DE102017108907A1

DE102017108907A1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE102017108907A1
Application number: DE102017108907.1A
Authority: DE
Inventors: Mohamad Maher Aboujaib; Philippe Schmitt; Jean Louis Vignolo; Ezio Mauricio Pena; Sven Catrin
Original assignee: GE Energy Products France SNC
Current assignee: GE Energy Products France SNC
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Ein Mehrwegeventil weist ein äußeres Gehäuse (2), das mit einer inneren Kavität (3, 62) versehen ist, wenigstens einen Fluideingang (4, 5, 6, 50, 51, 52) zu der Kavität und wenigstens einen Fluidausgang (10, 35, 36) aus der Kavität auf, wobei auf die Verschlussmittel (12, 13, 14, 54, 55, 56) der Eingänge (4, 5, 6, 50, 51, 52) ein Aktuator (16) einwirkt, der in der inneren Kavität (3, 69) angeordnet und eingerichtet ist, um die Öffnung der Verschlussmittel der Eingänge (4, 5, 6, 50, 51, 52) zu bewirken. Außerdem ist der Querschnitt des Aktuators (16) kleiner als der Querschnitt der inneren Kavität (3, 49).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Ventilen, die dazu bestimmt sind, den Durchgang von Fluiden zu einer Brennkammer hin in einer thermischen Einrichtung, beispielsweise einer Gasturbine, zu ermöglichen, insbesondere ein Mehrwegeventil.
Im Allgemeinen benötigt eine Gasturbine verschiedene Fluide für die Inbetriebnahme und Instandhaltung.
Zuallererst wird der brennbare gasförmige oder flüssige Brennstoff in die Brennkammern injiziert, worin er mit Druckluft vermischt und verbrannt wird.
Um Stickoxide (NOx), die während eines Betriebs der Gasturbine erzeugt werden, weiter zu reduzieren, kann auch eine Wassereinspritzung erforderlich sein. Zusätzlich kann eine Wassereinspritzung zur Spülung verwendet werden, um verbleibende Restbrennstoffe in Kreisläufen einer Gasturbine zu evakuieren, z.B. nachdem ein Flüssigbrennstoffbetrieb in einen Gasbrennstoffbetrieb gewechselt oder eine Gasturbine angehalten wurde.
Außerdem kann Luft in eine Brennkammer einer Gasturbine zum Spülen oder Reinigen injiziert werden, was zur Kühlung der Düsen gedacht ist, wenn sie während eines Gasbrennstoffbetriebs nicht mehr mit flüssigem Brennstoff gespeist sind.
Um den wahlweisen Durchgang eines oder mehrerer dieser Fluide zu regulieren, ist es erforderlich, ein Mehrwegeventil stromaufwärts der Brennkammern hinzuzufügen.
Außerdem steigert ein Flüssigbrennstoffbetrieb weiter die Erzeugung von NOx-Emissionen.
Somit kann eine Gasturbine mit zwei gesonderten Injektionskreisläufen, einem primären Kreislauf und einem sekundären, bereitgestellt werden, die eine Reduktion der NOx-Emissionen durch eine Injektion von Flüssigbrennstoff ermöglichen, die im Teillastbetrieb und unter Nennlast aufgeschoben wird.
Eine Gasturbine kann auf diese Weise gemäß einem ersten Modus arbeiten, in dem nur der primäre Kreislauf mit einem Brennstoff gespeist wird. Dieser Modus wird für den Start, die Beschleunigung und unter Teillast für eine begrenzte im Voraus ausgewählte Verbrennungstemperatur verwendet.
Gemäß einem zweiten Betriebsmodus können der primäre und der sekundäre Kreislauf rechtzeitig gespeist werden. Dieser Modus wird für einen Teillastbetrieb, begrenzt bis zu Volllasten, zwischen zwei vorausgewählten Verbrennungstemperaturen oder anderen Parametern, die von einer Verbrennung benötigt werden, wie beispielsweise dynamischer Druck in einer Brennkammer, verwendet.
Somit ist es erforderlich, die Öffnung und Schließung jedes Kreislaufs, insbesondere des Einlasses und Auslasses jedes einzelnen zu bewältigen, um diese verschiedenen Betriebsmodi einer Brennkammer in einer Gasturbine sicherzustellen.
Die Verwendung von Flüssigbrennstoffen macht Wasserspülund Luftreinigungsschritte in Turbinenkreisläufen, wie vorstehend erwähnt, unerlässlich. Zusätzlich neigt der stagnierende Flüssigbrennstoff dazu, in Gegenwart von Luft und heißer Temperatur fest zu werden, wobei dies als Verkokung bezeichnet wird, und dies ist der Grund, warum es wichtig ist, diese Schritte vor und nach jedem Wechsel zwischen flüssigem oder gasförmigem Brennstoff, selbst während eines Gasturbinenstillstands, durchzuführen.
Um das Volumen des verbleibenden Flüssigbrennstoffs zu reduzieren, ist es erforderlich, ein Verteilerventil möglichst nahe an der Brennkammer zu platzieren, womit eine plötzliche Steigerung der Leistungsabgabe aufgrund der Brennstoffenge vermieden wird, die während des Spülvorgangs zu der Brennkammer gesandt wird, was auch als Leistungsabgabeschritt bezeichnet wird.
