DE1910439A1

DE1910439A1 - Brennstoffzufuhr fuer eine Gasturbine mit wahlweisem Betrieb mit fluessigem oder gasfoermigem Brennstoff

Info

Publication number: DE1910439A1
Application number: DE19691910439
Authority: DE
Inventors: Warne Eugene Harold
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1969-03-03
Filing date: 1969-03-01
Publication date: 1970-09-03
Also published as: AU5050769A; FR2033583A5; DE1910439B2; GB1251804A; US3577877A; AU420962B2

Description

Joseph. Lucas (Industries) 28.2.1969

Limited

Great King Street .

Birmingham (England)

Brennstoffzufuhr für eine Gasturbine mit wahlweisem Betrieb mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzufuhr für eine. Gasturbine mit wahlweisem Betrieb mit flüssigem •oder gasförmigem Brennstoffe

Die Erfindung bezweckt, den Wechsel der Brennstoffart bat* laufender Gasturbine vornehmen zu können.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein servobetätigtes Ventil mit einem Ventilteil für flüssigen Brennstoff und mit einem Ventilteil für gasförmigen Brennstoff vorgesehen ist, und dass beide Ventilteile miteinander gekuppelt und sowohl in axialer Richtung als auch winklig derart bewegbar sind, dass bei den gegenüberliegenden EndStellungen 'der winkligen Bewegung beider Ventilteile keiner der beiden Brennstoffe gefördert wird, während in einer bestimmten durch Servobetätigung sich ergebenden axialen Stellung der beiden Ventilteile die von einem d er Ventilteile bestimmte, zur Gasturbine gelangende Brennstoffmenge in einer winkligen Endstellung hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs der Gasturbine gleich ist der Brennstoffmenge, die von dem anderen Ventilteil in der anderen winkligen Einstellung ä zur Gasturbine gelangt.

072 - ,

^w°/.^Th ' 009836/0900

- 2 - ■'■'■■ "■'■.■■■'■

; Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert.

Pig.l zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Brennstoffzufuhr,

Pig.2 zeigt eine Abänderung zu Pig.l,

Pig.y zeigt eine noch weitere Abänderung gegen— £ über den Pig.l und 2.

Die Gasturbine soll einen besonderen Turbinenantrieb antreiben.

Mit 10 ist ein Ventil bezeichnet mit einem Ventilteil für flüssigen Brennstoff und mit einem Ventilteil" 12 für gasförmigen Brennstoff, und beide Ventilteile 11,12 sind miteinander durch eine Stange 13 gekuppelt. Jeder Ventilteil bewegt sich in einer Bohrung einer Hülse bzw.15. Die Hülse 14 des Ventilteils 11 hat aussen einen Umfangseinschnitt 16, der mit einer leitung 17 für flüssigen Brennstoff in Verbindung steht. Die Hülse ψ hat mehrere in Winkelabstand liegende Öffnungen 18. Der Ventilteil 11. ist hohl und hat mehrere Öffnungen 19, die ebenso wie die Öffnungen 18 einen gegenseitigen Winkelabstand haben. Der Ventilteil 11 mündet in ein Ende einer Kammer 20 in dem Ventilgehäuse, und von hier gelangt der Brennstoff, wie nachfolgend beschrieben, zu den Brennern der Gasturbine. Der Ventilteil 12 ist ebenfalls hohl und hat in seiner V/andung in Winkelabstand liegende Öffnungen 21 und an seinem einen Ende eine öffnung für den Eintritt von gasförmigem Brennstoff, der durch die Einlassleitung 22 eintritt. Auch die Hülse 15 hat in Winkelabstand liegende Öffnungen 23, die mit den Öffnungen 21 zusammenwirken,und durch die · der gasförmige Brennstoff strömt..

009836/0900

_ "5 - —

Die beiden Veutilteile 11,12*sowie die dazugehörigen Hülsen 14, 15 liefen winklig zueinander derart, dass "bei Deckung der Öffnungen 19 mit den Offnungen 18 sich die Öffnungen 21 nicht mit den Öffnungen 23 decken, gleichgültig, wie die axiale Lage der ■Ventilteile 11,12 ist. Ks kann also dann kein gasförmiger Brennstoff zu den Brennern strömen, umgekehrt kann bei einer Y/inkellage der "vei.tilteile, in der sich die Öffnungen 21 ganz mit den Öffnungen 23 decken, kein flüssiger Brennstoff zi. den 'irennern fliessen, unabhängig von der axialen Lage der Veiitilteile 11, 12.

