an auxiliary burner and several main burners, has means to keep the fuel-air ratio in the auxiliary burner at least approximately constant.  Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Einrichtung Mittel aufweisen, um den Brenn stoffstrom zum Hilfsbrenner proportional zum absoluten Förderdruck des Kompressors der Anlage zu halten. In a preferred embodiment of the invention, the device can have means to keep the fuel flow to the auxiliary burner proportional to the absolute delivery pressure of the compressor of the system.  



   Es ist bekannt, dass, wenn in den Turbi nendüsen einer Gasturbinenanlage Schall geschwindigkeit auftritt, die durch die An lage strömende Luftmasse dem absoluten Förderdruck des Kompressors der Anlage proportional ist, wenn die Turbineneinlass- temperatur konstant ist. It is known that when the speed of sound occurs in the turbine nozzles of a gas turbine system, the air mass flowing through the system is proportional to the absolute delivery pressure of the system's compressor when the turbine inlet temperature is constant.

    Bei den heute üb lichen Abmessungen der Gasturbinenanlagen wird an dieser Stelle bei allen normalen Be lastungszuständen Schallgeschwindigkeit er reicht und da die Nachheiz-Brennstoffzufuhr- einrichtung nur bei ausserordentlichem Lei stungsbedarf in Betrieb gesetzt wird, und da die Turbineneinlasstemperatur annähernd konstant ist, befindet sich die genannte Zu fuhreinrichtung nur dann in Betrieb, With the dimensions of gas turbine systems that are customary today, the speed of sound is reached at this point in all normal loading conditions and since the after-heating fuel supply device is only put into operation when there is an extraordinary power requirement, and since the turbine inlet temperature is approximately constant, the above is located The guide device is only in operation

    wenn die durchströmende Luftmasse wenigstens annähernd proportional dem absoluten För- derdruck des Kompressors ist. when the air mass flowing through is at least approximately proportional to the absolute delivery pressure of the compressor.  



   Da die Brennstofförderung zum Hilfs brenner beispielsweise proportional dem ab soluten Förderdruck des Kompressors sein kann, ist sie in diesem Fall auch der durch die Anlage strömenden Luftmasse proportional. Since the fuel delivery to the auxiliary burner can for example be proportional to the absolute delivery pressure of the compressor, in this case it is also proportional to the air mass flowing through the system.  Dadurch kann die Flamme am Hilfsbrenner stabil gehalten werden. This allows the flame on the auxiliary burner to be kept stable.  



        Eine Nachheiz-Brennstoffzufuhreinrich- tung gemäss der Erfindung, die zum Einbau in ein Gasturbinenstrahltriebwerk bestimmt ist, soll an Hand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden. A post-heating fuel supply device according to the invention, which is intended for installation in a gas turbine jet engine, will be explained in more detail using the accompanying drawing, for example.  



   Die Zeichnung zeigt schematisch ein Gas turbinenstrahltriebwerk 10 mit einer Nach- heiz-Brennstoffzufuhreinrichtung. The drawing shows schematically a gas turbine jet engine 10 with a reheating fuel supply device.  Die An lage 10 besitzt einen Kompressor 11, eine Hauptverbrennungseinrichtung 12, welche an den Kompressorauslass angeschlossen ist, eine Turbine 13, die an den Auslass der Verbren nungseinrichtung 12 angeschlossen ist und eine Abgasleitung mit einem Strahlrohr 14 und einer Schubdüse 15, durch welche die Abgase aus der Turbine 13 in die Atmosphäre ausgestossen werden. The system 10 has a compressor 11, a main combustion device 12 which is connected to the compressor outlet, a turbine 13 which is connected to the outlet of the combustion device 12 and an exhaust line with a jet pipe 14 and a thrust nozzle 15 through which the exhaust gases be expelled from the turbine 13 into the atmosphere.

    Die Turbine 13 dient dem Antrieb des Kompressors 11. The turbine 13 is used to drive the compressor 11.  



        Wenn. If.  ein abnormaler Leistungsbedarf vorhanden ist, wird im Strahlrohr 14 Brenn- Stoff verbrannt Lind der Nachheizbrennstoff wird üblicherweise durch eine Hilfseinspritz- vorrichtung 16 zugeführt, welche ein Düsen paar 16a besitzt, Lind ferner durch eine Haupt- einspritzvorrichtung 17, welche mehrere Dü sen 17a aufweist. If there is an abnormal power requirement, fuel is burned in the jet pipe 14 and the post-heating fuel is usually supplied through an auxiliary injection device 16, which has a pair of nozzles 16a, and also through a main injection device 17, which has several nozzles 17a.

    Die an der Hilfseinspritz- vorrichtung 16 erzeugte Flamme dient zum Einleiten und Sicherstellen der Verbrennung des aus der Haupteinspritzv orrichtung 17 ausgespritzten Brennstoffes. The flame generated at the auxiliary injection device 16 serves to introduce and ensure the combustion of the fuel injected from the main injection device 17.  



