DE3916410C2 - Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein derartiges Brennstoffsystem ist aus der DE 26 51 728 A1 bekannt. Wenn bei derartigen Brennstoffsystemen nach dem Hochlaufen des Triebwerks die Brennstoffzufuhr nach den An­ laßbrennstoffeinspritzdüsen unterbrochen wird, dann besteht die Gefahr, daß die Anlaßbrennstoffeinspritzdüsen sich mit Kohlenstoff zusetzen, wodurch örtlich in der Verbrennungs­ einrichtung heiße Stellen auftreten können. Um diese Kohlen­ stoffablagerung zu vermeiden, war es bisher üblich, geringe Brennstoffmengen weiter durch die Anlaßbrennstoffzuführungs­ leitung nach den Anlaßeinspritzdüsen zu fördern, wodurch auch eine Kühlung der Anlaßbrennstoffzuführungsleitung be­ wirkt wurde. Dies kann jedoch zu einem unerwünschten Anstei­ gen der Raucherzeugung des Triebwerks führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Brennstoffsystem derart auszubilden, daß die Brenn­ stoffströmung nach der Anlaßbrennstoffzuführungsleitung abge­ stellt werden kann, ohne daß sich eine Kohlenstoffablagerung in den Einspritzdüsen ergibt und daß örtlich überhitzte Stel­ len auftreten.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Auf diese Weise wird erreicht, daß nach der Unterbrechung der Start­ brennstoffzufuhr Gase, insbesondere Luft, durch die Düsen im Gegenstrom in die Einlaßleitung strömt und nach dem Abzugs­ system gelangt, wodurch gleichzeitig eine Kühlung und Reini­ gung gewährleistet wird.

Der in der Abzugsleitung angeordnete Strömungsbegrenzer kann gemäß Anspruch 4 ein Magnetventil sein, das mit dem Absperr­ ventil in der Anlaßbrennstoffzuführungsleitung derart gekoppelt ist, daß es geöffnet wird, wenn das Absperrventil schließt.

Gemäß dem Anspruch 5 kann der Strömungsbegrenzer in einer ver­ einfachten Ausführungsform auch als Drossel ausgebildet sein. Hierdurch wird zwar beim Anlassen eine gewisse Brennstoffmenge nach dem Abzug gelangen, jedoch ist diese Brennstoffmenge relativ gering.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Gas­ turbinentriebwerks;

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffsystems;

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Brennstoffsystems.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 herkömmlicher Bauart, das in Axialströmungsrichtung hintereinander einen Luftein­ laß 11, einen Luftkompressor 12, eine Verbrennungseinrichtung 13, eine Turbine 14 und eine Abgasdüse 15 aufweist. Das Trieb­ werk 10 arbeitet in üblicher Weise und die durch den Lufteinlaß (11) in das Triebwerk (10) eintretende Luft wird durch den Kompressor (12) verdichtet, bevor sie in die Verbrennungseinrichtung (13) eintritt, welche mehrere einzelne (nicht dargestellte) Brernnkammern aufweist. Dort wird die Luft mit Brennstoff vermischt und dort findet die Verbrennung statt. Die sich hieraus ergebenden Abgase expandieren dann durch den Turbinenteil, der den Kompressor antreibt, bevor die Gase durch die Abgasdüse (15) ausgestoßen werden. Die Abgasdüse (15) richtet die Abgase nach einer nicht dargestellten Nutzleistungsturbine, die benutzt werden kann, um einen elektrischen Generator oder statt dessen ein Getriebe anzutreiben, das beispielsweise mit einem Schiffsantrieb verbunden ist.

Ein Teil des Brennstoffsystems des Gasturbinentriebwerks (10) ist schematisch bei (16) in Fig. 2 dargestellt. Brennstoff, beispielsweise Dieselöl, welches durch eine (nicht dargestellte) geeignete Pumpe unter Druck gesetzt ist, strömt längs einer Brennstoffleitung (17) in Richtung des Pfeiles (18). Eine T-Verbindung (19) teilt die Brennstoffströmung auf, wobei ein Teil über eine Brennstoffleitung (20) nach einem Druckerhöhungsventil (21) strömt, während der Rest über eine weitere Brennstoffleitung (22) nach einem Magnetventil (23) fließt.

