DE1611141C3 - Filtervorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Gasturbinenwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Gasturbinenwerk, mit zwei im Strömungszug hintereinanderliegenden, im wesentlichen zylindrischen Kammern zur Aufnahme je eines darin konzentrisch angeordneten zylindrischen Filterelements, das jeweils von der inneren Kammerwandung durch einen zylinderringförmigen Zwischenraum distanziert ist, wobei aus dem Innenraum des ersten und zweiten Filterelements die filtrierte Flüssigkeit über jeweils eine Auslaßleitung abgegeben wird, die im Falle der Verwendung in einem Gasturbinenwerk mit der Nachbrenn- bzw. Hauptverbrennungsarilage des Gasturbinenwerks in Verbindung stehen. Solche Filtervorrichtungen sind als zum Stand der Technik gehörig anzusehen. Bei derartigen Filtervorrichtungen wird noch als nachteilig empfunden, daß durch die sich absetzenden Niederschläge das Filterelement insbesondere der ersten Filterkammer relativ rasch verstopft und damit gereinigt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der als bekannt vorausgesetzten Filtervorrichtung Vorsorge zu treffen, daß die in der ersten Filterkammer anfallenden Niederschläge selbsttätig abgewaschen und der zweiten Filterkammer zugeführt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch eine Einlaßleitung, die tangential in die erste Kammer hineinführt, und eine Verbindungsleitung zwischen den beiden Kammern, die tangential aus der ersten Kammer heraus und auch tangential in die zweite Kammer hineinführt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Teil der zu filtrierenden Flüssigkeit zu einer die Niederschläge vom Filterelement der ersten Kammer abwaschenden Ringströmung durch den Ringspalt der ersten Kammer gezwungen und dann nach dem Überlauf über das Filterelement der ersten Kammer der zweiten Kammer zugeführt, um von dort nach dem Durchtritt durch das Filterelement dieser Kammer über einen Auslaß entnommen zu werden. Dieser das Filterelement der ersten Kammer reinigende Auswascheffekt bedeutet ersichtlicherweise einen erheblichen technischen Fortschritt. Da auch die Verbindungsleitung zwischen beiden Kammern beim Erfindungsgegenstand tangential in die zweite Kammer hineinführt, tritt ferner eine Vorabscheidung der Schmutzteilchen aus der in die zweite Kammer einströmenden Flüssigkeit durch Fliehkraftwirkung ein.

Zwar ist es aus der US-Patentschrift 6 55 841 an sich schon bekannt, die zu filtrierende Flüssigkeit in eine Filterkammer durch eine tangentiale öffnung eintreten zu lassen. Die Flüssigkeit übt aber dabei auf die in der Filterkammer angeordneten Filterelemente keinerlei Reinigungswirkung aus, da ihr Durchfluß keine hydrodynamischen Spüleffekt erzeugt. Bei der bekannten Anordnung ist nämlich im Gegensatz zur Erfindung das erste Filterelement kein zylindrisches Bauteil, das innerhalb der ersten Filterkammer konzentrisch zu dieser so angeordnet ist, daß zwischen ihm und der Innenwandung der Filterkammer ein zylinderringförmiger Zwischenraum verbleibt.

Erst bei dieser Anordnung wird jedoch die in die erste Kammer eintretende Flüssigkeit wegen der Tangentialanordnung sowohl der Einlaßleitung wie auch der Verbindungsleitung gezwungen, den Ringraum in Gestalt eines Wirbelrings zu durchströmen und dabei die an dem ersten Filterelement entstandenen Sedimente von diesem abzuwaschen. In dieser Richtung bot die bekannte Einrichtung keinerlei Vorbild, und zwar um so weniger, als der bei der Erfindung erzielte Auswascheffekt voraussetzt, daß der der Filtereinrichtung zugeführte Flüssigkeitsstrom in zwei Teilströme aufgeteilt ist, von denen nur einer den in Frage stehenden Auswascheffekt ausübt Diese Voraussetzung ist aber bei der bekannten Einrichtung auch nicht gegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet eine Reihe besonderer Ausführungsformen, die in ihren wesentli-

⁶S chen Zügen in den Unteransprüchen niedergelegt sind. Soweit dabei die zweite Kammer eine Falle aufweist, die sich über eine ringförmige Zone am unteren Ende der Innenwandung der zweiten Kammer erstreckt und

in der sich Feststoffe aus der Flüssigkeit absetzen können, ist festzustellen, daß solche Fallen in anderem Zusammenhang bereits bekannt waren, wie beispielsweise die deutsche Auslegeschrift 10 06 739 zeigt.

Die Erfindung wird nunmehr an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch ein mit einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk;

F i g. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt der Filtervorrichtung in F i g. 1, und

F i g. 3 ist ein schematischer Aufriß in teilweisem Querschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10, umfassend in Strömungsrichtung einen oder mehrere Verdichter 11, eine Hauptbrennkammer 12, eine oder mehrere Turbinen 13, eine Nachbrennanlage 14 und eine Endschubdüse 15.

