DE4406985A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Gasturbinen-Brennkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrich­ tung einer Gasturbinen-Brennkammer mit einer ein Absperr­ organ aufweisenden, eine Einspritzdüse mit flüssigem Kraftstoff versorgenden Kraftstoffleitung.

Zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen von Gasturbinen werden zunehmend kraftstoffgestufte Brennkammern einge­ setzt. Dabei wird erst mit Erreichen einer gewissen Schubanforderung ein zweiter Brennersatz einem dauernd betriebenen ersten Brennersatz zugeschaltet. Nach einem Abschalten des zweiten Brennersatzes noch in den Ein­ spritzdüsen verbleibender Kraftstoff kann aufgrund der hohen Temperaturen in den Gasturbinen-Brennkammern verko­ ken und hierdurch die Einspritzdüsen des zweiten Brenner­ satzes zusetzen. Eine bekannte Abhilfemaßnahme hiergegen ist die Verwendung gekühlter Einspritzventile.

Als weitere Maßnahme zur Verhinderung des Verkokens einer im Gasturbinenbetrieb zeitweise abgeschalteten Einspritz­ düse käme ein Ausblasen des Kraftstoffes aus dieser Ein­ spritzdüse sowie aus der sich daran anschließenden Einspritzleitung in Betracht. Dieses Ausblasen kann mit Hilfe der sog. Absperr- und Drainageventile, von denen eines in der DE-OS 35 21 193 gezeigt ist, durchgeführt werden. Jedoch wird mit der bekannten Anordnung eines Drainageventiles die gesamte, mehrere Einspritzdüsen ver­ sorgende Ringleitung freigeblasen, was für den vorliegen­ den Anwendungsfall nicht praktikabel ist, da ein Zuschal­ ten des zweiten Brennersatzes dann erst deutlich verzö­ gert möglich wäre. Vielmehr ist es für den vorliegenden Anwendungsfall erwünscht, im wesentlichen nur die in der Einspritzdüse bzw. im Spitzenbereich der Einspritzdüse befindliche Kraftstoffmenge aus der Einspritzdüse zu ent­ fernen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Drainageven­ tile ist darin zu sehen, daß eine separate Drainagelei­ tung benötigt wird.

Weiterhin ist es bekannt, an Ölbrennern eine Ölrücknahme­ vorrichtung vorzusehen. Mit einer derartigen aus der DE-OS 31 06 870 bekannten Ölrücknahmevorrichtung wird nach einem Absperren der zur Einspritzdüse führenden Brenn­ stoffleitung der noch in der Einspritzdüse befindliche Brennstoff aus der Einspritzdüse abgezogen. Jedoch baut diese für Ölbrenner bekannte Ölrücknahmevorrichtung zum einen äußerst aufwendig und kann zum anderen für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Gasturbinen-Brenn­ kammer nicht ohne weiteres verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung einer Gasturbinen-Brennkammer geeignete Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer nach einem Absperren der zur Einspritzdüse führenden Kraft­ stoffleitung die noch in der Einspritzdüse befindliche Kraftstoffmenge auf einfache Weise aus der Einspritzdüse bzw. aus deren Spitzenbereich entfernt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß in der Kraftstoffleitung stromab des Absperrorganes ein nach Art eines Rückschlagventiles arbeitendes, mit einer Bewegung in seine Schließposition eine Kraftstoffmenge aus der Einspritzdüse abziehendes Rückzug-Ventil vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Un­ teransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Prinzipskizze eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, die im folgenden beschrieben wird.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Kraftstoffleitung be­ zeichnet, über die von einer nicht gezeigten Förderein­ richtung sowie über ein ebenfalls nicht gezeigtes Kraft­ stoff-Zumeßorgan einer in einer Brennkammer einer Gastur­ bine mündenden Einspritzdüse 2 Kraftstoff zugeführt wird. In dieser Kraftstoffleitung 1 befindet sich ein Absperr­ organ 3, mit Hilfe dessen derjenige Brennersatz der Gasturbine, dem die Einspritzdüse 2 zugeordnet ist, abge­ schaltet werden kann. Wie eingangs geschildert, soll bei einem Abschalten dieses Brennersatzes der in der Ein­ spritzdüse 2 noch befindliche Kraftstoff aus der Ein­ spritzdüse 2 entfernt werden, um ein Verkoken dieser Ein­ spritzdüse 2 zu verhindern.

Daher ist in der Kraftstoffleitung 1 stromab des Absperr­ organes 3 und insbesondere nahe der Einspritzdüse 2 ein sog. Rückzug-Ventil 4 angeordnet.

Dieses Rückzug-Ventil 4 besitzt ein Ventilgehäuse 5, in­ nerhalb dessen ein Ventilkörper 6 in bzw. gegen Pfeil­ richtung 7 in einer Führungshülse 14 längsverschiebbar geführt ist. Diese besitzt Kraftstoff-Durchtrittsöffnun­ gen 15. Befindet sich der Ventilkörper 6 in der gezeigten Offenposition, so kann über die Kraftstoffleitung 1 herangeführter Kraftstoff den Ventilkörper 6 über die Durchtrittsöffnungen 15 sowie durch Überströmkanäle 8, die aus dem Gehäuse 5 herausgearbeitet sind, umströmen und somit zur Einspritzdüse 2 gelangen. Dabei liegt der Ventilkörper 6 in seiner gezeigten Offenposition mit sei­ ner unteren Endkante auf einem Anschlag 9, der als umlau­ fender, von den Überströmkanälen 8 durchbrochener Absatz ausgebildet ist, auf.