Die Zufuhr gasförmigen Brennstoffs zu dem Einlass 22 wird von einem bei. konstantem Druck regelnden Ventil 24 gesteuert. Die Zufuhr flüssigen Brennstoffs erfolgt von einer Pumpe 25 mit veränderlichem Hub, der von einer Servoeinrichtung gesteuert wird, von der der flüssige Brennstoff mittels -einej Steuer-. ventils 26 Überlauft-. Dieses Ventil 26 ist ein Ventil bekannter Art mit einer Lenibran 27» auf deren eii.e Seite der Druck in der Kammer 2^ einwirkt, w uhr end auf der anderen Seite der Druck am ..iulass 17 einwirkt. Das Ventil betätigt einen Hebel 28 mit einem Steuerventil 29, das mit einer Düse 3C so zusammen-

wirkt, dass der Brennstofffluss von der Düse 30 aus gesteuert wird, dass der Druckabfall vom .cinlas's 17 bis zu der Ivanmer 20 konstant bleibt. Sie ■ gegenseitigen axialen Lagen der Hülsen 14₉15 und der trosse der öffnungen 18, 19j 21 und 23 sind so gewählt, dass für Jede-axiale Lage der Ventilteile 11,12- die iienge des flüssigen Brennstoffes bei Abschluss des Stromes des gasförmigen Brennstoffs, genau der Drehzahl der "Gasturbine bei Betrieb mit gasförmiger: ireniistoff ent si-rieht,

009836/0900

BAD ORIGINAL

-4 - .'.:'■■ ■'■.'■

wie er eintritt, wenn die Ventilteile 11, 12 winklig so liegen, dass die Zufuhr flüssigen Brennstoffs abgeschlossen ist. . - ""■

Der Servomechanismus zur Einstellung der axialen lage der Ventilteile 11, 12 besteht aus,"einem Kolben 51, der in der dargestellten Ausführung mit dem Ventil-" teil 11 aus einem Stüc... besteht. Auf eine Seite des Kolbens wirkt der flüssige Brennstoff mit dem Druck in dem Einlass 17 · '-

Durch eine eingeengte Leitung 32 fliesst der flüssige Brennstoff zur anderen Seite des Kolbens 31 und durch eine leitung 33 zu einer in die Kammer 20 führenden Düse 34. Die eingeengte Leitung 32 liegt in dem Kolben 31· Diese Leitung kann aber auch in der Y/and des Gehäuses liegen. Der Fluss des flüssigen .Brennstoffs aus der Düse 34 wird aurch eine servosteuerung 25 gesteuert, die auf einem Heoel 36 in der Kammer 20 liegt» Auf diesen Heoel wirkt eine jeder 37, die zwischen dem Heoel und dem Ventilteil 11 liegt. Die Feder 37 drückt die Ventilteile 11, 12 in Axialrichtung zwecks Verminderung des Breruistoffdörenflusses, und der Hebel drückt das steuerglied 35 zur uüse 34 hin. Eine weitere "/eder 38 aru.ckt.den Hebel 36 in er.tregengesetzte ,Richtung und ist einstellbar zwecks einstellung einer Ausgangslage für den Hebel 36'.

um den nebel 36 ir. entgegengesetzte dichtung zu drücken, ist eine Vorrichtung 4C vorgesehen, die auf den Druck des Kompressors der Gasturbine..anspricht.· Die Vorrichtung 4G besteht aus einer ...erJdran Al, die eine ■ ■ : Kacj&er 42 von einer Xar.mer 43 aotrennt. Die Kammer 43

00 98 36/0900

BAD ORIGINAL

ist über eine Einengung ■ 44- mit der Atmosphäre verbunden. Die Kammer 42 ist über eine Leitung 9 und eine Einengung 45 mit einer Abzweigung der Förderseite des Kompressors verbunden. Die "Vorrichtung 40 wirkt so, dass bei Druck, höher als dem atmosphärischen Druck, auf den Hebel 36 eine Kraft wirkt, die grosser ist als die Kraft der Federn 37, 38. Um den Kraftbedarf der oben erwähnten-besonderen Turbine zu berücksichtigen, ist ein Begrenzungsventil 46 vorgesehen mit einem Ventilsitz 47, gegen den mittels einer Feder ein Ventilabschluss 48 gedrückt wird. Die Feder 49 liegt an einem beweglichen Anschlag 50 des dazugehörigen Keglers, der von der besonderen Turbine angetrieben wird. Dieser Kegler verstellt den Anschlag 50 im Sinne einer Vergrösserung des Drucks der Feder 49, wenn der Brennstoffbedarf der Gasturbine grosser wird. Der Ventilabschluss 48 steuert den Luftstrom hinter der Einengung zur Atmosphäre9 Die auf den Ventilabschluss 48 wirkende Luft hat denselben Druck wie die Luft in der Kammer 42, und dieser Druck hebt den Ventilabschluss 48 vonseinem Sitz ab ο Auf diese Weise ist der Druck in der Kammer 42 immer nur so gross wie bei dem. jeweiligen Kraftbedarf der besonderen Turbine nötig ist, um den Ventilabschluss 48 von seinem Sitz abzuheben. Ein Anschlag 51 in dem Begrenzungsventil 46 begrenzt die Öffnungsbewegung des Ventilabschlusses 48c