Bisher sind verschiedene Mehrwegeventile Gegenstand verschiedener Entwicklungen gewesen. US 6 289 668 beschreibt insbesondere eine auf einem Rotationsmechanismus basierende Lösung, die eine selektive Zuführung von Flüssigbrennstoff und/oder Wasser zu einer Brennkammer ermöglicht. Das offenbarte Ventil weist zwei konzentrische Zylinder auf, wobei der innere Zylinder im Inneren des äußeren Zylinders drehbar montiert ist. In Abhängigkeit von der Position des inneren Zylinders rings um seine Drehachse verwendet dieser seine Oberfläche, um Öffnungen von Kreisläufen, die in dem äußeren Zylinder vorgesehen sind, zu verschließen oder diese Öffnungen durch in seiner Oberfläche vorgesehene Schlitze freizugeben. Diese Anordnung von Elementen ermöglicht eine selektive Strömung verschiedener Fluide durch Drehung des inneren Zylinders.
Jedoch ruft dieser Mechanismus eine Reibung von Metall zwischen diesen beiden Zylindern hervor, die dazu führen kann, dass ein beträchtliches Drehmoment angewandt wird und die Zylinder schnell verschleißen, demzufolge das Risiko von Leckagen zwischen Anschlüssen erhöht sein könnte.
US 3 098 506 offenbart ebenfalls ein Mehrwegeventil, das ein Gehäuse und einen bewegbaren Aktuator aufweist. Eine Einrichtung zur Abdichtung weist zwei verformbare Hülsen aus Tetrafluorethylenpolymeren (PTFE) auf, die zwischen dem Gehäuse und dem Drehaktuator platziert sind. Das Material der Hülsen verhindert eine Reibung zwischen diesen. Zwischen dem bewegbaren Aktuator und dem Gehäuse wird eine effektive Abdichtung durch ein Paar verformbarer Hülsen aufrechterhalten, die sowohl als effektive Lager für den Aktuator als auch als effektive Dichtungen zwischen dem Aktuator und dem Gehäuse dienen.
Diese verformbaren Hülsen sind durch ein relativ steifes Zwischenelement getrennt, und die Effektivität der Abdichtung, die durch die verformbaren Hülsen geboten wird, wird durch Mittel gesteuert, die axiale Kräfte gegen die äußeren Ränder der verformbaren Hülsen ausüben, wodurch jede der verformbaren Hülsen gegen das steife Zwischenelement gedrückt wird, während sie weiterhin als wirksame Lager für die gemeinsame Aktuatoranordnung dienen.
Jedoch erfordert diese Lösung ferner, dass ein beträchtliches Drehmoment dem bewegbaren Aktuator zugeführt wird, um die Reibung zwischen dem Gehäuse und dem bewegbaren Aktuator zu überwinden. Außerdem erfordert diese Lösung einen manuellen Betrieb, um eine kontinuierliche Abdichtung aufrechtzuerhalten.
Somit ist es das Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Mehrwegeventil vorzuschlagen, das einen zuverlässigen Mechanismus aufweist und leicht herzustellen ist, dessen Drehmoment, das zu dem Aktuator geliefert wird, nicht mit der Dichtheit in den Anschlüssen im Laufe der Zeit im Beziehung steht.
Das Mehrwegeventil weist ein Gehäuse, das mit einer inneren Kavität versehen ist, wenigstens einen Fluideinlassanschluss und -auslassanschluss sowie Mittel zum dichten Verschluss der Einlässe und einen Drehaktuator auf, der in der inneren Kavität platziert ist und der in der Lage ist, diese Mittel zum dichten Verschluss zu öffnen, wenn sie sich in dem geschlossenen Zustand befinden.
Außerdem ist der Querschnitt des Drehaktuators kleiner als der Querschnitt der inneren Kavität, um jegliche Reibung zwischen dem Gehäuse und dem Aktuator zu überwinden.
Vorteilhafterweise kann das Öffnen wenigstens eines Verschlussmittels durch ein an dem Aktuator platziertes vorstehendes Element realisiert werden.
In einer noch mehr vorteilhaften Weise können verschiedene Elemente, die Vorsprünge bilden, rings um die Drehachse des Aktuators in der gleichen orthogonalen Schnittebene der Achse platziert werden. Somit ist es möglich, in Abhängigkeit von der Position des Aktuators rings um seine eigene Drehachse verschiedene Betriebsabläufe für das Ventil zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise könnte wenigstens eines dieser vorstehenden Elemente eine Nockengestalt haben, die in der Lage ist, mit einem Verschlussmittel zusammenzuwirken und dieses zu öffnen. Das nockenförmige Element ist ein einfaches Mittel, um ein Verschlussmittel mittels einer Drehung des Aktuators zu öffnen.
Wenigstens eines der Verschlussmittel, die in einem Eingangsanschluss platziert sind, würde z.B. ein Rückschlagventil aufweisen, das ein zuverlässiges Mittel zur Schließung/Öffnung eines Einlassanschlusses bereitstellt.
In einer weiteren Ausführungsform würde wenigstens ein Auslassanschluss zusätzlich oder alternativ ein Verschlussmittel aufweisen, das ein zuverlässiges Mittel zur Schließung/Öffnung des Auslassanschlusses bereitstellt.
