DE10196104B4

DE10196104B4 - Graphite body impregnated with a light metal alloy, process for its preparation and its use

Info

Publication number: DE10196104B4
Application number: DE10196104T
Authority: DE
Inventors: Johnny Rehn; Jan Magnusson; Alf Andersson
Original assignee: TURBEC SpA
Current assignee: Turbec SpA Corporeno Di Cento It
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2021-04-28
Also published as: WO2001083965A1; SE0001552D0; SE0001552L; DE10196104B8; SE522267C2; GB2376721B; GB0224080D0; AU2001252845A1; GB2376721A; DE10196104T1

Abstract

Brennstoffeinspritzsystem, um unter Druck stehendes Brennstoffgas einer Brennstoffkammer (2) einer Gasturbine zuzuführen, mit einer zu der Brennstoffkammer (2) führenden Gaszuführleitung (15), in welcher wenigstens ein Hauptventil (3, 4) angeordnet ist, und mit einem Schaltventil (5), das an seinem stromaufwärts gelegenen Ende hinter dem Hauptventil (3, 4) mit der Zuführleitung (15) und an seinem stromabwärts gelegenen Ende mit einer Leitung (17), die in eine Zündflammen-Kammer (19) innerhalb der Brennkammer (2) führt, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Hauptventil (3, 4) parallel in der Zuführleitung (15) angeordnet sind und das wenigstens eine Schaltventil (5) an die Zuführleitung (15) hinter dem zweiten Hauptventil (4) angeschlossen ist, dass die beiden Hauptventile (3, 4) elektrisch steuerbare Magnetventile sind, welche mit einer Pulsbreiten-Modulation arbeiten, d. h. den Gasstrom durch Variierung der Länge ihrer Öffnungszeitpulse im Verhältnis zu ihrer Schließzeit steuern, und dass die Hauptventile (3, 4) mit derselben Frequenz geöffnet und geschlossen...Fuel injection system for supplying pressurized fuel gas to a fuel chamber (2) of a gas turbine, having a gas supply line (15) leading to the fuel chamber (2), in which at least one main valve (3, 4) is arranged, and a switching valve (5) located at its upstream end behind the main valve (3, 4) with the supply line (15) and at its downstream end with a line (17) leading into a pilot chamber (19) within the combustion chamber (2) , is connected, characterized in that a first and a second main valve (3, 4) are arranged in parallel in the supply line (15) and the at least one switching valve (5) connected to the supply line (15) behind the second main valve (4) is that the two main valves (3, 4) are electrically controllable solenoid valves, which work with a pulse width modulation, d. H. control the gas flow by varying the length of its opening time pulses in relation to its closing time, and that the main valves (3, 4) are opened and closed at the same frequency ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem, um unter Druck stehendes Brennstoffgas einer Brennstoffkammer einer Gasturbine zuzuführen, mit einer zu der Brennstoffkammer führenden Gaszuführleitung, in welcher wenigstens ein Hauptventil angeordnet ist, und mit einem Schaltventil, das an seinem stromaufwärts gelegenen Ende hinter dem Hauptventil mit der Zuführleitung und an seinem stromabwärts gelegenen Ende mit einer Leitung, die in eine Zündflammen-Kammer innerhalb der Brennkammer führt, verbunden ist.The The present invention relates to a fuel injection system pressurized fuel gas of a fuel chamber of a Supply gas turbine, with a gas supply line leading to the fuel chamber, in which at least one main valve is arranged, and with a Switching valve located at its upstream end behind the Main valve with the supply line and at its downstream Located at the end with a line leading into a pilot chamber within the Combustion chamber leads, connected is.

Eine Brennkammer einer Gasturbine kann mit unterschiedlichen Brennstoffen, beispielsweise festen Brennstoffen, die mit einer Vorbehandlung in eine gasförmige Form gebracht worden sind, flüssigen Brennstoffen, die als eine feine Dispersion eingespritzt werden, oder ursprünglich gasförmigen Brennstoffen versorgt werden. Brennstoffe in flüssiger Form oder Gasform sind die am meisten verbreiteten Arten zum Betreiben einer Gasturbine. Unterschiedliche Brennstoffe erfordern unterschiedliche Brennstoffsysteme. Die Probleme mit den meisten von diesen früheren Brennstoffsystemen sind ihr komplizierter Aufbau, ihre Wartung und die damit verbundenen Lohnkosten.A Combustion chamber of a gas turbine can with different fuels, For example, solid fuels that come with a pretreatment in a gaseous Form, liquid Fuels that are injected as a fine dispersion, or originally gaseous Be supplied with fuel. Fuels are in liquid or gaseous form the most common ways of operating a gas turbine. Different fuels require different fuel systems. The problems with most of these earlier fuel systems are their complicated structure, their maintenance and the associated labor costs.

