DE19829177A1

DE19829177A1 - Düse mit einer Einrichtung zum Zurückhalten von Festteilchen in einem Strömungsmedium

Info

Publication number: DE19829177A1
Application number: DE19829177A
Authority: DE
Inventors: Peter Althaus
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-05

Abstract

Die auf einer Ringbahn liegenden Brennstofflanzen für flüssige Strömungsmedien bei einer Gasturbine sollten immer gemeinsam arbeiten; es sollte also keine Aussetzer geben. Deshalb muß ein Verstopfen einer Düse dieser Lanzen durch ein zu großes Festteilchen vermieden werden. Dieses wird dadurch erreicht, daß jeder Düse ein Bypass in Form einer Rinne (8, 9) zugeordnet wird. Wenn die Eingangsöffnung (4) der Düse von zu großen Festteilchen verstopft ist, wird ein Durchfluß der flüssigen Strömungsmedien über die Rinne des Bypasses (8, 9) aufrechterhalten, da die Rinne (8, 9) keinen verschließbaren Sitz für Festteilchen bildet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Düse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Problem beim Ausfiltern von Festteilchen liegt darin, dass letztere zum Bei spiel das Maschengitter eines Filters verstopfen, da jedes mehr oder weniger von der Kugelform abweichende Festteilchen wie ein Schliesskörper auf dem Filter gitter Sitz findet und dieses so verstopft. In oft kurzen Intervallen muss deshalb der Filter von diesen aufsitzenden Festteilchen gereinigt werden.

Stand der Technik

Es ist bei Gasturbinen bekannt, in der Brennstoffzuleitung und in der Wasserzulei tung für jede Brennstofflanze einen solchen Filter zu verwenden, bei dem inner halb eines Filtergehäuses im radialen Abstand ein zylindrischer Filterkorb aus ei nem Drahtgitter steht, dessen Stirnfläche verschlossen ist, so dass der Filterkorb von aussen nach innen durchströmt wird, so dass sich die Festteilchen am Mantel des Filterkorbes absetzen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis alle lochartigen Durchgänge des Filterkorbes von den Festteilchen verstopft sind. Ein solcher Fil terkorb ergibt wegen der zunehmenden Verstopfung grosse Strömungsverluste (hoher Druckverlust). Ein solcher Filterkorb kann weiterhin bei auftretenden Druck stössen beschädigt werden. Um mit solchen Filtern trotzdem während einer ak zeptablen Zeit arbeiten zu können, muss ein solcher Filter stark überdimensioniert ausgelegt werden, was zu sperrigen Abmessungen führt. Bei kommunizierenden Brennstoffleitungen wird von Zeit zu Zeit eine Zirkulation von heissen Gasen be obachtet, durch die das feine Filtermaterial überhitzt werden kann, so dass der Fil terkorb zum Teil beschädigt wird und damit nicht mehr durchlässig ist.

Darstellung der Erfindung

Es wird die Schaffung einer Düse bezweckt, mit der diese Nachteile vermieden werden können. Die erfindungsgemässe Ausbildung der Düse ist dadurch ge kennzeichnet, dass das Düsengehäuse mit zumindest einer Bypassleitung für das Strömungsmedium versehen ist, die zur Eingangsöffnung parallel geschaltet ist, dass der Durchtrittsquerschnitt der Ausgangsöffnung grösser ist als der Durch trittsquerschnitt der oder jeder Bypassleitung, zum Abscheiden von Festteilchen mit einer grösseren Querschnittfläche als die der Ausgangsöffnung, und dass die Bypassleitung als Rinne ausgebildet ist.

Mit dieser Massnahme wird sozusagen ein Blockierungsschutz an der Düse ge schaffen, durch den Festteilchen, die grösser als der Düsengang sind, aus dem Strömungsmedium herausgehalten werden können.