Die Hauptbrennkammer 12 und die Nachbrennanlage 14 haben Brennstoffleitungssysteme 16 bzw. 17. Das Brennstoffleitungssystem 17 wird über Rohre 18,19 aus einer gemeinsamen Filtervorrichtung 20 mit Brennstoff beliefert.

Die Filtervorrichtung 20 wird über ein Rohr 21 mit einer Ladepumpe 22 aus einem Brennstofftank 23 mit Brennstoff versorgt

Das Rohr 18 enthält in Strömungsrichtung eine Brennstoff-Hauptpumpe 24, eine Brennstoff-Hauptregeleinheit 25 und einen durch Brennstoff gekühlten ölkühler 26, welcher das Schmieröl des Triebwerks kühlt, indem er es in wärmetauschenden Kontakt mit dem Brennstoff bringt. Im Rohr 19 ist eine Regeleinheit 27 für den Nachbrennstoff vorgesehen.

Wie aus F i g. 2 und 3 hervorgeht, umfaßt die Filtervorrichtung 20 einen Filterblock mit im wesentlichen zylindrischen Kammern 31, 32 und einer diese verbindenden Verbindungsleitung 33.

Die Verbindungsleitung 33 liegt tangential zu den inneren Wänden 34, 35 der Kammern 31, 32, und eine Einlaßleitung 36 ist tangential zur Innenwandung 34 der Kammer 31 angeordnet In die Kammer 31 durch das Rohr 21 und durch die Einlaßleitung 36 strömender Brennstoff überströmt dann nacheinander die Innenwandungen 34,35.

Koaxial in der Kammer 31 ist ein zylindrischer Rahmen 40 angeordnet, welcher ein zylindrisches Filterelement aus feinem Drahtgazegewebe 41 abstützt, das von der inneren Wandung 34 durch einen Ringraum 42 getrennt ist. Der Rahmen 40 wird in seiner Lage durch eine Kappe 43, eine Schraube 44 und eine Mutter 45 festgehalten. Brennstoff, welcher aus dem Ringraum 42 und durch die Filtergaze 41 durchgeströmt ist, kann nun aus der Mitte des Rahmens 40 durch eine Auslaßleitung 46 ausströmen, welche zum Rohr 19 und somit zur Nachbrennanlage 14 führt.

Koaxial in der Kammer 32 ist ein zylindrischer Rahmen 49 angeordnet, welcher aus der Kammer 32 ausgebaut werden kann; der Rahmen 49 ist mit Endkappen 50 ausgestattet Der mit nicht dargestellten Löchern versehene Rahmen, durch welche der Brennstoff strömen kann, stützt ein gefaltetes, im wesentlichen zylindrisches Papierfilterelement 51 ab, welches von der Innenwandung 35 durch einen Ringraum 52 getrennt ist. Das Filterelement 51 wird mit dem Rahmen 49 und den Endkappen 50 durch eine Kappe 53 festgehalten, zwischen welcher und dem Boden der Kammer 32 eine Feder 54 eingesetzt ist

In der Mitte des Rahmens 49 ist ein Stützglied 55 angeordnet, auf welchem eine Hülse 56 befestigt ist. Ein Ventil 57 hat einen umgekehrten schalenförmigen Teil 60. welcher gleitend auf der Hülse 56 sitzt, und eine Feder 61 ist in diesem schalenförmigen Teil 60 angeordnet und wirkt mit der Hülse 56 zusammen. Das Ventil 57 steuert den Brennstofffluß durch eine öffnung 62 im Rahmen 49 zu einer Auslaßöffnung 63.

Nach dem Durchströmen durch den Ringraum 52 wird das Wirbelmoment des Brennstoffs vernichtet, indem dieser die Löcher in der Seitenwandung des Rahmens 49 durchströmt, bevor er zum Filterelement 51 gelangt. Dies trägt dazu bei. Festkörper aus dem Brennstoff in eine Falle 64 auszufällen, und verhindert auch das Durchwirbeln des Brennstoffs, wodurch der Niederschlag in der Falle 64 wieder aufgewirbelt werden könnte. Nach dem Durchströmen durch das Filterelement 51 strömt der Brennstoff durch die Leitung, welche durch den Raum zwischen letzteren gebildet wird, und sodann durch die öffnung 62 im Rahmen 49, wobei das Ventil 57 normalerweise den Durchfluß durch die öffnung 62 gestattet. Von der öffnung 62 fließt der Brennstoff durch die Auslaßleitung 63 und das Rohr 18 zur Hauptbrennstoffpumpe 24 und somit zur Hauptbrennkammer 12. Es ist zu ersehen, daß die Feder 61 das Ventil in seine Schließstellung drückt. Das Ventil 57 ist jedoch oben mit einer Anschlagstange 65 versehen, welche, wenn der Rahmen 49 betriebsmäßig nach F i g. 2 in die Kammer 32 eingesetzt ist, den oberen Teil der Kammer 32 beaufschlagt, um das öffnen des Ventils 57 gegen die Wirkung der Feder 61 zu bewirken. Wenn jedoch der Boden der Kammer 32 und der Rahmen 49 abgenommen werden, so daß das Filterelement 51 gereinigt oder erneuert werden kann, bewegt sich das Ventil 57 in die gestrichelt dargestellte Stellung und schließt die öffnung 62, so daß das Innere des Rahmens 49 und des Filterelements 51 vor Verschmutzung geschützt sind.