   Damit der Hilfsinjektor 16 seinen Zweck erfüllen kann, muss er eine stabile Zündflamme erzeugen können. So that the auxiliary injector 16 can fulfill its purpose, it must be able to generate a stable pilot flame.  



   ' Die in diesem Fall verwendete Nachheiz- Brennstoffzufuhreinrichtung zur Speisung der Hilfs- und Hauptinjektoren 1ö und 17 ist so ausgebildet, dass eine stabile Zündflamme auf rechterhalten wird, sowohl wenn die Haupt injektorvorrichtung 17 ausser Betrieb ist als auch wenn sie in Betrieb ist. The after-heating fuel supply device used in this case to feed the auxiliary and main injectors 10 and 17 is designed so that a stable pilot flame is maintained both when the main injector device 17 is out of operation and when it is in operation.  Die Nachheiz- Brennstoffzufuhreinrichtung besitzt zwei Brennstoffpumpen 20 und 21, die in Serie zu einander angeordnet sind. The after-heating fuel supply device has two fuel pumps 20 and 21 which are arranged in series with one another.

    Die Niederdruck pumpe 20 ist elektrisch antreibbar und in einem Brennstofftank 22 angeordnet, und die Hochdruckpumpe 21 ist eine Zentrifugal pumpe. The low pressure pump 20 can be driven electrically and is arranged in a fuel tank 22, and the high pressure pump 21 is a centrifugal pump.  Die Förderleitung 23 der Hochdruck pumpe 21 enthält eine Absperrvorrichtung 24 und teilt sich stromabwärts dieser Vorrich tung in zwei Zweigleitungen 25 und 26. Die Zweigleitung 25 führt zur Hilfseinspritzvor- richtung 16 und die Zweigleitung 26 führt zu einer Absperrvorrichtung 27 für den Haupt brennstoff, deren Speiseleitung<B>28</B> über eine Drossel 29 zur Haupteinspritzvorrichtung 17 führt. The delivery line 23 of the high pressure pump 21 contains a shut-off device 24 and is divided downstream of this device into two branch lines 25 and 26. The branch line 25 leads to the auxiliary injection device 16 and the branch line 26 leads to a shut-off device 27 for the main fuel, its feed line <B> 28 </B> leads to the main injection device 17 via a throttle 29.

    Die Absperrvorrichtungen 24 und 27 können von irgendeiner Bauart sein und sind im Beispiel elektrisch gesteuerte, servo- betätigte Ventile. The shut-off devices 24 and 27 can be of any type and, in the example, are electrically controlled, servo-operated valves.  Jedes Ventil besitzt eine Scheibe 30, die durch eine biegsameMembran 31 getragen wird, welche die Einlasskammer 32 des Ventils von einer Kammer 33 trennt. Each valve has a disc 30 carried by a flexible diaphragm 31 which separates the inlet chamber 32 of the valve from a chamber 33.  Letztere ist durch eine Drosselöffnung 34 mit der Kammer 32 verbunden. The latter is connected to the chamber 32 through a throttle opening 34.  Die Scheibe 30 wirkt mit einem Sitz 30a rund um den Auslass zusammen und ist durch die Feder 37 im Sinne des Schliessens des Auslasses belastet. The disk 30 cooperates with a seat 30a around the outlet and is loaded by the spring 37 in the sense of closing the outlet.

     Der Ausfluss aus der Kammer 33 ist durch ein Ventil 38 gesteuert, das durch ein Solenoid betätigt werden kann. The outflow from the chamber 33 is controlled by a valve 38 which can be operated by a solenoid.  Wenn das Solenoid 39 nicht erregt ist, wird ein Ausfluss aus der Kammer 33 verhindert und die Scheibe 30 gegen ihren Sitz 30a gedrückt. When the solenoid 39 is not energized, leakage from the chamber 33 is prevented and the disc 30 is pressed against its seat 30a.  Wenn dagegen das Solenoid erregt ist, und Fluidum aus der Kammer 33 und über die Leitung 35 zur Aus lassseite abfliesst, sinkt der Fluiddruck auf der federbelasteten Seite der Membran 31 und die Wirkung der Feder 37 wird durch den Druck in der Kammer 32 überwunden, If, on the other hand, the solenoid is energized and fluid flows out of the chamber 33 and via the line 35 to the outlet side, the fluid pressure on the spring-loaded side of the diaphragm 31 drops and the action of the spring 37 is overcome by the pressure in the chamber 32,

    so dass die Scheibe 30 vom Sitz 30a abgehoben wird. so that the disc 30 is lifted from the seat 30a.  Die Pumpe 21 wird durch eine Luftturbine 40 angetrieben, der durch eine Leitung 41 aus dem Kompressor 11 der Anlage komprimierte Luft zugeführt wird. The pump 21 is driven by an air turbine 40 to which compressed air is supplied from the compressor 11 to the system through a line 41.  Die Luftförderleitung 41 ist an den Auslass des Kompressors 11 an geschlossen und enthält ein Drosselventil 43, das von einer Steuervorrichtung 42 gesteuert wird, deren Wirkungsweise im folgenden näher beschrieben wird. The air delivery line 41 is closed to the outlet of the compressor 11 and contains a throttle valve 43 which is controlled by a control device 42, the mode of operation of which is described in more detail below.     