Vorteilhafterweise würde das Verschlussmittel wenigstens eines Auslassanschlusses ein Rückschlagventil aufweisen.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Mehrwegeventil könnte der Aktuator sich drehen und könnte mittels eines Drehmomentgenerators angetrieben sein, der an einem der Enden des Gehäuses platziert sein könnte. Somit wird der Raum, der zur Betätigung des Aktuators erforderlich ist, der über die Einlass-/Auslassanschlüsse in dem Gehäuse einwirkt, ebenfalls reduziert.
Vorzugsweise kann das Gehäuse eine zweite innere Kavität aufweisen, die dazu bestimmt ist, ein Kühlfluidmittel zur Kühlung der Elemente, die in dem Ventilkörper enthalten sind, einschließlich der Fluiddurchgänge, strömen zu lassen.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung könnte jedes vorstehend erwähnte Ventil einen Einlassanschluss, der mit einer Flüssigbrennstoffquellenversorgung verbunden ist, einen Einlassanschluss, der mit einer Luftquellenversorgung verbunden ist, und einen Einlassanschluss aufweisen, der mit einer Wasserquellenversorgung verbunden ist. Folglich ist es möglich, die Strömung von Fluiden zu der Brennkammer hin für jeden Verbrennungsbetriebsmodus der Turbine leicht zu steuern.
Vorteilhafterweise kann das Gehäuse in einigen Ausführungsformen zwei Auslassanschlüsse aufweisen. Somit könnte gemäß dem Verbrennungsbetriebsmodus, der betrachtet werden soll, eine oder könnten zwei Düsen mit Fluiden versorgt werden. Zum Beispiel könnten dies ein primärer Kreislauf und ein sekundärer Kreislauf für einen Verbrennungsmodus zur NOx-Reduktion der Fall sein.
Vorteilhafterweise kann in einigen bevorzugten Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Ventils ein zweites Gehäuse mit dem ersten Gehäuse nebeneinander angeordnet sein, wobei sich der Aktuator des ersten Gehäuses in das zweite Gehäuse erstrecken kann. Auf diese Weise ist es möglich, den Fluiddurchgang zu mehreren Injektoren, z.B. einem primären Kreislauf und einem sekundären Kreislauf, zu steuern. Außerdem vereinfacht die Gegenwart eines einzigen gemeinsamen Aktuators die Steuerung der Öffnung und Schließung der Einlässe und Auslassanschlüsse der beiden Gehäuse.
Vorzugsweise kann in den zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsformen wenigstens ein Einlassanschluss des zweiten Gehäuses mit der Versorgungsquelle verbunden sein, die mit dem Einlassanschluss in dem ersten Gehäuse verbunden sein kann, die eine Reduktion des Raums ermöglichen, der durch die Versorgungskreisläufe der Einlassanschlüsse an dem Rand des Ventils eingenommen wird.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung im Einzelnen beschrieben, die lediglich zur Veranschaulichung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist, worin zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Einlass- und Auslassanschluss in dem geschlossenen Zustand veranschaulicht sind, was keine Fluidübertragung zulässt;
2 eine Querschnittsansicht eines Mehrwegeventils gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform unter Veranschaulichung eines Zustands des Ventils, der eine Fluidübertragung zwischen einem Einlass- und einem Auslassanschluss ermöglicht, wie veranschaulicht;
3 eine Querschnittsansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
1 und 2 veranschaulichen als ein Beispiel ein Mehrwegeventil gemäß der Erfindung, das durch das allgemeine Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. In dem veranschaulichten Beispiel ist das Ventil in der Nähe der (nicht veranschaulichten) Brennkammer einer Gasturbine angeordnet.
Das Ventil 1 gemäß der Erfindung weist ein äußeres Gehäuse 2 auf, in dem eine innere Kavität 3 ausgebildet ist. Wie veranschaulicht, kann das Gehäuse 2 eine Kavität 3 mit drei Eingängen 4, 5 und 6 für Fluide aufweisen, wobei jeder vorzugsweise mit Einlassanschlüssen 7, 8 bzw. 9 verbunden ist, die mit Versorgungskreisläufen verbunden sind. Vorzugsweise wird der Einlassanschluss 7, der mit dem Eingang 4 verbunden ist, mit flüssigem Brennstoff versorgt, während der Anschluss 8, der mit dem Einlass 5 verbunden ist, mit Wasser versorgt wird, und der Einlassanschluss 9, der mit dem Einlass 6 verbunden ist, mit Luft versorgt wird. Das äußere Gehäuse 2 kann natürlich mehr oder weniger als drei Einlassanschlüsse enthalten.
In dem veranschaulichten Beispiel weist das Gehäuse 2, das eine innere Kavität 3 aufweist, einen Fluidausgang 10 auf, der mit einem Auslassanschluss 11 verbunden ist. Der Ausgang 10 steht vorteilhafterweise mittels des Auslassanschlusses 11 mit einer Düse, die nicht veranschaulicht ist, zur Injektion eines Fluides in eine Brennkammer in Strömungsverbindung.
Die Eingänge 4, 5 und 6 und der Ausgang 10, wie sie veranschaulicht sind, sind zu der inneren Kavität 3 hin offen. Um die Größe der Vorrichtung in der unmittelbaren Umgebung der Brennkammer zu reduzieren, sind in diesem Beispiel die Einlassanschlüsse derart angeordnet, dass sie in derselben Ebene des Auslasses 10 ausgerichtet und angeordnet sind, wobei die Einlassanschlüsse auf einer Seite der Kavität 3 angeordnet sind und der Auslass 10 auf einer gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Jedoch ist es auch möglich, eine andere Anordnung für die Einlass- oder Auslassanschlüsse vorzusehen, so dass diese nicht ausgerichtet oder in derselben Ebene angeordnet sind.
