DE858180C - Stroemungsregler - Google Patents

Description

• Strömungsregler

  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelein-

  richtung zum Vergleichmäßigen von zwei oder

  mehreren Flüssigkeitsströmen ungefähr gleichen

  Druckes, insbesondere zur Sicherung gleichför-

  miger Durchflußmengen einzelner den Brennern

  einer Mehrkammerbrennkraftturbine unter Druck

  zugeführter Brennstoffströme.

  Die Aufgabe, den Brennern einer Gasturbine den

  flüssigen Brennstoff so genau zuzuteilen, daß die

  Ausflußmenge aus jedem Brenner jederzeit mög-

  lichst gleich ist, konnte bisher nicht einwandfrei ge-

  löst werden, insbesondere bei dem unter verschie-

  denen Arbeitsbedingungen in einem großen Bereich

  schwankendenVerbrauch bei Gasturbinen von Luft-

  fahrzeugen. So hat z. B. ein Brenner bestimmter

  Größe im Leerlauf in Meereshöhe eine Ausfluß-

  menge von etwa 5o 1 Brennstoff je Stunde, während

  er im Leerlauf in großer Höhe nur sehr wenig, beispielsweise 1,5 1 Brennstoff bewältigt. Das Verhältnis des Höchstbedarfs zum Mindestbedarf ist also etwa wie 30 zu i. Da die Durchflußmenge bei Brennern mit konstantem Ausflußdüsenquerschnitt dem Quadrat des herrschenden Druckes proportional ist, schwanken die Drücke also im Verhältnis von goo zu i. Bei der niedrigsten Durchflußmenge unterliegt der Brennstoff einem über dem in der Brennkammer herrschenden Druck von etwa 2 atü, der in der Größenordnung von 4 ata liegen kann. Folglich kann der zur Erzielung der höchsten Durchflußg-eschwindigkeit erforderliche Druck den praktisch völlig unbrauchbaren Wert von 35oo atü erreichen. Man hat daher sogenannte Doppel- oder Dreifachbrenner mit unveränderlichem Düsenquerschnitt vorgeschlagen, die mit Anwachsen des Brennstoff- Bedarfs nacheinander selbsttätig eingeschaltet wurden. Aber die Schwierigkeiten waren trotzdem noch beträchtlich, weil man bis zu Drücken von i4o atü arbeiten mußte.
• Um diese hohen Drücke zu vermeiden, hat man Brenner mit druckgesteuerten Düsen von veränderlichem Ausflußquerschnitt verwandt. Zwar werden dadurch die Druckschwankungen auf ein geringes Maß gesenkt, jedoch wiesen diese .Brenner andere schwerwiegende Nachteile auf. Ihre Förderleistung war infolge der den Durchflußquerschnitt beeinträchtigenden Schmutz- und Kohlenstoffablagerungen unzuverlässig. Auch wurden die Brenner unter bestimmten Arbeitshedingungen zu stark überhitzt, so daß der Vorteil des Druckausgleiches durch die Nachteile aufgewogen wurde.
• Auch hat man sog. Überlaufbrenner vorgeschlagen, denen der Brennstoff durch einen entsprechend der abzugebenden Leistung regelbaren Teil mit gleichförmiger oder veränderlicher Geschwindigkeit so zugeteilt wurde, veränderlicher keine unerwünscht hohe Änderung des Flüssigkeitsdruckes erforderlich war, wobei der Brennstoff in eine Mischkammer des Brenners überlief und ein Teil der Brennstoffmenge der Brennkammer zugeführt wurde. Bei geringer Durchflußmenge, wobei nur eine geringe Brennstoffmenge in die Mischkammer der einzelnen Brenner gelangt, müssen aber die zugeführten und die überlaufenden Brennstoffmengen sehr fein geregelt werden. Werden z. B. für die Höchstleistung des Brenners 5o 1 Brennstoff je Stunde bei konstanter Leistung gebraucht und sind für die Mindestleistung i,51 Brennstoff erforderlich, so werden der Mischkammer des Brenners 5o 1 Brennstoff je Stunde zugeführt, von denen 48,51 überlaufen, so daß die Zuteilung mit einer Genauigkeit von plus oder minus i % erfolgen muß, wobei einem der Brenner 5o,51/Std. zugeführt werden und 481/Std. überlaufen können, während ein anderer Brenner eine Zuteilung von 49,5 1/Std. und einen Überlauf von 49 1 haben kann. So kann die im Leerlauf in großer Höhe aus den Brennern strömende Ausflußmenge zwischen 2,5 und o,51/Std. schwanken, anstatt daß der geforderte Wert von i,51/Std. aufrechterhalten wird. Da die Leerlaufzuteilung für alle Brenner einer Anlage nicht mehr als etwa plus oder minus 2o% von dem normalen Wert abweichen darf, ist also sowohl für die Zuteilung als auch den Überlauf eine genaue Regelung innerhalb einer Größenordnung von o,2% erforderlich, die aber mit den bekannten Zuteilvorrichtungen weder für die Ausflußdüsen von konstantem noch von veränderlichem Düsenquerschnitterzieltwerden konnte.
• Eine Nutzbarmachung von Niederdrucküberlaufbrennern für Gasturbinen war aus den dargelegten Gründen nicht möglich. Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, die die Regelung der Durchfluß- und Überlaufmengen mit einer für den vorliegenden Zweck ausreichenden Genauigkeit zum Ziel hat.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird die Durchflußmenge zweier oder mehrerer Flüssigkeitsströme etwa gleichen Druckes durch ständiges und schnelles