   Die Brennstoffzufuhreinrichtung ist so ausgebildet, dass die der Hilfseinspritzvor- richtung 16 zugeführte Brennstoffmenge pro portional zum absoluten Förderdruck des Kompressors 11 der Gasturbinenanlage 10 ist. The fuel supply device is designed such that the amount of fuel supplied to the auxiliary injection device 16 is proportional to the absolute delivery pressure of the compressor 11 of the gas turbine system 10.  Das Drosselventil 43 in der Luftförderleitung 41 ist mit einem Kolben 44 der Vorrichtung 42 in Wirkungsverbindung, der durch eine Fe der 45 im Sinne des Offnens des Drosselven tils 43 belastet ist. The throttle valve 43 in the air delivery line 41 is in operative connection with a piston 44 of the device 42, which is loaded by a Fe of 45 in the sense of opening the Drosselven valve 43.

    Eine Leitung 46 führt von der Förderseite der Hauptpumpe der nicht gezeichneten Brennstoffzufuhreinrichtung zLir Speisung der Hauptverbrennungseiririehtung 12, direkt zu einem Zylinder 44a, und zwar auf die eine Seite des in diesem Zylinder an geordneten Kolbens 44 und durch eine Dros selöffnung 47 zu dem auf der andern Kolben seite liegenden Zylinderraum. A line 46 leads from the delivery side of the main pump of the fuel supply device (not shown) zLir feeding the main combustion device 12, directly to a cylinder 44a, on one side of the piston 44 arranged in this cylinder and through a throttle opening 47 to the other Piston side lying cylinder space.  Die Vorrich tung 42 besitzt ferner ein Absperrventil 48, das die Strömung durch die Drosselöffnung 47 beherrscht, The device 42 also has a shut-off valve 48, which controls the flow through the throttle opening 47,

    wobei das Ventil 48 durch ein Solenoid 49 gesteuert wird. the valve 48 being controlled by a solenoid 49.  Wenn das Sole noid 49 nicht erregt ist, schliesst das Absperr ventil 48 die Drosselöffnung 47, so dass Druck fluidum aus der Leitung 46 nicht auf die federbelastete Seite des Kolbens 44 gelangen kann; If the sole noid 49 is not energized, the shut-off valve 48 closes the throttle opening 47, so that pressure fluid from the line 46 cannot reach the spring-loaded side of the piston 44;

    der Kolben 44 bewegt sich dann in der Zeichnung nach rechts im Sinne des Schlie- ssens des Drosselventils 43. Wenn das Sole noid 49 erregt ist, kann Druckfluidum auf die federbelastete Seite des Kolbens 44 durch die Drosselöffnung 47 hindurch gelangen, so dass der Kolben 44 im Sinne der Öffnung des Drosselventils 43 bewegt wird. the piston 44 then moves to the right in the drawing in the sense of closing the throttle valve 43. When the solenoid 49 is excited, pressure fluid can reach the spring-loaded side of the piston 44 through the throttle opening 47, so that the piston 44 is moved in the sense of the opening of the throttle valve 43.     



   In Offenstellung des Absperrventils 48 wird der Druckabfall in der Drosselöffnung 47 und demzufolge der Fliüddruckunterschied am Kolben 44 durch eine Abflusssteuervor- richtung 50 gesteuert, welche den Abfluss von der federbelasteten Seite des Kolbens 44 durch die. In the open position of the shut-off valve 48, the pressure drop in the throttle opening 47 and consequently the fluid pressure difference at the piston 44 is controlled by an outflow control device 50 which controls the outflow from the spring-loaded side of the piston 44 through the.  Leitung 51 steuert. Line 51 controls.  Das Ventilele ment 52 der Vorrichtung 50 ist am Ende eines Hebels 53 angebracht, der in einer Kammer 54 angeordnet ist, die eine biegsame Membran 55 als Teil ihrer Wandung aufweist. The Ventilele element 52 of the device 50 is attached to the end of a lever 53 which is arranged in a chamber 54 which has a flexible membrane 55 as part of its wall.

    Auf der andern Seite der Membran 55 befindet sich eine Kammer 56, welche an die Luftförder- leitung 41 mittels einer Zweigleitung 41a an geschlossen ist, so dass die Membran<I>55</I> dem Förderdruck des Kompressors 11 ausgesetzt ist. On the other side of the membrane 55 there is a chamber 56 which is connected to the air delivery line 41 by means of a branch line 41a, so that the membrane 55 is exposed to the delivery pressure of the compressor 11.  Die Kammer 54, welche den Hebel 53 enthält, weist ferner eine evakuierte Dose 57 auf, deren wirksame Fläche gleich der Fläche der Membran 55 ist. The chamber 54, which contains the lever 53, also has an evacuated can 57, the effective area of ​​which is equal to the area of ​​the membrane 55.  Die Dose 57 ist durch eine Stange 58, welche ihrerseits mit dem Hebel 53 verbinden ist, finit der biegsamen Membran 55 verbunden, so dass der Hebel 53. The can 57 is finitely connected to the flexible membrane 55 by a rod 58, which in turn is connected to the lever 53, so that the lever 53.