Die Verschlussmittel 12, 13 und 14, die sich in einem geschlossenen Zustand befinden, sind in den Eingängen 4, 5 und 6 angeordnet. Vorteilhafterweise weisen diese Mittel ein Rückschlagventil auf.
Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform in Betracht gezogen werden, dass das Verschlussmittel ein Federventil oder irgendeine andere geeignete Einrichtung aufweist, die von dem geschlossenen zu dem offenen Zustand betrieben werden kann, wobei sie den Eingang zu der Kavität des Einlassanschlusses öffnet.
Wie veranschaulicht, kann der Ausgang 10 der Kavität ebenfalls ein Verschlussmittel 15 enthalten, das sich in einem geschlossenen Zustand befindet. Außerdem kann das Verschlussmittel 15 ein Rückschlagventil enthalten. Eine derartige Vorrichtung vermeidet eine Rezirkulation eines Fluids zu den Einlassanschlüssen des Ventils durch die Eingänge, insbesondere in dem Fall, wenn die Einlassanschlüsse 7, 8 und 9 unterschiedliche Drücke aufweisen. In der Tat wird der Druck, der zum Öffnen der Rückschlagventile 15 des Ausgangs erforderlich ist, vorzugsweise kleiner als der minimale Öffnungsdruck der Rückschlagventile der Eingänge gewählt. Somit verhindert das Rückschlagventil die Rückführung der Fluide zwischen Einlassanschlüssen aufgrund des in der inneren Kavität erzeugten statischen Drucks.
Ähnlich den Eingängen in der Kavität kann vorgesehen sein, dass die Verschlussmittel ein Federventil oder eine andere geeignete Einrichtung aufweisen.
In der inneren Kavität 3 ist ein Drehaktuator 16 angeordnet, der eingerichtet ist, um das Öffnen der Verschlussmittel der Einlässe 4, 5 und 6 zu bewirken. Außerdem ist der Querschnitt des Aktuators 16 kleiner als der Querschnitt der inneren Kavität 3 gewählt.
Bevorzugterweise weist der Aktuator 16 eine Drehwelle 17 auf, die sich entlang einer Achse 18 erstreckt. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Drehaktuator 16 mit einem Drehmomentgenerator 19, der außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist, und an einem seiner Enden mittels der Welle 17 verbunden, die sich abgedichtet durch das Gehäuse 2 hindurch erstreckt. Vorzugsweise ist der Drehmomentgenerator 19 in einem Gehäuse 20 mit dem äußeren Gehäuse 2 nebeneinanderliegend oder nahe an diesem angeordnet.
Außerdem ist der Drehmomentgenerator 19 von der elektrischen Bauart veranschaulicht, wie er einen Stator 21 und einen Rotor 22 aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Generator 19 ein mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer ist.
In 1 befinden sich die Eingänge 4, 5 und 6 sowie der Auslass 10 mit den jeweiligen Rückschlagventilen im geschlossenen Zustand. Dann ist keine Fluidübertragung zwischen einem der Einlässe 4, 5, 6 und dem Ausgang 10 in der Kavität möglich.
Umgekehrt veranschaulicht 2 eine Fluidverbindung zwischen dem Einlassanschluss 7 und dem Auslassanschluss 11 durch den Einlass 4 und den Auslass 10 in der Kavität. In dem veranschaulichten Beispiel weist die Welle 17 des Aktuators 16 vorstehende Elemente 23, 24, 25, 26, 27 und 28 auf. Die vorstehenden Elemente 23 und 24 sind jeweils dem Einlass 4 bzw. dem Ausgang 10 zugewandt angeordnet, was zu einer Veränderung des Zustands der Verschlussmittel führt. Die vorstehenden Elemente 23 und 24 wirken mit ihren jeweiligen Verschlussmitteln 12 und 15 zusammen, wobei sie den Eingang 4 und den Ausgang 10 öffnen und diese im offenen Zustand halten.
Die Position jedes vorstehenden Elementes in dem Drehaktuator ist gewählt, um durch eine Drehung des Aktuators 10 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn einen Einlass- oder Auslassanschluss wahlweise zu öffnen. Zum Beispiel bewirkt das vorstehende Element 25 die Öffnung des Verschlussmittels des Einlasses 5 von dem geschlossenen Zustand, und das vorstehende Element 27 bewirkt die Öffnung des Verschlussmittels 14 des Einlassanschlusses 6 von dem geschlossenen Zustand.
Wie veranschaulicht, sind mehrere vorstehende Elemente 24, 26 und 28 um die Drehachse 18 des Aktuators 16 herum in derselben Ebene orthogonal zu der Drehachse 18 des Aktuators 16 positioniert. In diesem Beispiel verläuft die Ebene orthogonal durch die Mitte von 10 und des Verschlussmittels 15.
Die Anzahl und Verteilung der vorstehenden Elemente an dem Aktuator 16 bestimmt die Anzahl von Betriebsabfolgen des Ventils, wobei jede Abfolge eine Funktion der Position des Aktuators 16 rings um dessen Drehachse 18 ist. Die erste veranschaulichte Ausführungsform stellt z.B. vier Betriebsabfolgen des Ventils bereit. Eine Drehung von 90 Grad schaltet aufeinanderfolgend von einer Abfolge zur nächsten um.