Die Ausbildung der Bypassleitung als Rinne ist sehr wichtig. Würde man dagegen die Bypassleitung als Querbohrung im Düsengehäuse ausbilden, die radial aus sen in einer im Durchmesser zurückgenommenen Schulter ausmündet, um eine Durchströmung der Düse von aussen nach innen zu erhalten, würde die Mündung der Querbohrung wie beim bekannten Filter wiederum einen Sitz für ein Festteil chen bilden können, das somit wiederum die Düse verstopft. Aus verschiedenen Gründen hat ein Festteilchen (Partikel, Korn, Granulat) mehr oder weniger eine Kugelform und bildet somit in nachteiliger Weise einen Schliesskörper für eine Bohrungsmündung; und gerade das soll bei der erfindungsgemässen Düse ver mieden werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen stand es dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine in einer Rohrleitung montierte Düse, in schaubildlicher Darstel lung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Düse, wobei die vom Strömungs medium beaufschlagbare Anströmfläche (Stirnfläche) der Düse an ders gestaltet ist,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Düse, deren Anströmfläche wieder um eine andere Form hat, und

Fig. 4 eine Stirnansicht auf die Düse nach Fig. 3.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Düse 1 in Fig. 1 sitzt montiert in einer Rohrleitung 2, die in Richtung eines Pfeiles 3 von einem Strömungsmedium durchströmt wird. Die Düse 1 ist ein stückig und besteht somit nur aus einem Düsengehäuse, das eine Eingangsöff nung 4, eine Ausgangsöffnung 5 und einen dazwischen liegenden Düsengang 6 aufweist. Das Düsengehäuse 1 hat eine Längsachse 7. Das Düsengehäuse 1 hat zwei Bypassleitungen 8 und 9, die als Rinnen ausgebildet sind, die an der be nachbarten Anströmfläche 10 des Düsengehäuses 1 ausmünden. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die beiden Rinnen 8 und 9 die Eingangsöffnung 4 und den Dü sengang 6 schneiden.

Die beiden Rinnen 8 und 9 sind zur Eingangsöffnung 4 parallel geschaltet, denn wenn die Eingangsöffnung 4 von einem Festteilchen verschlossen sein sollte, um geht das Strömungsmedium diese Öffnung 4 über die Rinnen 8 und 9. Der Durch trittsquerschnitt der Ausgangsöffnung 5 ist grösser als der Durchtrittsquerschnitt jeder der Rinnen 8 und 9. Wenn also ein Festteilchen so klein ist, dass es durch eine der Rinnen 8, 9 hindurchtreten kann, dann kann es auch die Düse über die Ausgangsöffnung 5 verlassen. Trifft dagegen ein Festteilchen mit einer grösseren Querschnittfläche als die der Ausgangsöffnung 5 auf die Eingangsöffnung 4 oder auf eine der Rinnen 8, 9, so wird es vor dem Düsengang 6 festgehalten, also aus dem Strömungsmedium herausgehalten und kann somit auch nicht die Düse ver stopfen.

Der Durchtrittsquerschnitt der Eingangsöffnung 4 ist gleich oder kleiner als der Durchtrittsquerschnitt der Ausgangsöffnung 5, damit ein in den Düsengang 6 ge langendes Festteilchen in jedem Fall diesen Düsengang 6 über die Ausgangsöff nung 5 in Richtung der Verarbeitung des Strömungsmediums verlassen kann. Den Durchtrittsquerschnitt der Rinne 8 oder 9 kann man so definieren, dass eine Referenz-Kugel, die gerade noch durch den Düsengang 6 bewegt werden kann, an keiner Stelle in die Rinne 8 oder 9 eingeführt werden kann.

Beim Beispiel nach Fig. 1 liegt die Anströmfläche 10 der Düse rechtwinklig zur Dü senlängsachse 7.

Beim Beispiel nach Fig. 2 hat das Düsengehäuse 11 bis auf die schräg zur Filter längsachse 7 liegende Anströmfläche 12 den Aufbau wie beim Beispiel nach Fig. 1, wobei aber beim Beispiel nach Fig. 2 die Rinnen 13 und 14 ebenfalls schräg zur Düsenlängsachse 7 liegen. Ebenfalls liegt der Mündungsrand der Eingangsöff nung 15 schräg zur Düsenlängsachse 7. Durch die schräge Lage der Rinnen 13 und 14 bezüglich der Strömungsrichtung 3 wird auf abgeschiedene Festteilchen eine radiale Bewegungskomponente übertragen, so dass gewünschtenfalls abge schiedene Festteilchen über die Rinne 13 in einen nicht dargestellten Sammel raum abgeleitet werden können.