     mittels der Stange 58 durch eine Kraft belastet ist, welche dem absoluten Förder- druck des Kompressors 11 proportional ist. is loaded by a force by means of the rod 58 which is proportional to the absolute delivery pressure of the compressor 11.  Der Hebel 53 wird an seinem Drehpunkt von einer perforierten biegsamen Membran 53a getragen, und die Kammer 54 ist durch eine Leitung 54a mit dem Brennstofftank oder der Saugseite der nicht gezeichneten Hauptbrenn- stoffpumpe der Anlage verbunden. The lever 53 is supported at its pivot point by a perforated flexible membrane 53a, and the chamber 54 is connected by a line 54a to the fuel tank or the suction side of the main fuel pump (not shown) of the system.  



   Die Speiseleitung 25 für die Hfseinspritz- vorrichtung 16 enthält ein Lineardurehström- ventil 60, das heisst ein Ventil, bei welchem der in ihm auftretende Druckabfall proportio nal ziun Fluidstrom durch das Ventil ist. The feed line 25 for the auxiliary injection device 16 contains a linear continuous flow valve 60, that is to say a valve in which the pressure drop occurring in it is proportional to the fluid flow through the valve.  Das Ventil 60 besitzt ein Gehäuse 61, in welchem ein Sitz 62 rund um eine Öffnung angeordnet ist, wobei der Durchlassquerschnitt. The valve 60 has a housing 61 in which a seat 62 is arranged around an opening, the passage cross-section.  durch einen Ventilkopf 64 eines Ventilkörpers 65 gesteuert wird. is controlled by a valve head 64 of a valve body 65.

    Der Ventilkörper 65 ist durch eine Feder 66 im Sinne der Verkleinerung des Durchlassquerschnittes belastet, -und die Spannung der Feder ist so gewählt und der Ventilkopf 64 so geformt, dass in jeder Lage des Ventilkörpers der Druckabfall dem durch die Öffnung tretenden Strom proportional ist. The valve body 65 is loaded by a spring 66 in the sense of reducing the passage cross-section, and the tension of the spring is selected and the valve head 64 is shaped so that the pressure drop is proportional to the current passing through the opening in every position of the valve body.  



   Der im Ventil 60 auftretende Druckabfall wird auf eine biegsame Membran 59 übertra gen, welche einen Teil der Abflusssteuervor- richtung 50 bildet. The pressure drop occurring in the valve 60 is transmitted to a flexible membrane 59 which forms part of the discharge control device 50.  Die Membran 59 trennt zwei Kammern 59a -und 59b voneinander. The membrane 59 separates two chambers 59a and 59b from one another.  Die Kammer 59rz ist durch eine Leitung 67 mit der Leitung 23, und die Kammer 59b ist durch eine Leitung 68 mit dem Ventilgehäuse 61 stromabwärts der Durchlassöffnung in letz terem verbunden. The chamber 59rz is connected by a line 67 to the line 23, and the chamber 59b is connected by a line 68 to the valve housing 61 downstream of the passage opening in the latter.

    Die Membran 59 ist ihrer seits durch eine Stange 69 mit dem Hebel 53 verbunden, um letzteren im entgegengesetz ten Sinne zur Belastung durch die biegsame Membran 55 zu belasten. The membrane 59 is in turn connected by a rod 69 to the lever 53 in order to load the latter in the opposite direction to the loading by the flexible membrane 55.

    Die Anordnung ist derart, dass bei einer Zunahme des Förder druckes des Kompressors 11 das Ventil 52 am Auslass der Leitung 51 sich zu schliessen sucht, was eine Herabsetzung des Druckunterschie- des am Kolben 44 bewirkt, welcher das Dros selventil 43 steuert. The arrangement is such that when the delivery pressure of the compressor 11 increases, the valve 52 at the outlet of the line 51 tries to close, which causes a reduction in the pressure difference on the piston 44 which controls the throttle valve 43.

        Das_ letztere wird demzu- folge geöffnet, und zwar durch seine Feder 45, zwecks Vergrösserung der Luftzufuhr zur die Hochdruckpumpe 21 antreibenden Turbine 40, und demzufolge wird die Förderung dieser Pumpe so erhöht, dass der Brennstoffstrom zur Hilfseinspritzvorrichtung 16 zunimmt. The latter is consequently opened, specifically by its spring 45, for the purpose of increasing the air supply to the turbine 40 driving the high-pressure pump 21, and consequently the delivery of this pump is increased so that the fuel flow to the auxiliary injection device 16 increases.