Natürlich ist es möglich, wenigstens zwei Einlassanschlüsse mit dem Auslass in Kommunikationsverbindung zu bringen, indem Vorsprünge des Drehaktuators parallel zueinander, dem jeweiligen Eingang und Ausgang in der Kavität zugewandt positioniert werden.
Die erste Position, wie sie in 1 veranschaulicht ist, in der kein vorstehendes Element derart angeordnet ist, dass es dem Verschlussmittel zugewandt ist, lässt keinerlei Fluidverbindung zwischen Einlass- und Auslassanschlüssen durch den Einlass und den Auslass in der Kavität zu. Diese Position wird insbesondere benötigt, wenn die Verbrennung der Gasturbine unterbrochen wird.
Die zweite Position, wie sie in 2 veranschaulicht ist, in der die vorstehenden Elemente 23 und 24 jeweils den Verschlussmitteln 12 und 15 zugewandt sind, bewirkt die gleichzeitige Öffnung des Einlasses 4 und des Auslasses 10 in der Kavität 3 und folglich eine Fluidverbindung zwischen dem Einlassanschluss 7, der mit Brennstoff beliefert wird, und dem Auslass 11. Das veranschaulichte Verfahren ermöglicht eine Zuführung von Brennstoff zu dem Injektor in die (nicht veranschaulichte) Brennkammer hinein, mit der der Auslassanschluss 11 verbunden ist. Eine derartige Position ermöglicht z.B. einen Betrieb mit dem Brennstoff der Turbine.
In einer dritten Position, die nicht veranschaulicht ist, sind die vorstehenden Elemente 25 und 26 jeweils dem Eingang 5 bzw. dem Ausgang 10 in der Kavität 3 zugewandt angeordnet. Diese Position des Aktuators 16 ermöglicht einen Wasserdurchgang von dem Einlassanschluss 8 zu dem Auslassanschluss 11 durch die Kavität 3 hindurch, der z.B. während Spülwasserkreisläufe der Turbine nach einer Unterbrechung der Strömung eines Brennstoffs, wie beispielsweise Heizöl, benötigt wird.
Die vierte und letzte Position, die nicht veranschaulicht ist, in der die vorstehenden Elemente 27 und 28 jeweils derart angeordnet sind, dass sie dem Verschlussmittel 14 bzw. 15 zugewandt sind, ermöglicht den Luftdurchgang von dem Eingang 6 zu dem Ausgang 10 durch die Kavität 3 hindurch. In dieser Position ist es möglich, die Turbine mit einem Brennstoffgas zu betreiben. Die Luftströmung kann dann die Injektoren kühlen, während eine für das Ventil externe, nicht veranschaulichte, unabhängige Verbindung gasförmigen Brennstoff in die Brennkammer für einen Betrieb in der Gasturbine liefert. Natürlich kann in einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass diese für das Ventil 1 externe, unabhängige Verbindung auch durch einen zusätzlichen Einlassanschluss in das Ventil 1 aufgenommen wird oder mit dem Lufteingang 6 gemeinsam ist.
Vorzugsweise könnten die vorstehenden Elemente die Nocken sein, die mit den Verschlussmitteln zusammenwirken, wie z.B. ein Rückschlagventil. Jedoch kann vorgesehen sein, dass sich die vorstehenden Elemente von denjenigen, die veranschaulicht sind, durch ihre Art, ihre Form oder ihr Material unterscheiden, vorausgesetzt, dass sie in der Lage sind, die Verschlussmittel zu aktivieren, wenn diese sich in dem geschlossenen Zustand befinden, und den Eingang und Ausgang in der Kavität 3 zu öffnen. Außerdem sind die vorstehenden Elemente vorteilhafterweise derart ausgewählt, dass sie die Kraft oder Reibung zwischen den Verschlussmitteln reduzieren, wobei sie z.B. aus Polytetrafluorethylen (PTFE) konstruiert sein können.
Vorteilhafterweise enthält das Gehäuse 2 Nuten 29, die für das Vorbeilaufen der vorstehenden Elemente während einer Drehung des Aktuators 16 der inneren Kavität 3 zugewandt angeordnet sind.
Zusätzlich enthält das veranschaulichte Ventil eine zweite Kavität 30, die für die Zirkulation eines Kühlfluids, wie beispielsweise Wasser, bestimmt ist, um eine konstante Temperatur in dem Ventil 1 aufrechtzuerhalten. Eine Erhöhung der Temperatur kann z.B. durch die Nähe des Ventils zu der Brennkammer hervorgerufen werden. Die Kavität 30 kann in dem Gehäuse 2 ausgebildet sein und sich zu dem Gehäuse 20 derart erstrecken, dass das Kühlfluid in der Nähe des Einlasses 4, 5 und 6, des Ausgangs 10 und des Drehmomentgenerators 19 zirkulieren kann. Wie veranschaulicht, öffnet sich die Kavität 30 vorteilhafterweise an einem Einlassanschluss 31 und einem Auslassanschluss 32, die jeweils in dem Gehäuse 2 bzw. dem Gehäuse 20 angeordnet sind.
Die Verschlussmittel 33 und 34, wie etwa Stopfen, können an dem Kreislauf des Kühlmittels angeordnet sein, um die Kavität 30 dichtend zu verschließen.