Zur Einstellung der Höchstgeschwindigkeit der Gasturbine ist ein Regler 52 vorgesehen, der von der Gasturbine angetrieben wird. Dieser liegler betätigt ein Ventil 53 in der Leitung 33, so dass der Durchfluss begrenzt wird, wenn der Regler regelt. Auf das Ventil 53 wirkt eine Feder 54 sowie eine weitere Feder 55, die mit veränderlicher Kraft auf das Ventil 53 einwirkt je nach der

00 9 8.3 6/09 00

atmosphärischen Temperatur. Diese ^eniperatur wird durch eine nicht dargestellte Birne abgeführt, und so wird ein Drucksignal innerhalb einer Druckdüse 56 erzeugt, durch das ein an einem Socken 58 angeschlossener Arm 57 betätigt wird. Der ftocken 58 bewegt einen Anschlag 59 . zu einer Feder 55 derart, dass bei Ansteigen der atmosphärischen Temperatur die auf das Ventil 53 wirkende' Federkraft kleiner wird. Das verhindert ein Ansteigen der Reglergeschwindigkeit, die auftreten kann, wenn fe die umgebungstemperatur nicht ausgeglichen wird.

Soll die Gasturbine mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, dann werden die Ventilfeile 11, 12 winklig so eingestellt, dass ein Strom gasförmigen. Brennstoffs nicht eintritt. Der flüssige Brennstoff fliesst aus der Kammer 20 über eine Einengung 60 zu einem Brenner 61 und über ein auf den Druck in der Einengung 60 ansprechendes Steuerventil 62 zu der:, rlauptbrehner 62. Bei normalem Dauerbetrieb hängt der Druck in der Kammer 42 ab von de:,. Kompressordruck und von der:i ^r alt bedarf der besonderen Turbine. In den. Servomechanismus -besteht G-leichgewicht, und zwar gleicht der Druckabfall quer--.;., r zum Kolben 31 genau die Federkraft aus, die auf den Ventilteil 11 einwirkt,und auch die Federkräfte, aie auf den Hebel 36 einwirken,- sind genau durch de.- Druck in der Kammer 42 ausgeglichen. Bei Beschleunigung der G-asturbine wird der .anschlag 50 von dem Hegler der besonderen Turbine verstellt, und. zwar so, dass die auf das Ventilabschlussglied 48 wirkende Federkraft grosser wird. Dann hebt der auf die Membran 4I wirkende iruck das Servoventil 35 von der Düse 34 ab, so dass der Fluss durch die eingeengte Leitung 32 grosser wird, mit der Wirkung, dass der Ventilteil 11 so verstellt wird, dass jede grössere Brennstoffmenge hindurchtreten

009836/0900

BAD ORIGINAL

kann. Bei^ Verzögerung der Gasturbine öffnet sich der Ventilabschluss 4-8 zum Anschlag 51 hin, und dadurch entsteht ein Luftpoteritiometer; das aus der Einengung und deik Ventil 4-6 besteht, so dass der Förderdruck des Kompressors zur Kammer 42 hin wirkt. Der regier für Höchstgeschwiridigkeit wirkt so,- dass der Durchfluss durcfi die Leitung 33 eingeengt wird, wodurch sich der Druck quer zum Kolben 31 verringert, und der Ventilteil 11 sich i m Sinne eines kleineren Brennstoffflusses bewegt« '

Wird die Gasturbine ganz mit gasf örmigei.: Brennstoff betrieben, dann werden die Ventilteile 11, 12 in eine Vi'inkellage gedreht, in der'·ein Durchfluss des flüssigen Brennstoffs hinter dem Ventilteil 11 verhindert wird. Ein weiteres Ventil 64 am Auslass der La:;:mer 20 wird so betätigt, dass die Förderung flüssige:. Brennstoffs zu der Einengung bO und zu de... Ventil o2 ab^tsoälossen ist, und die Kammer 20. mit d-eia.u nter niedrigen: Druck stehenden behälter verbunden ist, aus de;:, die Pumpe den Brennstoff absaugt« Dtr beschriebene Servomecnanisir.us steuert voll den Brennstofffluss zu den rrernern, und die Förderung der Pumpe 25 ist beschränkt und hält den gleichen Druckabfall zwiscnen de::, brennstoff einlass bis zur Ka:..mer 20 aufrecht, iadurcix. wird sichergestellt, dass der Betrieb dt,s .Servosystems ricr.t von dem'"7,'echsel der Brennstoff art" beeinflusst.wird»