Beim dritten Ausführungsbeispiel der Düse nach den Fig. 3 und 4 sind vier By passleitungen in Form von Rinnen 16-19 vorhanden, die zusammen einen Kreuzschlitz in der Anströmfläche 20 eines Düsengehäuses 21 bilden. Die An strömfläche bildet einen Kegelstumpfmantel, wobei die Rinnen 16-19 in der Er zeugenden des Kegelstumpfes liegen. Die Rinnen 16-19 schneiden eine Ein gangsöffnung 22 und auch einen Düsengang 23. Bei einer derartigen Ausbildung des Düsengehäuses werden abgeschiedene Festteilchen zur inneren Wandung der Rohrleitung 2 (Fig. 1) abgedrängt, so dass die Eingangsöffnung 22 erleichtert freigehalten werden kann.

Neben der geradlinigen Ausbildung der Rinnen in den Fig. 1-4 können bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel die Rinnen der Bypassleitungen auch wendelförmig verlaufen, so dass dem über die Rinnen fliessenden Strömungsme dium ein Drall verliehen wird.

Die erfindungsgemässe Düse kann mit Vorteil zum Fernhalten von Festteilchen aus flüssigen Strömungsmedien bei einer Gasturbine verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

,

11

,

21

Düse, Düsengehäuse

2

Rohrleitung

3

Durchströmungsrichtung

4

,

15

,

22

Eingangsöffnung

5

Ausgangsöffnung

6

,

23

Düsengang

7

Längsachse

8

,

9

,

13

,

14

,

16-19

Bypassleitung

10

,

12

,

20

Anströmfläche

Claims

1. Düse, mit einer Einrichtung zum Zurückhalten von Festteilchen in einem Strömungsmedium, wobei ein Düsengehäuse (1, 11, 21) mit einer Ein gangsöffnung (4, 15, 22) und einer Ausgangsöffnung (5) und einem dazwi schenliegenden Düsengang (6, 23) für das Strömungsmedium versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (1, 11, 21) mit zumin dest einer Bypassleitung (8, 9; 13, 14; 16-19) für das Strömungsmedium versehen ist, die zur Eingangsöffnung (4, 15, 22) parallel geschaltet ist, dass der Durchtrittsquerschnitt der Ausgangsöffnung (5) grösser ist als der Durchtrittsquerschnitt der oder jeder Bypassleitung (8, 9; 13, 14, 16-19), zum Abscheiden von Festteilchen mit einer grösseren Querschnittfläche als die der Ausgangsöffnung (5), und dass die Bypassleitung als Rinne (8, 9; 13, 14; 16-19) ausgebildet ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Rinne aus gebildete Bypassleitung (8, 9; 13, 14; 16-19) die Eingangsöffnung (4, 15, 22) und/oder den Düsengang (6, 23) schneidet.

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (8, 9; 13, 14; 16-19) an der benachbarten Anströmfläche (10, 12, 20) des Düsen gehäuses (1, 11, 21) ausmündet.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (8, 9; 13, 14; 16-19) mit einer ihrer Längsseiten in der Anströmfläche (10, 12, 20) des Düsengehäuses (1, 11, 21) ausmündet.

5. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rinnen (16-19) von Bypassleitungen einen Kreuzschlitz bilden (Fig. 3, 4).

6. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingangsöffnung (4) aufweisende Anströmfläche (10) des Düsen gehäuses (1) und die Rinne (8, 9) der Bypassleitung rechtwinklig zur Dü senlängsachse (7) liegen (Fig. 1).

7. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingangsöffnung (15) aufweisende Anströmfläche (12) des Düsen gehäuses (11) und die Rinne (13, 14) der Bypassleitung schräg zur Dü senlängsachse (7) liegen (Fig. 2).

8. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingangsöffnung (22) aufweisende Anströmfläche (20) ein Kegel stumpfmantel ist, in deren Erzeugende die Rinnen (16-19) von Bypasslei tungen liegen, die zusammen einen Kreuzschlitz bilden (Fig. 3, 4).

9. Verwendung der Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für flüssige Strömungsmedien bei einer Gasturbine.