Die 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Mehrwegeventils gemäß der Erfindung, die für einen Betrieb der Turbine durch mehrfache Injektoren zur Reduktion von NOx-Emissionen eingerichtet ist.
In diesem Modus weist das Ventil zwei Ausgänge 35 und 36 in der Kavität 3 für den Durchgang eines Fluids auf, die z.B. zur Speisung eines primären Kreislaufs und eines sekundären Kreislaufs, eines zur Zündung der Turbine und des anderen für den kontinuierliche Betrieb der Turbine, benötigt werden. Das äußere Gehäuse 2 kann natürlich mehr als zwei Auslassanschlüsse enthalten. Die in den 1 und 2 beschriebenen Ventilelemente 1 sind mit den in 3 beschriebenen Elementen des Ventils 1, die ähnliche Bezugszeichen haben, identisch.
Das in dieser zweiten Ausführungsform veranschaulichte Ventil weist sechs Betriebsabfolgen auf, funktioniert jedoch weiterhin in Abhängigkeit von der Position des Aktuators 16 relativ zu seiner Drehachse 18. In diesem Beispiel ermöglicht eine Drehung um 60 Grad einen sukzessiven Übergang von einer Abfolge zu der nächsten.
Die erste Position, wie sie in 3 veranschaulicht ist, in der die vorstehenden Elemente 23 und 43 jeweils derart angeordnet sind, dass sie den Verschlussmitteln 12 bzw. 39 zugewandt sind, bewirkt die gleichzeitige Öffnung des Eingangs 4 und des Ausgangs 35 in der Kavität und bewirkt somit eine Fluidströmung zwischen dem Eingang 4, der mit Brennstoff, beispielsweise Öl, beliefert wird, und dem Ausgang 35 in der Kavität. Somit wird ein einziger Injektorkreislauf in einer bestimmten Operation, die zur Zündung der Turbine erforderlich ist, mit Flüssigbrennstoff versorgt.
In einer zweiten Position, die nicht veranschaulicht ist, sind die vorstehenden Elemente 47 und 48 sowie ein in 3 nicht veranschaulichtes weiteres Element, das in die entgegengesetzte Richtung zu den Elementen 47 und 48 ausgerichtet ist, jeweils derart angeordnet, dass sie den Verschlussmitteln 39, 40 bzw. 12 zugewandt sind. Diese Abfolge ermöglicht den Durchgang von Brennstoff, wie beispielsweise Öl, von dem Einlass 4 zu dem Ausgang 35 und 36 in der Kavität und somit eine gleichzeitige Speisung der Brennkammerinjektoren von zwei Kreisläufen für einen Betrieb der Turbine mit dem flüssigen Brennstoff.
In einer dritten Position, die nicht veranschaulicht ist, sind die vorstehenden Elemente 45 und 46 und ein in 3 nicht sichtbares Element derart angeordnet und in die entgegengesetzte Richtung zu den Elementen 45 und 46 ausgerichtet, dass sie jeweils dem Verschlussmittel 39, 40 bzw. 13 zugewandt sind.
Diese Position des Aktuators 16 bewirkt den Wasserdurchgang von dem Einlass 5 zu den Ausgängen 35 und 36 durch die Kavität 3 hindurch. Dieser Betrieb ermöglicht z.B. eine Reinigung von Kreisläufen des Ventils 1 und von Injektoren vor dem Wechsel vom flüssigen zum gasförmigen Brennstoff und verhindert die Verfestigung des Brennstoffs, die durch Luft und Hitze in der Nähe der Brennkammer hervorgerufen wird.
Eine vierte Position, in der das vorstehende Element 44 sowie zwei in 3 nicht sichtbare Elemente in die entgegengesetzte Richtung zu dem Element 44 ausgerichtet und jeweils derart angeordnet sind, dass sie dem Verschlussmittel 14, 39 bzw. 40 zugewandt sind. Diese Abfolge ermöglicht den Luftdurchgang von dem Eingang 6 zu dem Ausgang 35 und 36 und somit eine gleichzeitige Luftversorgung der beiden Injektoren der Brennkammer. Der Luftdurchgang kann dann die Injektoren kontinuierlich kühlen, während eine für das Ventil externe, nicht veranschaulichte, unabhängige Verbindung gasförmigen Brennstoff in die Brennkammer für einen Betrieb in der Gasturbine liefert.
Die letzten beiden Positionen, in denen kein vorstehendes Element dem Verschlussmittel zugewandt angeordnet ist und die keinerlei Fluidverbindung zwischen dem Eingang 4, 5, 6 und dem Ausgang 35, 36 des Ventils 1 ermöglichen. In dieser Position ist es möglich, die Unterbrechung der Verbrennung der Turbine zu erzielen.
Natürlich ist es in dieser Ausführungsform möglich, wenigstens zwei Einlassanschlüsse gleichzeitig mit wenigstens einem Auslassanschluss zu öffnen.
Die 4 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform eines Ventils gemäß der Erfindung. Die Ventilelemente 1, die in den 1, 2 und 3 beschrieben sind, sind mit Elementen des in 4 dargestellten Ventils 1, die ähnliche Bezugszeichen aufweisen, identisch.