  Auswechseln von Teilen der Flüssigkeitsströme ge-

  regelt, Nvoliei der Fluß eines jeden Stromes ununter-

  brochen aufrechterhalten bleibt. Dadurch werden

  Durchflußmengenab-,veichungen der verschiedenen

  13rennstoffströrne infolg, der Trägheit der geförder-

  ten Flüssigkeitsteile gegenüber plötzlichen Ge-

  schwindigkeitsänderungen in der Strömungsrich-

  tung ausgeglichen. Wenn also die Durchfluß-

  geschwindigkeit eines Flüssigkeitsstromes größer

  als die eines anderen werden sollte und Teile dieser

  beiden Ströme eine Geschwindigkeitsänderung er-

  fahren, wird der aus dem langsamer fließenden

  Strom entnommene Teil plötzlich gezwungen, seine

  Lage zu dem entsprechenden Teil des schneller

  fließenden Stromes auszutauschen, und der der

  plötzlichen Geschwindigkeitsiinderung von jedem

  Teil entgegengesetzte Widerstand bewirkt, daß der

  Flüssigkeitsstrom größerer Strömuiigsgeschwiridig-

  keit verlangsamt und der von geringerer Strömungs-

  geschwindigkeit beschleunigt wird. Durch den fort-

  laufenden Wechsel dieses schnellen Austausches der

  Teile der Flüssigkeitsströme wird so eine Ver-

  gleichmäßigung der Durchflußmengeri erzielt.

  Nach einer besonderen Ausführungsform der Er-

  findung wird ein Rotor niit axialen Durchbohrungen

  mit einer festen, mit verschiedenen Öffnungen für

  die verschiedenen Flüssigkeitsströme ausgestatteten

  Stirnwand in Verbindung gebracht und die Rotor-

  durchbohrungen mit diesen Öffnungen durch Nuten

  od. dgl. solcher Form verbunden daß ohne Unter-

  brechung des Flüssigkeitsflusses beim Umlauf des

  Rotors fortlaufend kleine Mengen der Flüssigkeits-

  ströme ausgetauscht werden. Nach einer bevor-

  zugten Ausführungsform der Erlindung sind der

  Rotor und die Stirnwand in einem Gehäuse unter-

  gebracht, durch das die gesamte Flüssigkeitsmenge

  der Flüssigkeitsströme fließt, wobei der Rotor nach-

  giebig axial gegen die Stirnfläche gedrückt wird

  und die dieser Stirnfläche ab-' cNvandten Enden der

  Durchbohrungen frei in das Gehäuseinnere münden.