Ein Brennstoffsystem der eingangs genannten Art ist aus der US 5,311,742 A bekannt. Das aus dieser Druckschrift bekannte Brennstoffeinspritzsystem umfasst eine Brennstoffleitung, die mit einer Brennstoffquelle verbunden ist und sich an ihrem stromabwärts gelegenen Endbereich in eine Hauptbrennstoffleitung und in zwei Nebenbrennstoffleitungen verzweigt. Dabei führt die Hauptbrennstoffleitung unmittelbar in die Brennkammer, während die Nebenbrennstoffleitungen zu einer Nebenbrennstoffdüse führen, über welche Brennstoff in eine innerhalb der Brennkammer ausgebildete Zündflammen-Kammer eingespritzt wird. In der Hauptbrennstoffleitung ist ein Hauptventil und in einer der Nebenbrennstoffleitungen ein Nebenventil untergebracht, über welche die Brennstoffstrom gesteuert werden können.A fuel system of the type mentioned is from the US 5,311,742 A known. The fuel injection system known from this document comprises a fuel line which is connected to a fuel source and branches at its downstream end region into a main fuel line and into two secondary fuel lines. In this case, the main fuel line leads directly into the combustion chamber, while the secondary fuel lines lead to a secondary fuel nozzle, via which fuel is injected into an ignition flame chamber formed within the combustion chamber. In the main fuel line, a main valve and in one of the secondary fuel lines, a secondary valve is housed, via which the fuel flow can be controlled.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffsystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass es zuverlässig arbeitet.task The present invention is a fuel system of the above type so that it works reliably.

Diese Aufgabe ist bei einem Brennstoffeinspritzsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein erstes und ein zweites Hauptventil parallel in der Zuführleitung angeordnet sind und das wenigstens eine Schaltventil an die Zuführleitung hinter dem zweiten Hauptventil angeschlossen ist, dass die beiden Hauptventile elektrisch steuerbare Magnetventile sind, welche mit einer Pulsbreiten-Modulation arbeiten, d. h. den Gasstrom durch Variierung der Länge ihrer Öffnungszeitpulse im Verhältnis zu ihrer Schließzeit steuern, und dass die Hauptventile mit derselben Frequenz geöffnet und geschlossen werden, aber eine Phasenverschiebung zueinander haben, wenn sie betätigt werden.These Task is in a fuel injection system of the aforementioned Sort of solved by that a first and a second main valve in parallel in the supply line are arranged and the at least one switching valve to the supply line connected behind the second main valve is that the two Main valves are electrically controllable solenoid valves, which with operate a pulse width modulation, d. H. the gas flow through Varying the length their opening time pulses in relation to at their closing time control, and that the main valves open at the same frequency and be closed, but have a phase shift to each other, when pressed become.

Die Aufgaben werden auch durch Verfahren zum Betreiben und Starten einer Gasturbine mittels eines solchen Brennstoffeinspritzsystems gelöst. Das Brennstoffeinspritzsystem umfasst auch wenigstens eine Brennstoffgas-Zündvorrichtung, wenigstens eine Brennstoffgas-Einspritzdüse in der Brennkammer und wenigstens ein Schaltventil und eine Stellklappe in der Gaszuführleitung. Die Verfahren umfassen die Schritte, dass Brennstoffgas in der Brennkammer evakuiert wird. Dann wird die Zündvorrichtung erregt, bevor unter Druck stehendes Brennstoffgas in die Gaszuführleitung geführt wird. Anschließend erfolgt eine Zündung des Brennstoffgases, welches von der Gaszuführleitung durch die Stellklappe zugeführt worden ist, wodurch eine Zündflamme erzeugt wird, und es wird abgewartet, bis die Zündflamme stabil ist. Dann wird das Schaltventil erregt, so dass die Zündflamme zur Erzielung einer vordefinierten Temperatur in der Brennstoffkammer reguliert werden kann, und werden anschließend die Hauptventile des Schaltventils in geregelter Weise geöffnet und geschlossen, wenn die Brennkammer eine geeignete Temperatur hat.The Tasks are also performed by procedures for operating and starting a Gas turbine solved by means of such a fuel injection system. The Fuel injection system also includes at least one fuel gas ignition device, at least one fuel gas injector in the combustion chamber and at least a switching valve and a butterfly valve in the gas supply line. The methods include the steps of burning fuel gas in the combustion chamber is evacuated. Then the ignition device energized before pressurized fuel gas into the gas supply line guided becomes. Subsequently an ignition takes place of the fuel gas flowing from the gas supply line through the damper supplied has been, creating a pilot flame is generated, and it is waited until the pilot flame is stable. Then it will be the switching valve is energized, so that the pilot flame to achieve a predefined temperature in the fuel chamber to be regulated can, and then become the main valves of the switching valve are opened in a controlled manner and closed when the combustion chamber has a suitable temperature.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und in den Zeichnungen sowie in den beiliegenden Zeichnungen offenbart.Other Objects, features and advantages of the present invention are disclosed in the following detailed description and in the drawings as well disclosed in the accompanying drawings.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:The The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung ist, 1 Fig. 3 is a flow chart of a preferred embodiment of a fuel injection system according to the invention;

2 Diagramme eines Temperaturprofils in einer Brennkammer einer Gasturbine und den Brennstoffgas-Massenstrom in die Brennkammer während des Einspritzens des Brennstoffgases gemäß der Erfindung zeigt, 2 Diagrams of a temperature profile in a combustion chamber of a gas turbine and the fuel gas mass flow into the combustion chamber during the injection of the fuel gas according to the invention,