Die Gasturbine kar.:. auch bei ofienen: Ventil 64 betrieben werden, d.i:. bei Förderung flüssige.- ifrenr.stoffs, wobei dann die ". entilteile II, 12 sich in einer Lage zwischen der, be.-den u-renslagen beiir.den. Zs ist also verhä-ltnismässig einfach, vo„ Betrieb j_it einem Brennstoff sum Betrieb ir.it einen: anderen Brennstoff überzufrehen,

0 098 3 6 /090Q

BAD

und zwar bei laufender Gasturbine, und zwar unabhängig davon, ob die Gasturbine beim Brennstoffwechsel mit normaler Betriebsdrehzahl läuft* oder ob sie beschleunigt oder verzögert wird. Wenn die Brenner bei gasförmigem Brennstoff gezündet werden sollen, wird druckgesteuertes Gas über die Einengung 65 in die Kammer 43 eingeleitet» Die Einengungen 65 und 44 bilden zusammen ein Potentiometerj durch das der auf die Kammer 43 wirkende Brück den Förderdruck verringert. Es gelangt also weniger Gas zu den Brennern, und daäurch wird die Zündung erleichtert. : «-.:

Bei der ÄusführungEiform nach Jig»2 hat ein Regler 75 für Höchstgeschwindigkeit ein Ventilglied J6₉ das den Fluss zur Atmosphäre steuert, und zwar über eine an die Leitung 9 angeschlossene Leitung 77. Der Regler 75 wirkt also zusammen mit dem Ventil 46 und steuert im ' Betrieb den Druck in der Kammer 42ν Während Beschleunigung und während Verzögerung vergrössert oder verkleinert das Ventil 46 den Brennstßfffluss zum Brenner 63» Bei grosser .werdender Geschwindigkeit erlaubt das Ventil 76 einen grösseren fluss durch die Leitung 77<, und dadurch verringert sich der I3ruck_s der auf die •^eiiibran 41 .wirktv. Bä&urch wird der Hebel 36 so bewegt^ ■ dass er- das■_ Steuerglied 35 gegen die Düsa 34 drückt _s wodureh der Ilusa des Brennstoffs durch die Leitung 33 •kleiner wird« Bei kleinerem Plussäuroh die Leitung 33 bewegen sich die Ventilteile U, 12 im Sinne einer Verringerung des Brennstoffflusse.s.■".

Bei der lusfuhimhgsform aach fig^3 ersetzt ein servo-

aas Ventil 40

betätigtes Ventil 66/in fig«I₉ Hier steuert sine Membran die über eine Stange 68 mit einem konisehen Ventilteil ,verbunden isty den Strom hinter der Einengung 45 zur

Q09838/OSO0

Atmosphäre. Auf die Membran 67 wirkt auf einer Seite der volle Kompressordruck, und auf der anderen Seite der atmosphärische Druck. Aussenden wirkt eine Feder auf die Membran und drückt das Ventil 69 in seine offene lage, und eine Feder 71 drückt die Membran in die entgegengesetzte Richtung. Diese Feder 71 ist durch den Teil 72 des Reglers der besonderen Turbine einstellbar. In Gleichgewichtslage hängt die Stellung des Ventils von dem Kraftaufwand der Turbine ab, so dass sich der Förderdruck und der Druck zur Kammer 43 hin beständig ändert je nach dem Kraftbedarf der Gasturbine und dem Kompressordruck. Anschläge 73> 74 begrenzen das Öffnen und Schliessen des Ventils 69 bei Beschleunigung und bei Verzögerung. ,

Ein dem¹ Ventil 66 entsprechendes Ventil könnte benutzt werden, um die veränderliche Einengung in der Leitung zu verändern, womit die gleiche Wirkung erzielt wäre.