Im unteren Teil der Kammer 32 ist ein ringförmiges, kegelstumpfförmiges Glied 66 angeordnet, das sich gegen den Boden der Kammer 32 zu verjüngt. Das Glied 66 bildet mit dem unteren Ende der inneren Wandung

35 eine Ringzone, welche die Falle 64 bildet, in welcher Niederschläge aus dem Brennstoff angesammelt und zurückgehalten werden können.

Beim Betrieb und wenn die Nachbrennanlage benützt wird, strömt Brennstoff durch die Einlaßleitung

36 tangential in die Kammer 31 und wird durch die Fliehkraft um die innere Oberfläche 34 gewirbelt und strömt dann durch den Ringraum 4Z Der Großteil des Brennstoffs strömt durch das Gazefilterelement 41 und tritt durch die Auslaßleitung 46 und das Rohr 19 zur Nachbrennstoff-Regeleinheit 27 und durch diese zur Nachbrennanlage 14 aus. Niederschläge im zur Nachbrennanlage 14 strömenden Teil des Brennstoffs werden daher auf der äußeren Oberfläche des Gazefilterelements 41 abgesetzt, wobei dieser Niederschlag jedoch durch den in die Kammer 32 einströmenden Brennstoff abgewaschen wird.

Dieser Brennstoff strömt tangential durch die Verbindungsleitung 33 und daher tangential über die Innenwandung 35 der Kammer 32, und von hier durch die Löcher in der Seitenwand des Rahmens 49, durch das Filterelement 51 zur Auslaßleitung 63 und zur Hauptbrennkammer 12. In der Kammer 32 wird der Niederschlag im Brennstoff durch die Wirkung der Fliehkraft getrennt und sammelt sich in der Falle 64, wobei dieser Niederschlag auch jenen umfaßt, der vom Gazefilter-

element 41 durch den darüber hinwegströmenden Brennstoff abgewaschen worden ist.

Wenn die Nachbrennanlage nicht in Betrieb steht, strömt kein Brennstoff durch das Gazeniterelement 41, aber Brennstoff fließt über dessen Außenfläche, indem er durch die durch den Ringraum 42 gebildete Leitung, die Verbindungsleitung 33 und den Ringraum 52

strömt.

Die Außenfläche des Gazefilterelements 41 wird daher durch den darüber hinwegströmenden Brennstoffstrom gereinigt, ohne Rücksicht darauf, ob der Brennstoff zu beiden Auslaßleitungen 46. 63, die parallel zueinander angeordnet sind, oder nur zur Auslaßleitung 63 strömt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Filtervorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei einem Gasturbinenwerk, mit zwei im Strömungszug hintereinanderliegenden, im wesentlichen zylindrischen Kammern zur Aufnahme je eines darin konzentrisch angeordneten zylindrischen Filterelements, das jeweils von der inneren Kammerwandung durch einen zylinderringförmigen Zwischenraum distanziert ist, wobei aus dem Innenraum des ersten und des zweiten Filterelements die filtrierte Flüssigkeit über jeweils eine Auslaßleitung abgegeben wird, die im Falle der Verwendung in einem Gasturbinenwerk mit der Nachbrenn- bzw. Hauptverbrennungsanlage des Gasturbinenwerkes in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Einlaßleitung (36), die tangential in die erste Kammer (31) hineinführt, und eine Verbindungsleitung (33) zwischen den beiden Kammern (31, 32), die tangential aus der ersten Kammer (31) heraus und auch tangential in die zweite Kammer (32) hineinführt.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (32) in an sich bekannter Weise eine Falle (64) aufweist, die sich über eine ringförmige Zone am unteren Ende der Innenwandung (35) der zweiten Kammer (32) erstreckt und in der sich Feststoffe aus der Flüssigkeit absetzen können.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Falle (64) durch die Innenwandung (35) der zweiten Kammer (32) und ein kegelstumpfförmiges Glied (66) gebildet wird, das in der zweiten Kammer angeordnet ist und von der Kammerinnenwandung gegen deren Boden konvergiert.

4. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (32) zur Aufnahme des zweiten Filterelements (51) einen entfernbaren Rahmen (49) aufweist, der eine mit der Auslaßleitung (63) für das zweite Filterelement in Verbindung stehende öffnung (62) hat, der eine Ventilanordnung (57) zur Steuerung des Durchflusses durch diese öffnung zugeordnet ist, deren Ventil (57) durch elastische Mittel (61) bei herausgenommenen Rahmen in die Schließstellung gedrückt ist und einen Anschlag (65) besitzt, gegen den der Rahmen (49) im eingesetzten Zustand andrückt und das Ventil (57) gegen die Wirkung der elastischen Mittel in die Offenstellung bringt.