3 ein Diagramm ist, das den Betrieb der Hauptventile in dem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung zeigt, wenn jedes Ventil 50% der Periodendauer während des Einspritzens von Brennstoffgas geöffnet ist, und 3 is a diagram showing the operation of the main valves in the fuel injection system according to the invention, when each valve is open 50% of the period during the injection of fuel gas, and

4 ein Diagramm ist, das den Betrieb der Hauptventile in dem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung zeigt, wenn jedes Ventil 20% der Periodendauer während des Einspritzens von Brennstoffgas offen ist. 4 Figure 11 is a diagram showing the operation of the main valves in the fuel injection system according to the invention when each valve is open 20% of the period during the injection of fuel gas.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description the drawing

Der einfachste Weg einer Steuerung einer Gasturbineneinheit ist die Änderung des Massenstroms des Brennstoffes zu der Gasturbine. Dies kann man durch Regulierung der Einspritzung eines unter Druck stehenden Brennstoffs erreichen, welcher, wenn ein flüssiger Brennstoff verwendet wird, durch eine separate Pumpe, oder, wenn gasförmiger Brennstoff verwendet wird, durch einen separaten Kompressor der Zentrifugal-, Axial-, Schrauben- oder positive Verstellungs-Art unter Druck gesetzt wird, wobei der Kompressor wiederum mit bzw. natürlichen Gas von einer externen Quelle versorgt wird. Dieser Anstieg des Brennstoffgasdruckes vor dem Eintreten des Brennstoffgases in die Brennkammer der Gasturbine ist erforderlich, weil zu häufig ein zu geringer Brennstoffgasdruck von einem externen Zulieferer zur Verfügung gestellt wird.Of the The simplest way of controlling a gas turbine unit is the change the mass flow of fuel to the gas turbine. This one can by regulating the injection of a pressurized fuel reach, which if a liquid Fuel is used by a separate pump, or, if gaseous fuel is used by a separate compressor of the centrifugal, Axial, Screw or Positive Displacement Type Pressurized is, in turn, with the compressor or natural gas from an external Source is supplied. This increase in fuel gas pressure before the entry of the fuel gas into the combustion chamber of the gas turbine is needed because too often too low fuel gas pressure from an external supplier to disposal is provided.

Das Einspritzen von Brennstoff wird durch Steuerungsmittel, Drossel- und Absperrventile und eine zugehörige Ausrüstung zum Zuführen des geeigneten Massenstroms an Brennstoff in die Brennkammer gesteuert. Der Druck des gasförmigen Brennstoffes, welcher in die Brennkammer eintritt, kann durch verschiedene Computer-Software und Computer-Hardware, mechanische oder elektrische Ventile und/oder andere Steuerungsmittel in Reaktion auf einen gemessenen Druckabfall über bestimmte Teile des Brennstoffsystems für die Gasturbineneinheit, bzw. die Turbine, der Leitungen oder irgendwelche anderen geeigneten Teile der Einheit gesteuert werden.The Injection of fuel is controlled by control means, throttle and shut-off valves and associated equipment for supplying the controlled mass flow of fuel into the combustion chamber. The pressure of gaseous fuel, which enters the combustion chamber can be controlled by various computer software and computer hardware, mechanical or electrical valves and / or other control means in response to a measured pressure drop across certain Parts of the fuel system for the gas turbine unit, or the turbine, the lines or any other suitable parts of the unit are controlled.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzsystems, wie es in 1 gezeigt ist, wird unter Druck stehendes natürliches Gas als Brennstoffgas verwendet, welches einer Brennkammer 2 einer Gasturbine zugeführt wird, die wiederum nicht weiter dargestellt ist. Das Brennstoffgas wird von einer externen Quelle zu einer Einlasseite 10' eines Brennstoffgas-Kompressors 10 zugeführt, welcher das Brennstoffgas in einer den Fachleuten bekannter Weise unter Druck setzt und das Brennstoffgas mit einem geeigneten höheren Druck der Auslaßseite 10'' zuführt, welche mit einer Gaszufuhrleitung 15 verbunden ist. Ein erstes Absperrventil 11 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende mit der Gaszuführleitung 15 und mit seinem stromabwärts gelegenen Ende mit einem Gasfilter 14 verbunden. Das erste Absperrventil 11 wird verwendet, um den Brennstoffgas-Massenstrom zu öffnen und zu schließen. Eine Brennstoffgas-Evakuierungsleitung mit einem Brennstoffgas-Evakuierungsventil 13 ist mit der Gaszuführleitung 15 zwischen dem ersten Absperrventil 11 und dem Gasfilter 14 verbunden, um Leckage- oder Restbrennstoffgas in der Gaszuführleitung 15 während der Zwischenzeiten und Unterbrechungen der Gasturbineneinheit zu evakuieren. Ein zweites Absperrventil 12 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende mit dem stromabwärtigen Ende des Gasfilters 14 verbunden. Die Brennstoffgasevakuierung erfolgt als eine Sicherheitsmaßnahme, wenn die Gasturbine durch Unterbrechung des Brennstoffgas-Massenstroms mittels der Absperrventile 11 und 12 angehalten, wird, wobei eine Zeitverzögerung oder ein Fehler beim Schließvorgang Brennstoffgas in der Gaszuführleitung einschließen könnte, welches dann evakuiert werden muß. Es könnte auch ein Funktionsfehler in einem der Absperrventile 11, 12 auftreten, welcher eine Leckage von Brennstoffgas in die Gaszuführleitung 15 erzeugt, die dann auch evakuiert werden muß.In a preferred embodiment of a fuel injection system as shown in FIG 1 is shown, pressurized natural gas is used as fuel gas, which is a combustion chamber 2 a gas turbine is supplied, which in turn is not shown. The fuel gas becomes an inlet side from an external source 10 ' a fuel gas compressor 10 supplied, which pressurizes the fuel gas in a manner known to those skilled in the art and the fuel gas with a suitable higher pressure of the outlet side 10 '' which supplies with a gas supply line 15 connected is. A first shut-off valve 11 is with its upstream end to the gas supply line 15 and with its downstream end with a gas filter 14 connected. The first shut-off valve 11 is used to open and close the fuel gas mass flow. A fuel gas evacuation line with a fuel gas evacuation valve 13 is with the gas supply line 15 between the first shut-off valve 11 and the gas filter 14 connected to leakage or residual fuel gas in the gas supply line 15 during the split times and interruptions of the gas turbine unit to evacuate. A second shut-off valve 12 is with its upstream end to the downstream end of the gas filter 14 connected. The fuel gas evacuation takes place as a safety measure when the gas turbine by interrupting the fuel gas mass flow by means of the shut-off valves 11 and 12 stopped, wherein a time delay or an error in the closing operation could include fuel gas in the gas supply line, which then has to be evacuated. It could also be a malfunction in one of the shut-off valves 11 . 12 occur, which leakage of fuel gas into the gas supply 15 generated, which then has to be evacuated.

