DE1032604B - Temperaturabhaengiges Brennstoffueberstroemventil fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein temperaturabhängiges Brennstoffüberströmventil für Gasturbinen, welches durch ein an einem Ende befestigtes Bourdonrohr in Verbindung mit einem temperaturempfindlichen ausdehnungsfähigen Mittel verstellt wird, wenn die Temperatur am Einlaß der Gasturbine einen vorher bestimmten Höchstwert überschreitet.

Gemäß der Erfindung trägt das Bourdonrohr an seinem freien Ende einen Ventilkörper, der eine kreisförmige Schneide aufweist. Der Ventilkörper ist in einem röhrenförmigen Mundstück, das sich zwischen Druck- und Entlastungsseite des Ventils befindet, in der Weise beweglich angeordnet, daß normalerweise zwischen der Schneide und dem röhrenförmigen Mundstück ein ringförmiger Spalt bleibt, durch den eine begrenzte Menge des Brennstoffes fließen kann und der die Druck- von der Entlastungsseite des Ventils trennt.

Das Bourdonrohr bewegt den Ventilkörper axial in dem röhrenförmigen Mundstück in Abhängigkeit von der Ausdehnung des erwähnten Mittels. Wenn dessen Ausdehnung einen vorherbestimmten Wert überschreitet, wird das Bourdonrohr so weit in seiner Form verändert, daß der Ventilkörper aus dem röhrenförmigen Mundstück heraustritt und dem Brennstoff eine große Fläche in Richtung von der Druckseite zur Entlastungsseite öffnet, wobei der Druck auf der Druckseite praktisch bis auf den an der Entlastungsseite des Ventils herrschenden Druck verringert wird.

Bei gewissen Anwendungen ist es erwünscht, den Druck auf der Druckseite des Regelventils mit ansteigender Temperatur allmählich zu erhöhen, bis ein vorherbestimmter Höchstwert erreicht ist, bei welchem der Druck plötzlich aufzuheben ist.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das röhrenförmige Mundstück in Richtung auf dasjenige Ende, aus dem der Ventilkörper mit seiner kreisförmigen Schneide bei Auslösung der Vorrichtung austritt, verjüngt ausgebildet wird.

Dadurch wird der ringförmige Spalt zunächst allmählich verengt und die Druckdifferenz zwischen Druck- und Entlastungsseite entsprechend erhöht, bevor eine plötzliche Druckentlastung bewirkt wird.

Das im Inneren des Bourdonrohres wirkende ausdehnungsfähige Mittel ist vorzugsweise Quecksilber, das durch ein Kapillarrohr aus einem der zu regelnden Temperatur, z. B. der Temperatur am Turbineneinlaß, ausgesetzten Quecksilbererhitzungsgefäß geliefert wird.

Solange diese Temperatur unter dem Siedepunkt des Quecksilbers liegt, dehnt sich das flüssige Quecksilber, wenn es die Kapillare -und das Bourdonrohr nicht vollständig füllt, frei aus. W^renn es aber diese Temperaturabhängiges
Brennstoffüberströmventil für Gasturbinen

Anmelder:

The English Electric Company Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 14. Oktober 1953

John Oliver Philip Hughes

und Roy Starmer Whetstone,

Leicester (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

völlig ausfüllt, dehnt es das Rohr im Verhältnis der Ausdehnung des erhitzten Teiles des flüssigen Quecksilbers aus, d. h. verhältnismäßig wenig. Sobald jedoch die zu regelnde Temperatur den Siedepunkt des Quecksilbers übersteigt, dehnen die sich entwickelnden Quecksilberdämpfe das Bourdonrohr in vergleichsweise höherem Ausmaße, das z. B. bei 650° C rasch wächst, aus, wobei das Regelventil in der beschriebenen Weise betätigt wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird diese an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben:

Fig. 1 ist eine Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen Regel ventilanordnung;

Fig. 2 zeigt Einzelheiten von Fig. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 ist ein Schaubild, in dem die Brennstoffzufuhr einer mit Überströmbrennern und einem temperaturabhängigen Regelventil ausgerüsteten Gasturbinenanlage in Abhängigkeit von der Temperatur am Einlaß der Gasturbine aufgetragen ist.

In den Fig. 1 und 2 hat das Ventilgehäuse 1 einen Druckraum 2 und einen Entlastungsraum 3, die miteinander durch ein Mundstück 4 verbunden sind, in welchem sich ein Ventilkörper 5 axial bewegen kann.

so Es sind z. B. der Druckraum 2 mit der Überströmleitung und der Enlastungsraum 3 mit dem Brennstoffbehälter oder dem Saugstutzen der Brennstoffpumpe einer mit Überströmbrennern ausgerüsteten Gasturbinenanlage verbunden. Dieser Ventilkörper 5 hat

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eine kreisförmige Schneide 5 α (Fig. 2), welche einen ringförmigen Spalt zwischen ihrem Umfang und der Bohrung 4 a des Mundstückes bestehen läßt. Diese Bohrung ist vorzugsweise konisch, so daß durch die axiale Bewegung des Ventilkörpers 5 die lichte Weite und dementsprechend der freie Querschnitt des ringförmigen Spaltes verändert wird.

Der Ventilkörper 5 ist mittels einer Mutter 6 fest mit dem freien Ende eines Bourdonrohres 7 verbunden, dessen anderes Ende an dem im Sockel 9 des Ventilgehäuses eingebauten Zwischenstück 8 befestigt ist. Dieses Bourdonrohr ist in S-Form gezeichnet, jedoch bildet dieses Merkmal keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Durch das Zwischenstück 8 ist das Innere des Bourdonrohres mit einem Kapillarrohr 10 verbunden, welches seinerseits mit dem nicht gezeigten Quecksilbererhitzer, der im Einlaß einer Gasturbinenanlage angeordnet ist, verbunden ist.