     Eine Zunahme dieses Brennstoffstromes be wirkt einen grösseren Druckabfall im Linear durchströmventil 60, und dies bewirkt seiner seits, dass die zweite biegsame Membran 59 das Ventil 52 zu öffnen sucht. An increase in this fuel flow causes a greater pressure drop in the linear flow-through valve 60, and this in turn causes the second flexible membrane 59 to try to open the valve 52.  Dadurch wird die Luftförderung zur Turbine 40 und damit die Drehzahl der Hochdriuckpumpe 21 herab gesetzt.- Gleichgewicht am Hebel 53 tritt nur ein, wenn der Hebel annähernd seine ursprüng- liche Lage wieder einnimmt. As a result, the air delivery to the turbine 40 and thus the speed of the high-pressure pump 21 are reduced. Equilibrium at the lever 53 only occurs when the lever approximately assumes its original position again.  Dies ist dadurch bedingt, This is due to

    dass einerseits in der Gleichgewichts lage das durch die Feder 50a am Hebel 53 aus geübte Drehmoment gleich dem durch die Federwirkung der Dose 57 am Hebel wirken- den Drehmoment ist, und dass anderseits die Flächen der Membranen 55, 59 und die Ab stände der Anschlussstellen dieser Membra nen am Hebel 53 von der den Drehpunkt bil denden Membran 53a derart gewählt sind, that, on the one hand, in the equilibrium position, the torque exerted by the spring 50a on the lever 53 is equal to the torque acting on the lever through the spring action of the socket 57, and on the other hand, the surfaces of the membranes 55, 59 and the distances between the connection points Membra NEN on the lever 53 of the pivot point bil Denden membrane 53a are chosen so

     dass das vom Luftdruck pL am Kompressor unter der Membran 55 auf den Hebel aus geübte Drehmoment im Beharrungszustand gleich dem vom Druckabfall dp$ an der Membran 59 herrührenden Drehmoment ist. that the torque exerted by the air pressure pL at the compressor under the membrane 55 on the lever in the steady state is equal to the torque resulting from the pressure drop dp $ at the membrane 59.  Im Beharrungszustand ist also der absolute Förderdruck des Kompressors proportional zum Druckabfall am Ventil 60 (pL =<I>k -</I> dp$). In the steady state, the absolute delivery pressure of the compressor is proportional to the pressure drop at valve 60 (pL = <I> k - </I> dp $).     



   Da infolge des Lineardurchströmventils 60 der Brennstoffstrom proportional zum Druck abfall ist, ist wegen der obigen Beziehung im Beharrungszustand der Brennstoffstrom auch proportional zum absoluten Förderdruck des Kompressors. Since the fuel flow is proportional to the pressure drop as a result of the linear flow valve 60, the fuel flow is also proportional to the absolute delivery pressure of the compressor because of the above relationship in the steady state.

    Auch der Luftstrom durch die Gasturbinenanlage ist unter den Verhältnis sen, bei- welchen die Nachverbrennung statt findet, -proportional dem absoluten Kompres- sorförderdruck, und demzufolge ist das Brenn- stoff-Luft-Verhältnis im Hilfsbrenner kon stant und ergibt eine stabile Hilfsflamme. The air flow through the gas turbine system is also proportional to the absolute compressor feed pressure under the ratios at which post-combustion takes place, and consequently the fuel-air ratio in the auxiliary burner is constant and results in a stable auxiliary flame.     



        DieNachheiz-Brennstoffzufuhreinrichtung besitzt ferner eine Zweigleitung 70, welche von der Speiseleitung 28 der Haupteinspritz- vorrichtung 17 stromabwärts der Absperrvor richtung 27 für den Hauptbrennstoff ausgeht. The after-heating fuel supply device also has a branch line 70 which starts from the feed line 28 of the main injection device 17 downstream of the shut-off device 27 for the main fuel.  Diese Zweigleitung 70 führt zur Hilfsspeise- leitung 25 auf der stromabwärtsliegenden Seite des Lineardurchströmventils 60. Diese Zweigleitung 70 enthält ein zweites Linear- durchströmventil 71. This branch line 70 leads to the auxiliary feed line 25 on the downstream side of the linear flow valve 60. This branch line 70 contains a second linear flow valve 71.

    Wenn die Absperrvor richtung 27 für den Hauptbrennstoff durch Erregen des Solenoids 39 geöffnet wird, ge langt ein zweiter Brennstoffstrom durch das zweite Lineardurchströmventil 71 zur Hilfs- einspritzvorrichtung. When the shut-off device 27 for the main fuel is opened by energizing the solenoid 39, a second fuel flow reaches the auxiliary injection device through the second linear flow valve 71.     



   Da die .beiden Membranen 55, 59 in der Abflusssteuervorrichtung die Strömung durch das Ventil 60 und demzufolge den Druck abfall in diesem Ventil weiterhin proportio nal zum absoluten Förderdruck des Kom- pressors halten, und da dieser Druckabfall der gleiche ist wie der im zweiten Linear- durchströmventil 71 auftretende Druckabfall, ist auch die Strömung durch das zweite Li- neardurchströmventil 71 proportional zum absoluten Förderdruck des Kompressors. Since the two diaphragms 55, 59 in the discharge control device keep the flow through the valve 60 and consequently the pressure drop in this valve proportional to the absolute delivery pressure of the compressor, and since this pressure drop is the same as that in the second linear Through-flow valve 71 occurring pressure drop, the flow through the second linear through-flow valve 71 is also proportional to the absolute delivery pressure of the compressor.