  Die Erfindung betrifft weiter eine Regeleinrich-

  tung für Niederdrucküberlaufbrenner, wobei der

  Brennstoff mittels einer Verdrängerpumpe in einen

  Regler nach der Erfindung gefördert wird, der eine

  der Zahl der Flüssigkeitsströme entsprechende An-

  zahl von Auslässen und besondere Rohrleitungen

  nach der Mischkammer der Brenner aufweist; und

  die Überlaufleitungen nach den Einlaßöffnungen

  eines weiteren Reglers führen, der die Durchfluß-

  mengen der übergelaufenen Brennstoffströme ver-

  gleichmäßigt und sie zu einem einzigen Strom ver-

  einigt, und Mittel zum Regeln der Ausflußmenge

  dieses Flüssigkeitsstromes vorgesehen sind.

  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

  Erfindung veranschaulicht.

  Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine

  Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zur

  Erzeugung zweier Flüssigkeitsströme gleicher

  Durchflußmengen aus einem hlüssigkeitsstrom.

  Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform der

  Erfindung im Schnitt, wobei die Durchflußmengen

  zweier Flüssigkeitsströme geregelt und beide

  Ströme darin zu einem Strom vereinigt werden.

  111 Fig. 3 ist ein Schnitt in Richtung 111-11I

  nach Fig. t und 2 veranschaulicht.

  Fig. 4 stellt schematisch die Anwendung des Er-

  findungsgegenstandes bei einer N iederdruckbrenn-

  stoffzufülirung einer Gasturbine mit Ül>erlauf-

  brennern dar.

  Die in Fig. i dargestellte Einrichtung he stellt

  aus einem feststchendeti zylindrischen Gehäuse 1.

  in dein gleichachsig ein Läufer oder Rotor 2 an-

  geordiict ist, der zwei sich filier die gesamte Länge

  und parallel zur Achse des Rotors 2 diametral an-

  geordnete Durchbohrungen 3, 4 aufweist. Der

  Rotor 2 ist auf einer Antriebswelle 5 befestigt und

  finit einem Lagerzapfen 6 versehen, der in einer

  Ausnelinitnlg 7 einer Stirnwand 8 des Gehäuses i

  drehbar gelagert ist. Die \Velle 5 ist durch die

  andere Stirnwand o des Gehäuses 1 geführt und

  sie trägt zwischen (lern Rotor 2 und der Iiiiien-

  fläche der -;tiriiwaiid g eine Druckfeder 1o, die dezi

  Motor 2 aXial gegen eill.e Stirnfläche i 1 der Stirn-

  wand 8 drückt. 111 dieser Stirnfläche 11 sind zwei

  bogeilfii1-111ige Ntlteli 12, 13 (Fig. 3) angeordnet,

  die finit den Rotordurchbohrungen 3, 4 zusammen-

  arbeiten.

  Die \Velle ird durch ein geeignetes Antriebs-

  mittel mit polier Geschwindigkeit in Umdrehung

  versetzt und ein Flüssigkeitsstrom durch einen

  Einlaß 14 der Stirnwand 9 in das Gehäuse 1 unter

  Druck eingefiilirt. Di-e Flüssigkeit kann aus dem

  Geliiiuse i nur durch eitle der beiden Rotordurch-

  bohrungen 3, 4 austreten, und zwar in zwei

  Strömen, von dellen der eine über die Nut 12 durch

  den =\tislaß i5 und der andere über die Nut 13

  durch den Auslaß 16 austreten kann.

  Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, werden die Durch-

  l)oliruiigelt 3 und - des Rotors bei jeder Umdrehung

  über die Nuten 12 und 13 geführt und treten dabei

  wechselweise mit diesen Nuten 12 bzw. 13 in Ver-

  bindung. Eine solche Stellung ist beispielsweise

  in Fig. 3 mit 3" tuld 4A bezeichnet. Da der Ab-

  stand zwischen den benachbarten Enden der beiden

  Nuten kleiner als der lichte Durchmesser der Rotor-

  durchbohrutige11 12 und 13 ist, wird der Fluß der

  Flüssigkeitsströme niemals völlig unterbunden, da

  jede Rotordui-cliliolirullg 3, 4, kurz bevor sie in den

  Umriß der Nut 12 bzw. 13 eintritt, noch mit der

  benachbarten Nut 13 bzw. 12 in Verbindung steht.