In Fig. 3 zeigt die stark ausgezogene Linie die von den Überströmbrennern einer Gasturbinenanlage kommende rückfließende Brennstoffmenge. Die gestrichelte Linie zeigt die zu verbrennende Brennstoffmenge, während die strichpunktierte Linie die gesamte geförderte, durch eine stromaufwärts vor den Brennern angeordnete Drossel fließende Brennstoffmenge angibt, welche die Summe aus zu verbrennender und rückfließender Brennstoffmenge ist.

Das Regelventil arbeitet folgendermaßen: Bis zu einer Einlaßtemperatur an der Turbine von 300° C kann der Quecksilberdruck vernachlässigt werden; der Überströmfluß ist konstant. Mit steigender Temperatur steigt der Quecksilberdruck allmählich an, dehnt das Bourdonrohr 7 mehr und mehr aus und drückt den Ventilkörper 5 immer tiefer in die sich verjungende Bohrung 4a des Mundstückes 4, wobei der ringförmige Spalt zwischen der kreisförmigen Schneide 5 a und der Bohrung 4 a des Mundstückes verkleinert wird.

Dementsprechend wird die Überströmmenge (ausgezogene Linie) verringert. Deswegen und auf Grund der Einstellung einer höheren Gesamtfördermenge (strichpunktierte Linie) wird die zu verbrennende Menge, die gleich der Differenz zwischen der Gesamtfördermenge und der Überströmmenge ist, erhöht, wie dies die gestrichelte Linie in Fig. 3 zeigt.

Bei einer Temperatur von z. B. 760° C, welche der vorgesehenen Belastung entspricht, kommt die Schneide 5 a in eine Stellung gerade am kleinsten Durchmesser der Bohrung 4 a, und die Überstrommenge kommt auf ihren niedrigsten Wert. Diese Verminderung der Überströmmenge führt zu einer erwünschten Verminderung des Druckes am Brenner bei Vollast und hält zugleich die erwünschte hohe zu verbrennende Maschinenmenge auf dieser Stufe. Jede spätere Temperaturzunahme führt zu einer solchen Ausdehnung des Bourdonrohres 7, daß der Ventilkörper 5 mit seiner kreisförmigen Schneide 5 α völlig aus der Bohrung 4a herausbewegt wird, wodurch die für die Überströmmenge verfügbare Querschnittsfläche vergrößert wird.

Während die Schneide 5 a gerade beginnt, aus dem engen Ende der Bohrung 4 a herauszutreten, ist diese Vergrößerung der Fläche noch begrenzt. Beim höchstzulässigen Belastungszustand, der z. B. bei 775° C erreicht wird, ist die Überströmmenge noch von der Größenordnung des für niedrige Temperaturen eingestellten Wertes.

Eine weitere Erhöhung der Temperatur am Turbineneinlaß führt zu einer raschen Vergrößerung der für die Überströmmenge verfügbaren Fläche sowie zu einem raschen Ansteigen der Überströmmenge. Infolgedessen wird jeder weitere von der Brennstoffpumpe gelieferte Brennstoff durch den Überströmkanal umgeleitet und dadurch die Anlage vor Überlastung geschützt.

Wenn bei abnehmender Einlaßtemperatur der Turbine die Schneide 5 a des Ventilkörpers 5 durch das sich zusammenziehende Bourdonrohr 7 in die Bohrung 4 α des Mundstückes 4 zurückgezogen wird, kehrt sie in ihre Gleichgewichtslage bei der vorgesehenen Belastung zurück, d. h. nach der linken Seite der Linie für höchstzulässige Belastung in Fig. 3.

Die Gesamtfördermenge weist eine positive Charakteristik auf, wodurch über den ganzen Bereich die Stabilität der Regelung gewährleistet ist.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf Gasturbinen mit flüssigem Brennstoff. Jedoch ist die Erfindung auch bei Verwendung von gasförmigen Brennstoffen anwendbar.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE;

1. Temperaturabhängiges Brennstoff Überströmventil für Gasturbinen, welches durch ein an einem Ende befestigtes Bourdonrohr in Verbindung mit einem temperaturempfindlichen ausdehnungsfähigen Mittel verstellt wird, wenn die Temperatur am Einlaß der Gasturbine einen vorherbestimmten Höchstwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Bourdonrohr an seinem freien Ende einen mit einer kreisförmigen Schneide versehenen Ventilkörper trägt, der in einem röhrenförmigen, zwischen Druck- und Entlastungsseite des Ventils befindlichen Mundstück so angeordnet ist, daß normalerweise zwischen der Schneide und dem Mundstück ein ringförmiger Spalt bleibt, durch den eine begrenzte Brennstoffmenge fließen kann und der die Druck- von der Entlastungsseite trennt, und daß der Ventilkörper axial in dem röhrenförmigen Mundstück verstellbar ist und beim Überschreiten einer vorherbestimmten Temperatur ganz aus dem röhrenförmigen Mundstück herausbewegt wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Mundstück in Richtung zur Austrittsseite hin eine sich stetig verkleinernde lichte Weite aufweist und daß der Ventilkörper aus dem engeren Ende des Muqd-Stücks herausbewegt wird. ';

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 902 338, 508 732; schweizerische Patentschrift Nr. 267 492; französische Patentschrift Nr. 973 868; britische Patentschrift Nr. 620 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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