Das Brennstoffeinspritzsystem umfaßt zwei steuerbare Hauptventile 3, 4, die jeweils mit ihrem stromaufwärtigen Ende mit der Gaszuführleitung 15 hinter dem zweiten Absperrventil 12 verbunden sind. Das erste Hauptventil 3 ist mit der Gaszuführleitung 15 hinter dem zweiten Absperrventil 12 verbunden, und das zweite Hauptventil 4 ist mit der Gaszuführleitung 15 hinter dem ersten Hauptventil 3 verbunden. Die beiden Hauptventile 3, 4 sind parallel zu einander angeordnet, wobei ihre stromaufwärtigen Ende an eine Leitung 16, welche in die Brennkammer 2 führt, angeschlossen sind. Die beiden Hauptventile 3, 4 sind elektrisch steuerbare Magnetventile, die mit Pulsbreiten-Modulation arbeiten, das heißt die den Brennstoffgas-Massenstrom durch Veränderung der Länge ihrer Öffnungszeitpulse im Verhältnis zu ihrer Schließzeit steuern. Aufgrund von praktischen und technischen Gründen werden zwei Hauptventile 3, 4 verwendet, aber eine Option besteht darin, nur ein Ventil zu verwenden, wenn dies möglich ist. Ein Druckgeber 6 ist mit der Gaszuführleitung 15 zwischen den stromabwärtigen Enden der beiden Hauptventilen 3, 4 angeschlossen, um den Druck des Brennstoffgases vor dem Eintreten in die Hauptventile 3, 4 zu messen.The fuel injection system comprises two controllable main valves 3 . 4 , each with its upstream end to the gas supply line 15 behind the second shut-off valve 12 are connected. The first main valve 3 is with the gas supply line 15 behind the second shut-off valve 12 connected, and the second main valve 4 is with the gas supply line 15 behind the first main valve 3 connected. The two main valves 3 . 4 are arranged parallel to each other, with their upstream end to a conduit 16 which enters the combustion chamber 2 leads, are connected. The two main valves 3 . 4 are electrically controllable solenoid valves that operate with pulse width modulation, that is, that control the fuel gas mass flow by varying the length of their open time pulses in proportion to their closing time. Due to practical and technical reasons, two main valves 3 . 4 but one option is to use only one valve, if possible. A pressure transducer 6 is with the gas supply line 15 between the downstream ends of the two main valves 3 . 4 connected to the pressure of the fuel gas before entering the main valves 3 . 4 to eat.