Das Druckerhöhungsventil (21) ist von jener Bauart, die die Möglichkeit schafft, einen Brennstoffdurchfluß zuzulassen, wenn der Brennstoffdruck in der Leitung (20) über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Brennstoff, der durch das Druckerhöhungsventil (21) abgeströmt ist, tritt in eine Brennstoffleitung (24) ein, die Brennstoff nach der Hauptbrennstoffleitung (25) richtet. Eine Anzahl von Brennern, die schematisch bei (26) dargestellt sind, richtet dann Brennstoff aus der Hauptbrennstoffleitung (25) in das Innere der Brennkammern der Verbrennungseinrichtung (13), wobei jeweils ein Brenner (26) Brennstoff in eine Brennkammer einspritzt.

Die Brenner (26) bilden die Hauptbrennstoffquelle für die Verbrennungseinrichtung und sie sollen im gesamten Arbeitsbereich des Gasturbinentriebwerks (10) wirksam sein.

Das Magnetventil (23) wird im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks (10) geschlossen, so daß sämtlicher Brennstoff längs der Leitungen (17, 20 und 24) in die Hauptbrennstoffleitung (25) einströmt. Beim Anlassen des Gasturbinentriebwerks (10) wird jedoch das Magnetventil (23) geöffnet, so daß Brennstoff längs der Leitung (22) und durch das Magnetventil (23) in eine weitere Brennstoffleitung (27) abfließen kann. Eine T-Verbindung (28) teilt die Brennstoffströmung in der Brennstoffleitung (27), wobei ein Anteil nach einem weiteren Magnetventil (29) nach einer Brennstoffleitung (32) abströmt, während der Rest über eine Brennstoffleitung (33) einer Anlaßleitung (30) zugeführt wird. Immer wenn das Magnetventil (23) offen ist, dann ist das Magnetventil (29) geschlossen, so daß sämtlicher Brennstoff, der durch das Magnetventil (23) strömt, nach der Anlaßleitung (30) gerichtet wird. Mehrere Einspritzdüsen (31) richten dann den Brennstoff aus der Anlaßleitung (30) in die Brennkammern der Verbrennungseinrichtung (13), wobei jeweils eine Einspritzdüse (31) Brennstoff in eine Brennkammer einströmen läßt.

Wenn das Gasturbinentriebwerk (10) angelassen ist, dann ist das Magnetventil (23) geöffnet, so daß der Brennstoff sowohl nach der Hauptbrennstoffleitung (25) als auch nach der Anlaßbrennstoffleitung (30) fließt und demgemäß nach der Triebwerksverbrennungseinrichtung (13). Der Druck des Brennstoffs wird so gewählt, daß das Druckerhöhungsventil (21) den Brennstoff zwischen der Haupt- und der Anlaßbrennstoffleitung in der Weise aufteilt, daß genügend Brennstoff dem jeweiligen Bereich der Verbrennungseinrichtung (13) zugeführt wird, um die Verbrennung einzuleiten. Sobald die Verbrennung eingeleitet ist und sich trägt, wird das Magnetventil (23) geschlossen, so daß sämtlicher Brennstoff von nun an durch die Brennstoffleitungen (20 und 24) nach der Hauptbrennstoffleitung (25) und den Brennern (26) gelangt.

Um die Brennstoffleitungen (32 und 33) stromab des Magnetventils (23) zu reinigen, wird das Magnetventil (29) geöffnet, wenn das Magnetventil (23) geschlossen wird. Das Magnetventil (29) verbindet die Brennstoffleitung (32) mit einer Leitung (34), die nach einem Brennstoffabzugssystem (nicht dargestellt) führt. Die Anlaßbrennstoffeinspritzdüsen (31) sind derart in der Verbrennungseinrichtung (13) angeordnet, daß sie in einem Bereich hohen Druckes liegen, wo Luft ohne Brennstoff befindlich ist. Da dies so ist, wird durch Öffnen des Magnetventils (29) die Hochdruckluft in direkte Strömungsverbindung mit einem Niederdruckbereich (das Brennstoffabzugssystem) gebracht, so daß die Hochdruckluft durch die Anlaßbrennstoffeinspritzdüsen (31) und die Leitungen (32, 33 und 34) in das Brennstoffabzugssystem strömt.