     Demzufolge wird die Brennstoffzufuhr zur Hilfseinspritzvorrichtimg 16 weiterhin in einem festen Verhältnis zum absoluten Förderdruck des Kompressors stehen, ob schon dieses Verhältnis grösser ist als das bei ausser Betrieb gesetzter Haupteinspritzvor- richtung, das heisst, wenn. As a result, the fuel supply to the auxiliary injection device 16 will continue to have a fixed ratio to the absolute delivery pressure of the compressor, whether this ratio is greater than that when the main injection device is put out of operation, that is, if.  die Hauptbrenner absperrvorrichtung 27 geschlossen ist. the main burner shut-off device 27 is closed.  



   Die Brennstoffzufuhreinrichtung besitzt ferner einen druckbetätigbaren elektrischen Schalter 72, welcher durch eine biegsame Membran 73 betätigt werden kann, welche dem zwischen der Niederdruckpumpe 20 und der Hochdruckpumpe 21 herrschenden Druck ausgesetzt ist. The fuel supply device also has an electrical switch 72 which can be actuated by pressure and which can be actuated by a flexible membrane 73 which is exposed to the pressure prevailing between the low-pressure pump 20 and the high-pressure pump 21.

    Dieser Schalter ist dazu be stimmt, in irgendeiner Weise die Erregung des Solenoids der Steuervorrichtung 42 für das Drosselventil 43 in der Luftförderleitung 41 zur Luftturbine 40 und der Solenoide 39 für die Absperrvorrichtungen 27, 29 in der Förderleitung der Hochdruckpumpe 21 zu steuern, so dass bei einem Aussetzen der Brennstoffzufuhr das Drosselventil 43 und die Absperrvorrichtungen geschlossen werden und die Brennstoffzufuhreinrichtimg ausser Betrieb gesetzt wird. This switch is to be agreed in some way to control the excitation of the solenoid of the control device 42 for the throttle valve 43 in the air delivery line 41 to the air turbine 40 and the solenoids 39 for the shut-off devices 27, 29 in the delivery line of the high pressure pump 21, so that at an interruption of the fuel supply, the throttle valve 43 and the shut-off devices are closed and the fuel supply device is put out of operation.  



   Die. The.  Brennstoffzufuhreinrichtung besitzt ferner eine unveränderliche Strömungsdros sel 74 in der Hilfsbrennstoffspeiseleitung 25 stromabwärts des Lineardurchströmventils 60 und der Anschlussstellen der Leitungen<B>70,68.</B> Die Drossel 74 ist ausschliesslich dazu be stimmt, die Einstellung der Charakteristik des Hilfsbrenners 16, das heisst des Zusam menhanges zwischen Druck und Menge, zu erleichtern. The fuel supply device also has an unchangeable flow throttle 74 in the auxiliary fuel feed line 25 downstream of the linear flow valve 60 and the connection points of the lines <B> 70, 68. </B> The throttle 74 is exclusively intended for setting the characteristics of the auxiliary burner 16, the means to facilitate the relationship between pressure and volume.

    Anstatt nur die Hochdruckpumpe 21 mittels einer Luftturbine anzutreiben, können beide, die Hochdruck- und die Nie derdruckpumpe 20 bzw. 21 durch Luftturbi nen angetrieben werden. Instead of only driving the high-pressure pump 21 by means of an air turbine, both the high-pressure and low-pressure pumps 20 and 21 can be driven by air turbines.  Bei einer solchen Anordnung enthält die Luftförderleitung vom Kompressor einen Abstellhahn, der zweck mässig elektrisch betätigbar ist. In such an arrangement, the air supply line from the compressor contains a shut-off valve which can be conveniently operated electrically.

    Stromab wärts dieses Abstellhahns verzweigt sich in diesem Fall die. Downstream of this shut-off valve, the branches in this case.  Förderleitung, wobei eine Zweigleitung zu der die Niederdruckpumpe antreibenden Turbine und die andere Zweig leitung zu der die Hochdruckpumpe antrei benden Turbine führt. Delivery line, one branch line leading to the turbine driving the low pressure pump and the other branch line leading to the turbine driving the high pressure pump.  Die zu der die Nieder druckpumpe treibenden Turbine führende Zweigleitung kann eine elektrisch gesteuerte Drossel aufweisen, und die zu der die Hoch druckpumpe antreibenden Turbine führende Zweigleitung kann eine Drossel enthalten, The branch line leading to the turbine driving the low pressure pump can have an electrically controlled throttle, and the branch line leading to the turbine driving the high pressure pump can contain a throttle,