Außerdem weist das Ventil 1 in dieser Ausführungsform ein mi dem ersten äußeren Gehäuse 2 nebeneinanderliegendes zweites äußeres Gehäuse 49 auf. In dem zweiten Gehäuse 49 ist eine innere Kavität 62 ausgebildet.
Vorzugsweise erstreckt sich der Aktuator 16 des ersten äußeren Gehäuses 2 in das zweite Gehäuse 49 und ist somit für die beiden Gehäuse gemeinsam.
In dem veranschaulichten Beispiel enthalten das zweite Gehäuse 49 und seine Kavität 62 drei Einlässe 50, 51 und 52 und einen Ausgang 53, die jeweils ein Verschlussmittel 54, 55, 56 bzw. 57 aufweisen, das einem Rückschlagventil entspricht.
Der Einlass 50, der dazu bestimmt ist, mit einem Brennstoff versorgt zu werden, ist vorzugsweise mit dem Einlassanschluss 7 des ersten äußeren Gehäuses 2 verbunden und über eine Verbindungsleitung 59 mit Brennstoff versorgt. Ebenso sind die Eingänge 51 und 52 jeweils mit den Einlassanschlüssen 8 bzw. 9 verbunden und werden jeweils mit Wasser bzw. Luft durch die Verbindungsleitungen 60 bzw. 61 hindurch versorgt. Der Ausgang 53 in der Kavität 62 kann mit einem Ausgangsanschluss 58 verbunden sein.
In diesem Beispiel sind die vorstehenden Elemente des Aktuators 16 nicht veranschaulicht. Jedoch kann eine Anzahl von vorstehenden Elementen an dem Aktuator 16 vorgesehen sein, so dass z.B. der Drehaktuator 16 wenigstens sieben Betriebsabfolgen des Ventils 1 bereitstellen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass von diesen Positionen eine Abfolge beim Unterbrechen der Verbrennung der Turbine keinen der Einlass- und Auslassanschlüsse öffnet.
Gemäß einer zweiten Position kann vorgesehen sein, dass der Aktuator 16 gleichzeitig den Eingang 4 und den Ausgang 35 in der Kavität 3 durch Verwendung eines vorstehenden Elementes öffnet, das für den Durchgang von Brennstoff, insbesondere bei einer Zündung der Turbine, derart angeordnet ist, dass es dem jeweiligen Verschlussmittel zugewandt ist.
In einer dritten Position könnte der Aktuator 16 gleichzeitig den Eingang 4 des ersten äußeren Gehäuses 2, den Eingang 52 des zweiten äußeren Gehäuses 49 sowie die drei Ausgänge 35, 36 und 53 des Ventils 1 für den Durchgang von Brennstoff von dem Eingang 4 zu den Ausgängen 35 und 36 durch die Kavität 3 hindurch und den Durchgang von Luft von dem Eingang 52 zu dem Ausgang 53 durch die Kavität 62 hindurch öffnen.
Eine vierte Position kann derart vorgesehen sein, dass sie die gleichzeitige Öffnung des Eingangs 4 in der Kavität 3, des Eingangs 50 in der Kavität 62 und der Ausgänge 35, 36 in der Kavität 3 und 53 in der Kavität 62 für einen Durchgang einer beträchtlichen Menge an Brennstoff zu den Injektoren der Brennkammer ermöglicht.
In einer fünften Position des Aktuators 16 kann eine gleichzeitige Öffnung des Einlasses 4 in der Kavität 3 und des Einlasses 51 in der Kavität 62 und der Ausgänge 35, 36 in der Kavität 3 sowie 53 in der Kavität 62 für den Durchgang von Brennstoff von dem Eingang 4 zu dem Ausgang 35 und 36 durch die Kavität 3 hindurch und des Wassers von dem Einlass 51 zu dem Ausgang 53 durch die Kavität 62 hindurch vorgesehen sein. Es ist dann möglich, eine Wasserspülung in dem äußeren Gehäuse 49 zu verursachen.
In einer sechsten Position kann vorgesehen sein, dass der Aktuator 16 gleichzeitig den Eingang 5 in der Kavität 3 und den Eingang 52 in der Kavität 62 sowie die Ausgänge 35, 36 in der Kavität 3 und 53 in der Kavität 62 für die Einführung von Wasser in den Durchgang 5 zu dem Ausgang 35 und 36 durch die Kavität 3 und den Durchgang von Luft von dem Eingang 52 zu dem Ausgang 53 durch die Kavität 62 öffnet. Diese Position ermöglicht den Betrieb in der Gasturbine.
In einer letzten Position kann vorgesehen sein, dass der Aktuator 16 gleichzeitig den Eingang 6 in der Kavität 3, den Eingang 52 in der Kavität 62 und die Ausgänge 35, 36 in der Kavität 3 sowie 53 in der Kavität 62 für den Durchgang von Luft aus dem Eingang 6 zu dem Ausgang 35 und 36 durch die Kavität 3 und den Durchgang von Luft aus dem Eingang 52 zu dem Ausgang 53 durch die Kavität 62 öffnet. Diese Position ermöglicht den Betrieb in der Gasturbine.
Natürlich können entsprechend der Verwendung und den Betriebsabfolgen des Ventils 1 die Anzahl und Position jedes vorstehenden Glieds sowie die Anzahl der Einlässe und/oder Auslässe mit ihrem jeweiligen Eingang/Ausgang zu und von der Kavität, die gleichzeitig geöffnet werden, variieren.