Patentansprüche :

0098 367 0900

Claims

Brennstoffzufuhr für eine Gasturbine mit wahlweisem Betrieb mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff, dadurch, gekennzeichnet, dass ein servobetätigtes

^ Ventil (10) mit einem Ventilteil (11): für flüssigen

Brennstoff und mit einem Ventilteil (12) für gasförmigen Brennstoff vorgesehen ist, und dass beide Ventilteile (11,12) miteinander gekuppelt und sowohl in axialer Richtung als auch winklig derart bewegbar sind, dass bei den gegenüberliegenden Enästellungen der winkligen Bewegung beider Ventilteile keiner der beiden Brennstoffe gefördert wird, während in einer bestimmten durch Servobetätigung sieh er-. gebenden axialen Stellung der beiden Ventilteile die von einem der Ventilteile bestimmte, zur Gasturbine gelangende Brennstoffmenge in einer winkligen End stellung hinsichtlich des Brennstoff Verbrauchs

fc der Gasturbine gleich ist der Brennstoffmenge, die

von dem anderen-Ventilteil in der anderen winkligen Einstellung zur Gasturbine gelangt»

2. Brennstoffzufuhr nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Servobetätigung des Ventils (10) durch einen der beiden Brennstoffe erfolgt.

3. Brennstoffzufuhr nach Anspruch 1 oder 2* dadurch gekennzeichnety dass die Servobetätigung des - ■

■:■ ^ Ventils: (10) die Ventilteile (11,12) auf inind von j

Signalen verstellt, die von der. Gasturbine, oder . [■

von einer von dieser angetriebenen Vorrichtung, - -'

' abgegeben werden« '

009836/0900

4-. Brennstoffzufuhr nach 'Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet^ dass der Servomechanismus aus einem mit den Ventilteilen (11,12) verbundenen kolben (51) laesteht, der durch die Druckdifferenz quer zum Kolben bewegt wird, wobei die Druckdifferenz durch eine Einengung der Leitung (32) für einen der Brennstoffe und durch eine oder mehrere Vorrichtungen zur Veränderung des Durchflusses eines der Brennstoffe erzeugt wird»

5. Brennstoffzufuhr nach Anspruch 4» dadurch gekennzeiehnets dass dir !Durchfluss durch die eingeengte Leitung (32) des einen Brennstoffs auch aufrecht- *öriialten ν±τ&₉ wenn fl©r Durchfluss dieses Brennstoffs durch seinen featiltsil (H₉12) unterbrochen ist. ;-. . .;.... ■; " '■■" ^;" /.'"■■■ '-. ■"■'

_:β* Brennstoff auf uhr nach.'Anspruch 4 oder S₅ öadureh ■". gekennzeichnet, dass der Druck des §ia<ga-Brennstoffs .so geregelt wird, dass der G®samtdrmckabfall■■ durch die Einengung, im wesentlichea konstant bleibt*

?· Brennstoff auf uhr nach einem der Ansprüche ü. bis 6,

dadurch: gekennzeichnet _&^-.dass .Ssr Serromechanismus .. .-. «inen^Eeb©l (36) hat« t®r auf beide Y^ntilteile und auf'einen auf Brüsk ansprechenden feil ein-■ "■■ ,"'..wirkt, der ein Druckluftsignal' empfängt_o- '·.

8. Brennstoff zufuhr nach. Anspruch 7» dadurch gekenn.-.'zeichnet_t äasis über eine Druckregulierung- ©in be- '.ätimmter Anteil des Druckluft signals auf den auf ansprechend®n S@il übertragen wiräo. ' ·

9· Brennstoffzufuhr nach Anspruch. 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregulierung durch ein Absehlussglied (48) für einen Luftdurchlass erfolgt entsprechend der Grosse des Druckluftsignals und eines dem Kraftbedär? der Gasturbine porportionalen Signals der Gasturbine, oder einer von dieser angetriebenen Vorrichtung.

10. Brennstoffzufuhr nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (36) druckregulierend den fluss eine» der Brennstoffe durch die Einengung verändert·

11« Brennstoffzufuhr nach einem der Ansprüche 4 bis 10» dadurch gekennzeichnet* dass eine der den Durchfluss eines der Brennstoffe verändernden Vorrichtungen ein Ventil ist» das auf die Drehzahl der Gasturbine, oder einer von dieser angetriefeenen Vorrichtung, anspricht·

12. Brennstoffzufuhr nach einem der Ansprüche 4 bis 1O₉ dadurch gekennzeichnet,·. dass eine der den Durchfluss eines der Brennstoffe verändernden Vorrichtungen ©in Ventil i^t, das auf Seiaperaturänderungen anspricht«

13· Brennstoffzufuhr nach einem der Ansprüche 7 bis 14_S dadurch gekennzeichnet, dass dem auf Druck ansprechenden Teil ein Gas unter konstantem Druck zugeführt lird, und dass dieses Gas dem Druckluft-

. .- signal entgegenwirkt· .;■. '"■·. ■_.-,■. -...-- _;

009836/0900

Le e rs e ite ■