    die in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird. which is controlled in the manner described above. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Nachheu -Brennstoffzufuhreinrichtungen in einer Gasturbinenanlage, welche Einrich- tung einen Hilfsbrenner und mehrere Haupt brenner aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Brennstoffzufuhr zum Hilfs- brenner derart ausgebildet sind, Claim: Nachheu fuel supply devices in a gas turbine system, which device has an auxiliary burner and several main burners, characterized in that means for supplying fuel to the auxiliary burner are designed in such a way that
    dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis im Hilfsbrenner wenigstens annähernd konstant ist. that the fuel-air ratio in the auxiliary burner is at least approximately constant. UNTERANSPRÜCHE 1. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Brennstoffzufuhr zum Hilfs- brenner derart ausgebildet sind, dass der Brennstoffstrom zum Hilfsbrenner proportio nal zum absoluten Förderdruck. SUBClaims 1. Fuel supply device according to patent claim, characterized in that the means for supplying fuel to the auxiliary burner are designed in such a way that the fuel flow to the auxiliary burner is proportional to the absolute delivery pressure. des Anlagen- kompressors ist. of the system compressor is.
    z. z. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Brennstoffzufuhr zum Hilfs brenner derart ausgebildet sind, dass der An- teil des dem Hilfsbrenner zugeführten Brenn stoffes bei Zuführen von Brennstoff zu den Hauptbrennern zunimmt. Fuel supply device according to claim 1, characterized in that the means for supplying fuel to the auxiliary burner are designed in such a way that the proportion of fuel supplied to the auxiliary burner increases when fuel is supplied to the main burners.
    3. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Pa tentanspruch, gekennzeichnet durch eine Brennstoffpumpe mit variabler Fördermenge, eine den Auslass der Brennstoffpumpe mit dem Hilfsbrenner verbindende Speiseleitung, in welcher Drosselmittel angeordnet sind, welche Drosselmittel derart ausgebildet sind, dass der in ihnen auftretende Druckabfall dem Brennstoffstrom durch diese Mittel propor tional ist, 3. Fuel supply device according to Pa tentans claims, characterized by a fuel pump with variable delivery rate, a feed line connecting the outlet of the fuel pump to the auxiliary burner, in which throttle means are arranged, which throttle means are designed such that the pressure drop occurring in them proportional to the fuel flow through these means is tional,
    ferner gekennzeichnet durch eine erste auf Druck ansprechende Vorrichtung, welche auf den absoluten Förderdruck des Kompressors der Anlage anspricht und eine zweite auf Druck ansprechende Vorrichtung, welche auf den in den genannten Drosselmit- teln auftretenden Druckabfall anspricht, wo bei die beiden auf Druck ansprechenden Vor richtungen zum Zusammenwirken mitein ander bestimmt sind, zwecks Steuerung der Förderung der Brennstoffpumpe, derart, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis im Hilfsbren- ner wenigstens annähernd konstant bleibt. further characterized by a first pressure-responsive device which is responsive to the absolute delivery pressure of the compressor of the system and a second pressure-responsive device which is responsive to the pressure drop occurring in said throttle means, where the two pressure-responsive devices are intended to interact with one another, for the purpose of controlling the delivery of the fuel pump, in such a way that the fuel-air ratio in the auxiliary burner remains at least approximately constant.
    4. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte auf Druck ansprechende Vorrich tung vorgesehen ist zur Steuerung der För derung der Brennstoffpumpe mit variabler Fördermenge und dass die erste und die zweite der auf Druck ansprechenden Vorrichtungen zusammen zur Steuerung des Druckes in der dritten auf Druck ansprechenden Vorrichtung bestimmt sind. 4. Fuel supply device according to Un terans claims 3, characterized in that a third pressure-responsive Vorrich device is provided for controlling the För change of the fuel pump with variable delivery rate and that the first and the second of the pressure-responsive devices together to control the pressure in the third pressure responsive device are intended.
    5. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffpumpe mit variabler Förder menge solcher Bauart ist, dass ihre Förder menge durch Änderung ihrer Drehzahl ver änderlich ist, wobei die erste und zweite auf Druck ansprechende Vorrichtung zur Steue rung der Pumpendrehzahl bestimmt sind. 5. Fuel supply device according to Un terans claims 3, characterized in that the fuel pump with a variable delivery rate is of such a type that its delivery rate can be changed by changing its speed, the first and second pressure-responsive devices for controlling the pump speed are intended .
    6. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine zum Antrieb der Brennstoff pumpe mit variabler Fördermenge vorgese hen ist, dass Mittel zur Zufuhr von Arbeits medium zu. 6. Fuel supply device according to Un terans claims 5, characterized in that a turbine for driving the fuel pump with a variable flow rate is vorgese hen that means for supplying working medium to. dieser Turbine mit einer Drossel zur Steuerung der Arbeitsmediumzufuhr vor handen sind und dass die genannte Drossel mittels der genannten ersten und zweiten auf Druck ansprechenden Vorrichtung einstell bar ist. this turbine with a throttle for controlling the working medium supply are available and that said throttle is adjustable by means of said first and second pressure-responsive device.