Diese Strömung von Hochdruckluft aus der Verbrennungseinrichtung (13) hat zweierlei Funktionen: Es werden die Leitungen (32 und 33) und die Anlaßleitung (30) und die Einspritzdüsen (31) von Brennstoff gereinigt und es wird gewährleistet, daß jeder Brennstoff, der am Magnetventil (23) im Leckstrom vorbeifließt, in das Brennstoffabzugssystem gelangt und nicht in die Verbrennungseinrichtung (13).

Obgleich die zum Spülen der Brennstoffleitungen (32, 33 und 34) benutzte Luft von einer Hochtemperaturquelle (der Verbrennungseinrichtung (13)) abgenommen wird, gewährleistet die Tatsache, daß sie durch die Einspritzdüsen (31) gelangt, wo sie einem Druckabfall und einer Expansion unterworfen wird, daß die Temperatur vermindert ist, wenn sie durch die Leitungen (32, 33 und 34) und das Magnetventil (29) strömt.

Das in Fig. 3 mit (35) bezeichnete erfindungsgemäße Brennstoffsystem hat Teile, die dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entsprechen, und diese übereinstimmenden Teile haben gleiche Bezugszeichen.

Das Brennstoffsystem (35) unterscheidet sich von dem Brennstoffsystem (16) gemäß Fig. 1 durch Ersatz des Magnetventils (29) im Brennstoffsystem (16) durch eine Strömungsdrossel (36). Diese Modifikation gewährleistet, daß dann, wenn das verbleibende Magnetventil (23) beim Start des Gasturbinentriebwerks (10) offen ist, eine geringe Menge von Brennstoff durch die Drossel (36) und in das Brennstoffabzugssystem gelangt und dadurch verlorengeht. In der Praxis ist das Magnetventil (23) jedoch nur eine kurze Zeitdauer offen, so daß der Brennstoffverlust unbedeutend ist.

Wenn das Magnetventil (23) im Normalbetrieb geschlossen wird, dann ist die Drossel (36) genügend groß, um eine ausreichende Menge von Spülluftströmung durch die Leitungen (32, 33 und 34) und die Anlaßleitung (30) sowie die Einspritzdüsen (31) zu schicken.

Der Vorteil der Benutzung einer Strömungsdrossel (36) gegenüber einem Magnetventil besteht in der Vereinfachung des Systems und in einer Erhöhung der Betriebssicherheit.

Claims (6)

1. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Hauptbrennstoffzuführungsleitung (25), über die im Betrieb Brennstoff nach der Brennkammer (26) der Verbrennungs­ einrichtung (13) gefördert wird und mit einer Anlaßbrennstoff­ zuführungsleitung (30, 33), über die beim Anlassen des Trieb­ werks Brennstoff nach Einspritzdüsen (31) der Verbrennungs­ einrichtung (13) gefördert wird und mit einem Absperrventil (23), das nach dem Anlauf während des Betriebes die Anlaß­ brennstoffzuführungsleitung (30, 33) unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absperrventil (23) und den Starteinspritzdüsen (31) von der Anlaßbrennstoff­ zuführungsleitung (33) eine Abzugsleitung (34) mit einem Strömungsbegrenzer (29; 36) abzweigt, die nach einem Abzugs­ system führt, das unter einem Druck steht, der niedriger ist als der betriebsmäßig in der Brennkammer (26) herrschende Druck, so daß Druckgase die Einspritzdüsen (31) und die Anlaßbrennstoffleitung (30, 33) in Gegenrichtung durchströ­ men und reinigen.

2. Brennstoffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (23) ein Magnetventil ist.

3. Brennstoffsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbegrenzer (29, 36) eine Brennstoffströmung durch die Leitungen (32, 33, 34) verhindert, die die Anlaßbrennstoffzuführungsleitung (30) mit dem Abzugssystem verbinden, wenn die Brennstoffzufuhr nach der Anlaßbrennstoffzuführungsleitung (30) durch das Ventil (23) unterbrochen ist.

4. Brennstoffsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbegrenzer ein Magnet­ ventil (29) ist, das mit dem Absperrventil (23) derart ge­ koppelt ist, daß beim Schließen des einen Ventils (23) das andere Ventil (29) öffnet.

5. Brennstoffsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbegrenzer eine Strö­ mungsdrossel (36) ist.

6. Brennstoffsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgase, die aus der Ver­ brennungseinrichtung (13) herrühren, vorwiegend von Luft ge­ bildet sind.