Ein Schaltventil 5 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende an die Gaszuführleitung 15 hinter dem zweiten Hauptventil 4 angeschlossen, und mit seinem stromabwärtigen Ende mit einer anderen Leitung 17, welche in die Brennkammer 2 führt, verbunden. Das Schaltventil 5 ist auch ein elektrisch steuerbares Magnetventil, welches mit Pulsbreiten-Modulation arbeitet, das heißt den Gasstrom durch Veränderung der Länge seiner Öffnungszeitpulse im Verhältnis zu seiner Schließzeit steuert. Eine Stellklappe 9 ist mit ihrem stromaufwärtigen Ende hinter dem Schaltventil 5 an die Gaszuführleitung 15 angeschlossen, und ihr stromabwärtiges Ende ist wie das Schaltventil 5 mit der selben Leitung 17, die in die Brennkammer 2 führt, verbunden, so daß die Stellklappe 9 parallel zu dem Schaltventil 5 geschaltet ist und einen konstanten Brennstoffgas-Massenstrom durchläßt, um einen kontinuierliche Verbrennung in der Brennkammer zu gewährleisten.On-off valve 5 is with its upstream end to the gas supply line 15 behind the second main valve 4 connected, and with its downstream end with another line 17 which enters the combustion chamber 2 leads, connected. The switching valve 5 is also an electrically controllable solenoid valve, which operates with pulse width modulation, that is, controls the gas flow by changing the length of its opening time pulses in relation to its closing time. A butterfly valve 9 is with its upstream end behind the switching valve 5 to the gas supply line 15 connected, and its downstream end is like the switching valve 5 with the same line 17 entering the combustion chamber 2 leads, connected, so that the butterfly valve 9 parallel to the switching valve 5 is switched and a constant fuel gas mass flow passes to ensure a continuous combustion in the combustion chamber.

Die Leitung 16 ist mit den stromabwärtigen Enden der beiden Hauptventile 3, 4 verbunden und führt das Brennstoffgas in Brennstoffgas-Einspritzdüsen 8, welche in der Brennkammer 2 der Gasturbine plaziert sind. Diese Düsen 8 sind in einer Ringform um eine Zündflammen-Kammer 19 innerhalb der Brennkammer 2 angeordnet, um eine gleichmäßige Verteilung des eingespritzten Brennstoffgases zu erzeugen und eine effiziente Verbrennung zu geben. Die Leitung 17 ist mit den stromabwärtigen Enden des Schaltventils 5 und der Stellklappe 9 verbunden und führt das Brennstoffgas in eine Lehrlaufdüse 18 in der Mitte der Brennkammer 2 und der Zündflammen-Kammer 19. Die Zündflammen-Kammer 19 umgibt die Lehrlaufdüse 18, um zu gewährleisten, daß eine Zündflamme ohne Störungen stabil wird und gehalten wird.The administration 16 is with the downstream ends of the two main valves 3 . 4 connected and leads the fuel gas in fuel gas injection nozzles 8th which are in the combustion chamber 2 the gas turbine are placed. These nozzles 8th are in a ring shape around a pilot chamber 19 inside the combustion chamber 2 arranged to produce a uniform distribution of the injected fuel gas and to give an efficient combustion. The administration 17 is with the downstream ends of the switching valve 5 and the butterfly valve 9 connected and leads the fuel gas in a tuyere 18 in the middle of the combustion chamber 2 and the pilot chamber 19 , The pilot chamber 19 surrounds the tuyere 18 to ensure that a pilot flame becomes stable and stable without interference.

Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Verfahrens erfolgen, um die Brennkammer 2 einer Gasturbine durch Verwendung des Brennstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung, der Einspritzdüsen 8 und einer Zündvorrichtung 7, die innerhalb der Brennkammer 2 angeordnet ist, wobei ihr Ende innerhalb der Zündflammen-Kammer 19 nahe des Auslasses der Lehrlaufdüse 18 liegt, um die Zündflamme zu zünden, zu betreiben. Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf die 2 erläutert, in welcher das obere Diagramm schematisch die Temperatur T in der Brennkammer 2 an der y-Achse in Relation zu der Zeit t, die an der x-Achse gezeigt ist, darstellt, das Diagramm in der Mitte schematisch den Brennstoffgas-Massenstrom Q durch das Schaltventil 5 und die Stellklappe 9 an der y-Achse im Verhältnis zu der Zeit t, die an der x-Achse gezeigt ist, zeigt und das untere Diagramm den Brennstoffgas-Massenstrom Q durch die Hauptventile 3, 4 an der y-Achse im Verhältnis zu der Zeit t, die an der x-Achse gezeigt ist, zeigt.The following is a description of a method to the combustion chamber 2 a gas turbine by using the fuel injection system according to the invention, the injection nozzles 8th and an igniter 7 that are inside the combustion chamber 2 is arranged, with its end within the pilot flame chamber 19 near the outlet of the tuyere 18 is located to ignite the ignition flame to operate. The method is described with reference to 2 explains in which the upper diagram schematically shows the temperature T in the combustion chamber 2 on the y-axis in relation to the time t shown on the x-axis, the diagram in the middle schematically shows the fuel gas mass flow Q through the switching valve 5 and the butterfly valve 9 on the y-axis in relation to the time t shown on the x-axis, and the lower diagram shows the fuel gas mass flow Q through the main valves 3 . 4 on the y-axis relative to the time t shown on the x-axis.