  Die Durcliflußniengen der aus den Auslässen 15

  bzw. 16 stetig austretenden Flüssigkeitsströme

  werden infolge der ständigen schnellen Umstellung

  der Rotordurchbohrungen 3, 4 zu den festen Nuten

  12 und 13 vergleichmäßigt. Jede Änderung der

  Durchflußmenge der beiden Flüssigkeitsströme wird

  infolge des Tr;iglieitswiderstandes der durch die

  Bolirungeli 3 und 4 des Rotors 2 fließenden Flüssig-

  keitsströme wegen der in schneller Folge wechseln-

  den Strömungsrichtung ausgeglichen.

  Die Antriebswelle 5 ist zur Vermeidung von

  1_eckverlusten mit eitler Stopfbuchspackutig 17 mit

  einer Brille i8 verseben.

  Fig.2 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende An-

  ordnung, jedoch ist der Vorgang umgekehrt, in-

  dem aus zwei Str<imen, deren Durchlaufmenge ge-

  regelt ist, ein einziger Strom erzeugt wird. Dabei

  dient der Einlaß 14 nach Fig. 1 jetzt als Auslaß

  14A (Fig. 2) und die früheren Auslässe 15 und 16

  als Einlässe 15A und 16A. Die Regelung der

  Durchflußnienge der beiden in das Gehäuse 1 durch

  die Einlässe 15A und 16A eintretenden Flüssigkeits-

  ströme erfolgt in genau der zu Fig. 1 erläuterten

  \\'eise, bevor sie zu einem einzigen Strom ver-

  einigt werden, der aus dem Auslaß 1.1A austritt.

  111 Fig. 4 ist die Anwendung des Erfindüngs-

  Megenstandes auf die Brennstoffniederdruckzufüh-

  rung für eine Mehrkammerbrennkraftturbine mit

  Ü1>erlaufbrennerli schematisch dargestellt. Mittels

  einer durch ein nicht dargestelltes Antriebsmittel

  getriebenen Zahnradpumpe 1g wird der Brennstoff

  ständig im Cl>erachuß zugeführt. Zu diesem Zweck

  ist in die Druckleitung der Pumpe 1g ein feder-

  belastetes Ventil 20 eingebaut, so daß der Brenn-

  stoff durch eine Leitung 21, das Ventil 20 und eine

  Umgellungsleitulig 22 ständig im Kreislauf so ge-

  fördert wird, daß nur ein Teil der Gesamtförder-

  menge durch die Leitung 23 mit konstantem

  Förderdruck in den Einlaß 14 eines Strömungs-

  reglers Ei nach der Erfindung gepumpt wird, der

  nach Fig. i ausgebildet ist und- arbeitet. Die Aus-

  lässe 15 und 16 dieses Reglers sind durch Rohre 24

  und 25 mit den Mischkammern von Niederdruck-

  ül>erlaufl>reunern 26 und 27 bekannter Bauart ver-

  bunden.