In dieser dritten Ausführungsform kann ein Blindflansch in dem Gehäuse 2 auf der zu dem Generator 19 gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein. Somit kann, um einen weiteren Körper, wie beispielsweise das Gehäuse 49, hinzuzufügen, in diesem Fall ein Verbindungsflansch des Gehäuses 49 anstelle des Blindflansches montiert werden, um die beiden Gehäuse 2 und 49 aneinander zu sichern.
Ferner ist es möglich, Verbindungsflansche in dem Körper 49 an dem zu dem Generator 19 entgegengesetzten Ende zu haben, die es ermöglichen, ein anderes zusätzliches Gehäuse unter Erweiterung von Einlass- und Auslassanschlüssen hinzuzufügen, die mehr Kombinationen und Funktionen, die mit dem Ventil 1 verbunden sind, ermöglichen, während ein einziger Aktuator 16 beibehalten wird. Zum Beispiel ermöglicht dies, ein Gehäuse mit Anschlüssen für den Durchgang des gasförmigen Brennstoffs hinzuzufügen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnten beide Gehäuse 2, 49 des Mehrwegeventils gemäß der Erfindung nicht eine einzige, sondern mehrere innere Kavitäten 3, 62 aufweisen, die jeweils einen oder mehrere Eingänge und Ausgänge für den Fluiddurchgang aufweisen.
Ein Mehrwegeventil weist ein äußeres Gehäuse 2, das mit einer inneren Kavität 3, 62 versehen ist, wenigstens einen Fluideingang 4, 5, 6, 50, 51, 52 zu der Kavität und wenigstens einen Fluidausgang 10, 35, 36 aus der Kavität auf, wobei auf die Verschlussmittel 12, 13, 14, 54, 55, 56 der Eingänge 4, 5, 6, 50, 51, 52 ein Aktuator 16 einwirkt, der in der inneren Kavität 3, 69 angeordnet und eingerichtet ist, um die Öffnung der Verschlussmittel der Eingänge 4, 5, 6, 50, 51, 52 zu bewirken. Außerdem ist der Querschnitt des Aktuators 16 kleiner als der Querschnitt der inneren Kavität 3, 49.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6289668 [0014]
US 3098506 [0016]

Claims

Mehrwegeventil, das ein äußeres Gehäuse (2), das mit einer inneren Kavität (3) versehen ist, wenigstens einen Fluideingang (4, 5, 6, 50, 51, 52) und wenigstens einen Fluidausgang (10, 35, 36) in der Kavität aufweist, wobei auf Verschlussmittel (12, 13, 14, 54, 55, 56) der Eingänge (4, 5, 6, 50, 51, 52) im geschlossenen Zustand ein Aktuator (16) einwirkt, der in der inneren Kavität (3, 49) angeordnet und eingerichtet ist, um ein Öffnen der Verschlussmittel der Eingänge (4, 5, 6, 50, 51, 52) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Aktuators (16) kleiner ist als der Querschnitt der inneren Kavität (3, 49).
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen wenigstens eines Verschlussmittels (12, 13, 14, 54, 55, 56) durch ein vorstehendes Element (23, 29, 43, 44) bewirkt wird, das an dem Aktuator (16) angeordnet ist; wobei vorzugsweise mehrere vorstehende Elemente rings um die Drehachse des Aktuators (16) in einer gleichen, zu der Achse orthogonalen Ebene positioniert sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der vorstehenden Elemente (23, 29, 43, 44) ein Nocken ist, der eingerichtet ist, um das Verschlussmittel (12, 13, 14, 54, 55, 56), mit dem es zusammenwirkt, zu bewegen.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verschlussmittel (12, 13, 14, 54, 55, 56), das in einem Einlass (4, 5, 6, 50, 51, 52) angeordnet ist, ein Rückschlagventil aufweist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ausgang (11, 35, 36) ein Verschlussmittel (10, 39, 40, 57) aufweist, auf das im geschlossenen Zustand ein Aktuator (16) einwirkt; wobei das Verschlussmittel (15, 39, 40, 57) des wenigstens einen Auslasses (10, 35, 36, 57) vorzugsweise ein Rückschlagventil aufweist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (16) drehbar ist und mit einem Drehmomentgenerator (19) verbunden ist, der an einem Ende des äußeren Gehäuses (2) angeordnet ist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gehäuse (2) eine zweite Kavität (30) zur Zirkulation eines Kühlfluids aufweist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (3) einen Eingang (4), der mit einem Einlassanschluss (7) für einen Brennstoff verbunden ist, einen Eingang (6), der mit einem Einlassanschluss (9) für Luft verbunden ist, und einen Einlass (5) aufweist, der mit einem Einlassanschluss (8) für Wasser verbunden ist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gehäuse (2) zwei Auslässe (35, 36) aus der inneren Kavität (3) aufweist.
Mehrwegeventil nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gehäuse (49) extern mit dem ersten äußeren Gehäuse (2) nebeneinanderliegend angeordnet ist, wobei der Aktuator (16) des ersten Gehäuses (2) in das zweite Gehäuse (49) verlängert ist; wobei wenigstens ein Eingang (50, 51, 52) des zweiten Gehäuses (49) vorzugsweise mit einem Einlassanschluss (7, 8, 9) verbunden ist, der mit einem Eingang (4, 5, 6) des ersten Gehäuses (2) verbunden ist.