Das Verfahren umfaßt die aufeinander folgenden Schritte, daß zunächst möglicher Restbrennstoff in der Brennkammer 2 durch einen Zug, der durch eine Rotation der Gasturbine bzw. mittels eines elektrischen Generators an dem Turbinenschaft, welcher als Motor verwendet wird, evakuiert wird. Dann wird die Zündvorrichtung 9 eine bestimmte Zeit vor dem Punkt „a” in 2 für etwa 10 Sekunden lang mit Energie versorgt und unter Druck stehendes Brennstoffgas in die Gaszuführleitung 15 etwa 2 Sekunden nachdem die Zündvorrichtung erregt worden ist, geführt. Danach folgt eine Zündung des Brennstoffgases, welches durch die Stellklappe 9, die mit der in die Brennkammer 2 führende Leitung 17 verbunden ist, zugeführt wird, wodurch die Zündflamme an dem Punkt „a” in 2 erzeugt wird, und ein Abwarten, bis die Zündflamme stabil ist, wobei die Brennkammer anfängt warm zu werden, wie es in dem oberen Diagramm von 2 gezeigt ist.The method comprises the successive steps that initially possible residual fuel in the combustion chamber 2 by a train which is evacuated by a rotation of the gas turbine or by means of an electric generator on the turbine shaft, which is used as a motor. Then the ignition device 9 a certain time before the point "a" in 2 energized for about 10 seconds and pressurized fuel gas into the gas supply line 15 about 2 seconds after the ignition device has been energized. This is followed by ignition of the fuel gas, which passes through the valve 9 that with the in the combustion chamber 2 leading line 17 is connected, whereby the pilot flame at the point "a" in 2 is generated, and waiting until the pilot flame is stable, wherein the combustion chamber begins to warm, as shown in the upper diagram of 2 is shown.

Dann wird das Schaltventil 5 parallel zu der Stellklappe 9 an dem Punkt „b” in dem mittleren Diagramm erregt, so daß die Zündflamme reguliert werden kann, um eine vorgegebene höhere Temperatur in der Brennkammer 2 zu erreichen, und die beiden Haupfventile 3 und 4 werden, wie es in dem unteren Diagramm gezeigt ist, an dem Punkt „c” erregt und das Schaltventil 5 wird an dem Punkt „d” geschlossen, wodurch eine Überlappung des Brennstoffgas-Massenstrom gewährleistet wird, wenn die Brennkammer 2 eine geeignete Temperatur hat. Dieses Verfahren gewährleistet, das der Betrieb der Gasturbine reguliert werden kann, indem der geeignete Massenstrom des Brennstoffgases zugeführt wird. Das Schaltventil 5 kann einfach reguliert werden, indem es vollständig geöffnet oder geschlossen wird, oder kann in Reaktion auf vorübergehende/dynamische Bedingungen in der Gasturbine reguliert werden. Die letztere, bevorzugte Weise zur Regulierung des Schaltventils 5 erfolgt, indem es in Reaktion auf Änderungen beispielsweise der Temperatur in der Gasturbine, der Anzahl von Umdrehungen der Gasturbine, das heißt die Last- und Energie- Anforderungen für die Gasturbine und den Luftstrom durch die Gasturbine reguliert wird. Dies bedeutet, daß das Schaltventil 5 zu-sammen mit den beiden Hauptventilen 3, 4 reguliert wird, anstelle an dem Punkt „d” geschlossen zu werden, wie es oben beschrieben ist.Then the switching valve 5 parallel to the valve 9 at the point "b" in the middle diagram, so that the pilot flame can be regulated to a predetermined higher temperature in the combustion chamber 2 to reach, and the two main valves 3 and 4 As shown in the lower diagram, they are energized at the point "c" and the switching valve 5 is closed at the point "d", whereby an overlap of the fuel gas mass flow is ensured when the combustion chamber 2 has a suitable temperature. This method ensures that the operation of the gas turbine can be regulated by supplying the appropriate mass flow of the fuel gas. The switching valve 5 can be easily regulated by being fully opened or closed, or can be regulated in response to transient / dynamic conditions in the gas turbine. The latter, preferred way to regulate the switching valve 5 is performed by regulating it in response to changes in, for example, the temperature in the gas turbine, the number of revolutions of the gas turbine, that is, the load and energy requirements for the gas turbine and the air flow through the gas turbine. This means that the switching valve 5 together with the two main valves 3 . 4 is regulated instead of being closed at the point "d" as described above.

Eine zusammenfassende Beschreibung eines Verfahrens zum Starten der Gasturbine wird nun unter Verwendung des Brennstoffeinspritzsystems gemäß der Erfindung, den Einspritzdüsen 8 und der Zündvorrichtung 7 angegeben, wobei dieses Verfahren einen zusätzlichen Schritt neben all den Schritten, die in dem oben erwähnten Verfahren beschrieben sind, aufweist. Dieser zusätzliche Schritt wird vor der Evakuierung des Brennstoffgases aus der Brennkammer 2 ausgeführt und betrifft ein Einschalten der Spannungsversorgung für die Absperrventile 11, 12, das Brennstoffgas-Evakuierungsventil 13 und den Gasfilter 14 zur selben Zeit. Dies wird gefolgt durch die chronologischen Schritte, die in dem oben beschriebenen Verfahren zum Betrieb der Brennkammer 2 beschrieben sind.A summary description of a method for starting the gas turbine will now be made using the fuel injection system according to the invention, the injectors 8th and the igniter 7 This method has an additional step in addition to all the steps described in the above-mentioned method. This additional step is done before the evacuation of the fuel gas from the combustion chamber 2 executed and concerns switching on the power supply for the shut-off valves 11 . 12 , the fuel gas evacuation valve 13 and the gas filter 14 at the same time. This is followed by the chronological steps described in the combustion chamber operation procedure described above 2 are described.