  Zweckmäßig ist die Wirkung des Strömungsreglers durch Anwendung aller anderen Maßnahmen zur Erzielung einer gleichförmigen Durchflußgeschwindigkeit mehrerer Flüssigkeitsströme zu utitei-stützen. So sollen die zum Fördern der Flüssigkeit dienenden Rohrleitungen hinsichtlich ihrer lichten Weite, Glattheft der Innen@vandungen und Länge so gleichförmig wie möglich sein. Bremier nach dem Überlaufsystem sind mit Zulauf-und Abflußöffnungen von unveränderlichem Querschnitt ausgestattet und es muß jede Maßregel zum Aufrechterhalten der lichten Weite und des Ausflußkoeffizie-nten ergriffen werden. Ebenso muß auch der Brennstoffüberlauf in den Mischkammern für alle Brenner auf gleicher Höhe gehalten werden. Daher sind die Brennerüberlaufrohre 28 und 29 mit den Einlässen 15A und 16A eines Strömungsreglers E2 zu verbinden, der dem Regler E1 entspricht, aber nach Fig. 2 arbeitet. Der Auslaß 14A des Keglers E2 ist mit einem Rohr 30 versehen, dessen Ausflußmenge durch eine axial darin angeordnete kegelige Nadel 31 geregelt wird, die durch eine Zahnstange 31 und ein Zahnrad 32 gesteuert wird, das durch einen Hebel 33 von Hand bedient werden kann. Durch diese Regelung der Ausflußmenge aus dem Rohr 30 wird die Leistung der Brenner 26 und 27 geregelt.
• In Fig. 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei Brenner dargestellt. Jedoch ist die Erfindung natürlich bei einer größeren Anzahl von Brennern entsprechend anwendbar, wobei lediglich die Regler El und E2 mit einer genügenden Anzahl von Verbindungsrohren entsprechend den Ein- oder Auslässen 15, 16, 15A und 16A zur Leitung aller der Flüssigkeitsströme zu versehen sind, deren Durchflußmengen vergleichmäßigt werden sollen. Die Zahl der Rotordurchbohrungen 3, 4 braucht nicht zu der Anzahl der eintretenden oder austretenden Flüssigkeitsströme: in einem bestimmten Verhältnis zu stehen,. Auch können die bogenförmigen Nuten 12 und 13 (Fig. i und 2) anstatt in den feststehenden Teilen des Gehäuses i auch in der der Stirnfläche i i anliegenden Stirnfläche des Rotors :2 in ständiger Verbindung mit den Rotordurchbohrungen 3, 4 angeordnet sein, und es können auch sowohl die festen als auch die umlaufenden Stirnflächen beide mit solchen Nuten ausgestattet sein, die so lang sein müssen, daß der Kreislauf des Flüssigkeitsstromes nicht unterbrochen wird.
• Auch kann an Stelle der beiden dargestellten Rotordurchbohrunge:n 3, 4 natürlich eine größere Zahl von Bohrungen vorgesehen sein, um die Genauigkeit der Regelung zu erhöhen oder die gleiche Empfindlichkeit bei geringerer Drehzahl des Rotors und größerer Länge der Rotordurchbohrungen zu erzielen. Die letzteren brauchen nicht gerade zu sein, sondern können auch gewundene oder verschlungene Form aufweisen, um bei der begrenzten Gesamtgröße des Reglers eine zur Erzielung der gewünschten Vergleichmäßigung der Durchflußmengen im Rahmen der gewünschten Genauigkeit genügende Länge zu erzielen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regler für die Vergleichmäßigung der Durchflußmengen von Flüssigkeitsströmen etwa gleichen Druckes, gekennzeichnet durch einen drehbar angeordneten, mit Durchbohrungen (3, 4) ausgestatteten Rotor (2), der auf einer festen, mit getrennten Öffnungen (15, 16) für die verschiedenen Flüssigkeitsströme ausgestatteten Fläche (ii) läuft und die Durchbohrungen (3, 4) mit den Öffnungen (15, 16) durch Nuten (12, 13) od. dgl. so in Verbindung stehen, daß Teile der durch den Rotor (2) geförderten Flüssigkeitsströme beim Umlauf des Rotors (2) ohne Unterbrechung des Flusses gegeneinander ausgetauscht werden.
2. 2. Regler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) und die mit ihm zusammenarbeitende Stirnfläche (ii) in einem Gehäuse (i) untergebracht sind, durch das die gesamte Flüssigkeitsmenge fließt, und der Rotor durch ein nachgiebiges :Mittel, z. B. eine Feder (to), axial gegen die Stirnfläche (i i) gedrückt wird, wobei die Durchbohrungen (3, 4) des Rotors (2) an der der Stirnfläche (i i) abgewandten Seite in das Gehäuseinnere frei münden.
3. 3. Regeleinrichtung für Niederdrucküberlaufbrenner mit zwei Reglern für die Vergleichmäßigung von Durc!hflußmengen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördervorrichtung, z. B. eine Verdrängerpumpe (i9), den flüssigen Brennstoff nach dem einen Regler (ET) fördert, dessen Öffnungen (15, 16) der Zahl der Brenner (26, 27) entsprechen und durch besondere Rohrleitungen (24, 25) mit den Mischkammern der Brenner (26, 27) verbunden sind, deren Überlaufleitungen (28, 29) mit den Einlässen (15A, 16A) des zweiten Reglers (E2) zum Vergleichmäßigen der Durchflußmengen des übergelaufenen Brennstoffes führen, der die Ströme zu einem einzigen Strom vereinigt, wobei Steuermittel (30) zum Regeln der Ausflußmenge dieses Flüssigkeitsstromes vorgesehen sind.