    7. Brennstoffziüuhreinrichtung nach Un teranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Brennstoffspeiseleitung zu den Hauptbrennern geführt ist, dass Ventilmittel in dieser zweiten Leitung zur Steuerung der Strömung durch diese Leitung vorgesehen sind und dass Mittel vorhanden sind, um die Brennstoffzufuhr zum Hilfsbrenner zu er- höhen, wenn die Zufuhr von Brennstoff zu den Hauptbrennern beginnt, und um diese erhöhte Brennstoffzufuhr zum Hilfsbrenner in einem festen Verhältnis zur Luftmenge zu halten. 7. Fuel supply device according to Un teran claim 3, characterized in that a second fuel feed line is routed to the main burners, that valve means are provided in this second line for controlling the flow through this line and that means are available for supplying fuel to the auxiliary burner. increase when the supply of fuel to the main burners begins, and to keep this increased fuel supply to the auxiliary burner in a fixed proportion to the amount of air.
    B. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur Erhöhung der Brenn stoffzufuhr eine Zweigleitung aufweisen, welche von der zweiten Speiseleitung zu einer stromabwärts der Drosselmittel in der Speise leitung für den Hilfsbrenner liegenden Stelle geführt ist, und in welcher, Zweigleitung ein Drosselorgan angeordnet ist. B. The fuel supply device according to Un teran claim 7, characterized in that said means for increasing the fuel supply have a branch line which is led from the second feed line to a downstream of the throttle means in the feed line for the auxiliary burner located point, and in which, Branch line a throttle member is arranged.
    9. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan in der genannten Zweig leitung derart ausgebildet ist, dass der sie durchströmende Brennstoffstrom proportio nal zum Druckabfall in diesem Drosselorgan ist. 9. A fuel supply device according to Un teran claim 8, characterized in that the throttle element in said branch line is designed such that the fuel flow flowing through it is proportio nal to the pressure drop in this throttle element.
    10. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste auf Druck ansprechende Vorrichtung ein Abteil aufweist, das durch eine biegsame Membran in zwei Kammern unterteilt ist, dass eine Druckleitung von der einen Kammer zum Kompressorauslass führt, dass in der zwei ten Kammer eine evakuierte Dose angeord net ist, die zum Belasten der Membran be stimmt ist, so dass die resultierende Belastung dieser Membran dem absoluten Förderdruck des Kompressors proportional ist, dass ferner die zweite auf Druck ansprechende Vorrich- tluig ein zweites Abteil aufweist, das durch eine biegsame Membran in zwei Kammern unterteilt ist, 10. A fuel supply device according to Un teran claim 4, characterized in that the first pressure-responsive device has a compartment which is divided by a flexible membrane into two chambers, that a pressure line leads from one chamber to the compressor outlet that in the second chamber an evacuated box is arranged, which is intended to load the membrane, so that the resulting load on this membrane is proportional to the absolute delivery pressure of the compressor Membrane is divided into two chambers,
    und dass eine Druckleitung von der einen Kammer des zweiten Abteils zu einer stromaufwärts der Drosselmittel in der Hilfsbrennerspeiseleitung liegenden Stelle führt, während eine zweite Druckleitung von der andern Kammer zu einer stromabwärts dieser Drosselmittel liegenden Stelle führt, dass ferner die erste und die zweite auf Druck ansprechende Vorrichtung zur Belastung eines Hebels bestimmt sind, welcher ein Ven til zur Steuerung des Druckes trägt, auf wel chen die dritte auf Druck ansprechende Vor- richtung anspricht, and that a pressure line leads from the one chamber of the second compartment to a point located upstream of the throttle means in the auxiliary burner feed line, while a second pressure line leads from the other chamber to a point located downstream of this throttle means, furthermore the first and the second pressure-responsive Devices for loading a lever are intended, which carries a valve for controlling the pressure, to which the third pressure-responsive device responds,
    wobei der Drehpunkt des Hebels und die Angriffsstellen der durch die erste und die zweite auf Druck ansprechenden Vorrichtung auf den Hebel ausgeübten Be lastungen sowie die Flächen der beiden Mem branen derart gewählt sind, dass eine Zu nahme des Förderdruckes allein eine Zunahme der Förderung der Pumpe bewirkt und dass eine Zunahme des Druckabfalls allein eine Abnahme der Förderung der Pumpe bewirkt und dass ein Gleichgewicht am Hebel nur ent steht, the fulcrum of the lever and the points of application of the loads exerted on the lever by the first and the second pressure-responsive device and the surfaces of the two mem branes are selected such that an increase in the delivery pressure alone causes an increase in the delivery of the pump and that an increase in the pressure drop alone causes a decrease in the delivery of the pump and that an equilibrium at the lever only arises,
    wenn der Druckabfall proportional zum Förderdruck ist. when the pressure drop is proportional to the delivery pressure.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1099273B (en) * 1957-11-14 1961-02-09 Gen Electric Post-heater fuel supply device for a turbo jet engine
DE1133185B (en) * 1959-04-21 1962-07-12 Snecma Combustion device on recoil engines, especially for post-combustion
DE1300354B (en) * 1964-02-27 1969-07-31 Gen Electric Fuel supply control device for ignition burners of afterburning devices in gas turbines

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