Die 3 und 4 zeigen den Betrieb der Hauptventile 3 und 4 während der Pulsbreiten-Modulation. Die Öffnungs- und Schließfrequenz ist an der x-Achse und der Öffnungszustand der Ventile ist mit 1 und der geschlossene Zustand mit 0 an der y-Achse gezeigt. Der Übergang zwischen den beiden Zuständen ist aus Klarheitsgründen schematisch ohne die Zeitverzögerung oder Hysterese gezeigt, wenn sich jedes Ventil von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand und umgekehrt bewegt. Die 3 zeigt den Betrieb der Hauptventile 3 und 4, wenn jedes von ihnen 50% von dem gesamten Arbeitszyklus offen ist. Die Hauptventile 3, 4 werden während des Betriebs mit der selben, konstanten Frequenz, vorzugsweise 25 Hz, geöffnet und geschlossen und haben eine konstante Phasenverschiebung in Relation zueinander, wenn sie sich im Betrieb befinden. Die bevorzugte Phasenverschiebung zwischen ihnen ist 180°, jede andere Phasenverschiebung in dem Intervall 0° bis 360°, welche die Anforderungen erfüllt, könnte auch verwendet werden. Die 4 zeigt den Betrieb der Hauptventile 3, 4 in Relation zueinander, wenn jedes von ihnen nur 20% des gesamten Arbeitszyklus geöffnet ist. Hier ist ersichtlich, daß das erste Hauptventil 3 öffnet und schließt, bevor das zweite Hauptventil 4 geöffnet wird, im Gegensatz zu der 3, in welcher etwa zur gleichen Zeit das erste Hauptventil 3 schließt und das zweite Hauptventil 4 öffnet.The 3 and 4 show the operation of the main valves 3 and 4 during the pulse width modulation. The opening and closing frequency is on the x-axis and the opening state of the valves is shown as 1 and the closed state as 0 on the y-axis. The transition between the two states is shown schematically for reasons of clarity without the time delay or hysteresis as each valve moves from the closed state to the open state and vice versa. The 3 shows the operation of the main valves 3 and 4 when each of them is 50% of the entire work cycle open. The main valves 3 . 4 be during operation with the same, constant frequency, preferably 25 Hz, opened and ge closed and have a constant phase shift in relation to each other when in operation. The preferred phase shift between them is 180 °, any other phase shift in the interval 0 ° to 360 ° that meets the requirements could also be used. The 4 shows the operation of the main valves 3 . 4 in relation to each other when each of them is only 20% of the entire working cycle open. Here it can be seen that the first main valve 3 opens and closes before the second main valve 4 is opened, unlike the 3 in which at about the same time the first main valve 3 closes and the second main valve 4 opens.

Die beiden Hauptventile 3, 4 und das Schaltventil 5 werden in Relation zu der Last- und Energieanforderung der Gasturbine gesteuert. Diese Steuerung kann in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Parametern wie z. B. der Temperatur in der Brennkammer 2 der Gasturbine und ihrer Anzahl von Umdrehungen erfolgen, wobei diese gemessen werden und Signale erzeugen, welche die Brennstoffgas-Massenstrombedingungen, Last- und/oder Energieanforderungen oder andere Erfordernisse anzeigen.The two main valves 3 . 4 and the switching valve 5 are controlled in relation to the load and power requirement of the gas turbine. This control may be in accordance with different parameters such. B. the temperature in the combustion chamber 2 the gas turbine and its number of revolutions, which are measured and generate signals indicating the fuel gas mass flow conditions, load and / or power requirements or other requirements.

Weiterhin sollte das Drosseln, das heißt die Drosselfunktion, welche mit der Stellklappe 9 in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, erfolgen, indem der Brennstoffgasstrom durch einen Bypass umgangen wird, oder indem eine übliche einstellbare Stellklappe oder eine Stellklappe mit einem feststehendem Drosselbetrag verwendet wird.Furthermore, the throttling, that is the throttle function, which with the valve 9 in this embodiment, by bypassing the fuel gas flow through a bypass, or by using a conventional adjustable damper or damper with a fixed throttle amount.

Claims

Fuel injection system for pressurized fuel gas of a fuel chamber ( 2 ) to supply a gas turbine, with a to the fuel chamber ( 2 ) leading gas supply line ( 15 ), in which at least one main valve ( 3 . 4 ) is arranged, and with a switching valve ( 5 ) located at its upstream end behind the main valve ( 3 . 4 ) with the supply line ( 15 ) and at its downstream end with a conduit ( 17 ) placed in a pilot chamber ( 19 ) within the combustion chamber ( 2 ), characterized in that a first and a second main valve ( 3 . 4 ) parallel in the supply line ( 15 ) are arranged and the at least one switching valve ( 5 ) to the supply line ( 15 ) behind the second main valve ( 4 ) is connected, that the two main valves ( 3 . 4 ) are electrically controllable solenoid valves which operate with a pulse width modulation, ie control the gas flow by varying the length of their opening time pulses in relation to their closing time, and that the main valves ( 3 . 4 ) are opened and closed at the same frequency, but have a phase shift with each other when actuated.

Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the phase shift for the main valves ( 3 . 4 ) Is 180 ° to each other.

Fuel injection system according to claim 1 or 2, characterized in that a pressure transducer ( 6 ) between the upstream ends of the two main valves ( 3 . 4 ) to the supply line ( 15 ) connected.

Fuel device according to one of the preceding claims, characterized in that a valve ( 9 ) with its upstream end behind the switching valve ( 5 ) to the supply line ( 15 ), and its downstream end with the line ( 17 ) connected to the igniter chamber ( 19 ), so that the butterfly valve ( 9 ) parallel to the switching valve ( 5 ) and passes a constant fuel gas stream to a continuous combustion in the combustion chamber ( 2 ) to ensure.

Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the two main valves ( 3 . 4 ) and the switching valve ( 5 ) in relation to the current load for the gas turbine, that is the temperature in the combustion chamber ( 2 ) and the gas turbine and their number of revolutions are controlled.

Fuel injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injection system also includes a fuel compressor ( 10 ) with a fuel gas inlet side ( 10 ' ) and a fuel outlet side ( 10 '' ), a gas filter ( 14 ) and connecting means, characterized in that a first shut-off valve ( 11 ) with the outlet side ( 10 '' ) of the fuel gas compressor ( 10 ), so that the fuel gas mass flow can be interrupted, that a fuel gas evacuation valve ( 13 ) between the first shut-off valve ( 11 ) and the gas filter ( 14 ) behind the first shut-off valve ( 11 ) with the gas supply line ( 15 ) is connected, and that a second shut-off valve ( 12 ) with its upstream end behind the gas filter ( 14 ) and with its downstream end connected to the upstream end of the first main valve ( 3 ) by means of the gas supply line ( 15 ) connected is.

Method for operating a combustion chamber ( 2 ) of a gas turbine by means of the fuel injection system according to claim 4, wherein the fuel injection system and at least one fuel Gas ignition device ( 7 ) and at least one fuel gas injection nozzle ( 8th ) in the combustion chamber ( 2 ) characterized by the chronological steps that possibly residual fuel gas in the combustion chamber ( 2 ) is evacuated by means of a train, which is generated by a rotation of the gas turbine, that the ignition device ( 7 ) is energized for about 10 seconds that pressurized fuel gas of the gas supply line ( 15 ) about 2 seconds after the ignition device ( 7 ) is supplied, that the fuel gas, which from the gas supply ( 15 ) through the valve ( 9 ), which with the separate line ( 17 ), which enter the pilot chamber ( 19 ) within the combustion chamber ( 2 ) is connected, is ignited, whereby a pilot flame is generated, and that is waited until the pilot flame is stable, that the switching valve ( 5 ) parallel to the valve ( 9 ) is energized so that the pilot flame can be regulated to a predefined temperature in the combustion chamber ( 2 ) and that the two main valves ( 3 . 4 ) are alternatively opened and closed at the same frequency, but have a phase shift with each other when actuated, and the switching valve ( 5 ) is regulated when the combustion chamber ( 2 ) has a suitable temperature, whereby the operation of the gas turbine can be regulated by supplying the appropriate fuel gas.

Method for starting a gas turbine by means of the fuel injection system according to claim 6, characterized by the chronological steps that the power supply of the shut-off valves ( 11 . 12 ), the fuel gas evacuation valve ( 13 ) and the gas filter ( 14 ), possibly remaining fuel in the combustion chamber ( 2 ) of the gas turbine is evacuated by means of a train which is generated by a rotation of the gas turbine, the ignition device ( 7 ) in the combustion chamber ( 2 ) is energized for about 10 seconds, the fuel gas evacuation valve ( 13 ), which is open during shutdowns and stops of the gas turbine is closed, the shut-off valves ( 11 . 12 ) preferably about 2 seconds after the ignition device ( 7 ) is energized, whereby a small stream of fuel gas through the Gaszuführleitung ( 15 ) in the valve ( 9 ) which is connected to the separate line ( 17 ), which enter the combustion chamber ( 2 ), is connected; where the main valves ( 3 . 4 ) and the switching valve ( 5 ) remain closed, the fuel gas, which the combustion chamber ( 2 ) through the valve ( 9 ) is ignited, whereby a pilot flame is generated, and is waited until the ignition flame is stable, the switching valve ( 5 ) parallel to the valve ( 9 ) is energized so that the pilot flame can be regulated to a predefined temperature in the combustion chamber ( 2 ), and the two main valves ( 3 . 4 ) are alternatively opened and closed at the same frequency, but have a phase shift with each other when actuated, and the switching valve ( 5 ) is regulated when the combustion has a suitable temperature, whereby the operation of the gas turbine can be regulated by supplying a suitable fuel flow.