Soll derjenige Brennersatz der Gasturbine, dem die Ein­ spritzdüse 2 zugeordnet ist, abgeschaltet werden, so wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 1 durch Schließen des Absperrorganes 3 schlagartig reduziert. Dies hat auch eine schlagartige Reduktion des Druck­ niveaus in den mit den Bezugsziffern 11 und 12 bezeichne­ ten Querschnitten innerhalb des Gehäuses 5 des Rückzug- Ventiles 4 zur Folge. Hingegen liegt stromab des Ventil­ körpers 6, d. h. im Querschnitt 13, kurzzeitig noch der Brennkammerdruck an, der deutlich höher ist als derjenige im Querschnitt 12.

Durch diese Druckdifferenz zwischen den Querschnitten 13 und 12 wirkt auf den Ventilkörper 6 eine Kraft ein, die diesen gemäß Pfeilrichtung 7 nach oben bewegt. Dabei wird bereits eine Teilmenge von insbesondere in den Über­ strömkanälen 8 befindlichen Kraftstoff in Richtung des Absperrorganes 3 ebenfalls gemäß Pfeilrichtung 7 ge­ fördert.

Sobald der Ventilkörper 6 mit seiner dem Absperrorgan 3 zugewandten Stirnkante den Querschnitt 12 erreicht hat, ist der Kraftstofffluß durch die Überströmkanäle 8 ge­ sperrt. Jedoch ist mit Erreichen des Querschnittes 12 die Schließbewegung des Ventilkörpers 6 noch nicht beendet. Vielmehr ist der Ventilkörper 6 im Laufe seiner Bewegung in die Schließposition nach Absperren des Durchströmquer­ schnittes 12 noch um eine weitere Wegstrecke x von der Einspritzdüse 2 wegbewegbar, bis der Ventilkörper 6 schließlich mit seiner dem Absperrorgan 3 zugewandten Stirnseite am Querschnitt 11 anliegt, der gleichzeitig einen Anschlag für den Ventilkörper 6 bildet und somit die Schließposition des Ventilkörpers 6 im Rückzug-Ventil 4 bestimmt.

Da das Volumen zwischen dem Ventilkörper 6 sowie der Ein­ spritzdüse 2 vergrößert wird, wenn der Ventilkörper 6 ausgehend vom Querschnitt 12 die Wegstrecke x zurücklegt, wird mit dieser Bewegung des Ventilkörpers 6 eine der Vo­ lumenvergrößerung entsprechende Kraftstoffmenge aus der Einspritzdüse 2 abgezogen. Rechnerisch ermittelt sich diese abgezogene Kraftstoffteilmenge dabei als Produkt aus der Fläche des Querschnittes 12 sowie der Wegstrecke x.

Die Funktion des Rückzug-Ventiles 4 läßt sich somit da­ durch beschreiben, daß dieses in der Art eines Rück­ schlagventiles arbeitet, wobei mit einer Bewegung des Ventilkörpers 6 in dessen Schließposition eine Kraft­ stoffmenge aus der Einspritzdüse 2 abgezogen wird. Wie beschrieben arbeitet das Rückzug-Ventil 4 deshalb nach Art eines Rückschlagventiles, da der Ventilkörper 6 in Abhängigkeit von den anliegenden Druckverhältnissen selbsttätig bewegt wird. Ist - wie beschrieben - der Brennkammerdruck stromab des Rückzug-Ventiles 4 höher als der Druck in der Kraftstoffleitung 1 stromauf des Rückzug-Ventiles 4, so wird das Rückzug-Ventil geschlossen, während bei Anliegen eines hohen Kraftstoffdruckes in der Kraftstoffleitung 1 stromauf des Rückzug-Ventiles 4 die­ ses wieder geöffnet wird.

Die beschriebene Funktion des Abziehens einer Kraftstoff­ menge aus der Einspritzdüse 2 im Falle einer Bewegung des Ventilkörpers 6 in seine Schließposition wird dadurch verstärkt, daß der Ventilkörper 6 hohlkolbenartig und zur Einspritzdüse 2 hin offen ausgebildet ist. Besonders ef­ fektiv ist die geschilderte Rückzug-Funktion aber auch dadurch, daß der Ventilkörper 6 bei seiner Bewegung in die Schließposition nach Absperren des Durchström- Querschnittes 12 noch um eine weitere Wegstrecke x von der Einspritzdüse 2 wegbewegbar ist. Jedoch kann dies so­ wie weitere Details insbesondere konstruktiver Art durch­ aus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlas­ sen. Insbesondere kann die beschriebene Kraftstoffein­ spritzvorrichtung bzw. das Rückzug-Ventil 4 auch mehrfach sowie in beliebiger Position in der oder den Kraftstoff­ leitungen zwischen einer Kraftstoffpumpe und einer oder mehreren Einspritzdüsen einer Gasturbinen-Brennkammer vorgesehen sein.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Gasturbinen- Brennkammer mit einer ein Absperrorgan (3) aufwei­ senden, eine Einspritzdüse (2) mit flüssigem Kraft­ stoff versorgenden Kraftstoffleitung (1), dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffleitung (1) stromab des Absperrorganes (3) ein nach Art eines Rückschlag-Ventiles arbeitendes, mit einer Be­ wegung in seine Schließposition eine Kraftstoffmenge aus der Einspritzdüse (2) abziehendes Rückzug-Ventil (4) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückzug-Ventil (4) einen in der Offenposition vom Kraftstoff umström­ ten, hohlkolbenartig ausgebildeten, zur Einspritz­ düse (2) hin offenen Ventilkörper (6) aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (6) des Rückzug-Ventiles (4) bei seiner Bewegung in die Schließposition nach Absperren eines Durchströmquer­ schnittes (12) um eine weitere Wegstrecke (x) von der Einspritzdüse (2) wegbewegbar ist.