NL1010686C2 - Inrichting voor het opwekken van perslucht. - Google Patents

Description

Γ

Titel: Inrichting voor het opwekken van perslucht.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het opwekken van perslucht, omvattende: een verbrandingskamer, ten minste één turbine aangedreven 5 compressoreenheid, middelen om door de compressoreenheid samengeperste lucht gedeeltelijk aan de verbrandingskamer toe te voeren om in de verbrandingskamer toegevoerde brandstof te verbranden, en middelen om met de uitlaatgassen van de verbrandingskamer de turbine aan te drijven.

10 Een bekende inrichting van dit type wordt gebruikt in een zogenaamde turbomotor. De verhouding van de volumestroom door de compressor en die door de turbine is circa 1, hetgeen te laag is om met één enkele verbrandingskamer voldoende perslucht als product op te wekken. Hiertoe zou genoemde verhouding ten minste 1,4 moeten zijn.

15

Met de uitvinding wordt beoogd dit probleem op te lossen en een inrichting van het in de aanhef genoemde type te verschaffen, waarbij met één enkele verbrandingskamer de hoeveelheid perslucht als product binnen een door een maximumtemperatuur in de turbine bepaalde grens, willekeurig kan worden 20 verhoogd.

Volgens de uitvinding is de inrichting hiertoe gekenmerkt doordat de inrichting twee of meer parallel geschakelde turbine aangedreven compressoreenheden heeft met een knooppunt waar naartoe perslucht afkomstig van de verschillende turbine aangedreven 25 compressoren kan worden toegevoerd van waar af zich enerzijds een persluchtleiding naar de verbrandingskamer en anderzijds een productleiding met regelventiel aftakt.

Bij voorkeur is in de productafvoerleiding - stroomafwaarts van genoemd regelventiel - een druksensor aangebracht die via een druksignaalleiding is verbonden met een 30 regeleenheid, zoals een PLC, die op zijn beurt via een signaalleiding is verbonden met een pomp voor het op basis van de gewenste verbruikersdruk regelen van de brandstoftoevoer naar de verbrandingskamer.

1 o 1 08 8 8 2

Een probleem bij het starten van de inrichting volgens de uitvinding is de zogenaamde "surge", dat wil zeggen dat een compressorrotor sneller roteert dan de te verplaatsen lucht. Als gevolg van het slippen van de lucht ten opzichte van een compressorrotor werkt de compressor niet of onvoldoende. Dit probleem is op 5 zichzelf bekend.

Bij de inrichting volgens de uitvinding kan het surge-probleem worden opgelost doordat in elk van de compressoren ten minste één mondstuk is aangebracht dat is aangesloten op een persluchtbron die perslucht op het schoepenwiel van de 10 compressoren kan toevoeren, dat genoemde regeleenheid zodanig is geprogrammeerd dat bij het opstarten van de inrichting van de persluchtbron afkomstige perslucht via genoemd mondstuk naar een eerste compressor wordt geleid, bij het bereiken van een bepaalde druk in de afvoerleiding van die eerste compressor, van de persluchtbron afkomstige perslucht naar een tweede compressor wordt geleid, en deze procedure bij 15 meer dan twee turbine-compressoreenheden wordt gevolgd tot de inrichting geheel in bedrijf is.

In plaats van perslucht die vanaf de persluchtbron achtereenvolgens naar de compressoren wordt toegevoerd, kan voor het oplossen van genoemd surgeprobleem 20 bijvoorbeeld ook van electromotoren gebruik worden gemaakt om de compressoren achtereenvolgens extra aan te drijven.

Van belang is een zodanige uitvoering van genoemd knooppunt dat van de verschillende compressoren afkomstige persluchtstromen zonder problemen bij elkaar 25 kunnen worden gevoegd en efficiënt kunnen worden gemengd, terwijl vanaf dit knooppunt de genoemde persluchtstroom naar de verbrandingskamer en de gewenste persluchtproductstroom kan worden afgetakt met zo weinig mogelijk stofdeeltjes in de persluchtproductstroom.

30 Dit kan worden bereikt doordat genoemd knooppunt bestaat uit een cycloon met een met het aantal turbine-aangedreven-compressoren overeenkomend aantal tangentiële persluchtinlaten, een eerste tangentiële uitlaat die naar de verbrandingskamer voert en een tweede tangentiële uitlaat die op de productafvoerleiding afsluit, waarbij de t P ·' ·- - - ‘ 1 J I,/ o 3 genoemde eerste tangentiële uitlaat gezien in de wervelrichting in die cycloon, zich vóór de genoemde tweede tangentiële uitlaat bevindt.

In de productafvoerleiding bevindt zich een regelventiel dat de verhouding van de 5 persluchtproductstroom en de persluchtstroom naar de verbrandingskamer kan regelen. Dit regelventiel bestaat bij voorkeur uit een slangafsluiter met een ringvormige met vloeistof gevulde kamer die een doorstroomkanaal begrenst, dat tenminste gedeeltelijk door een slang wordt gevormd, waarbij de vloeistofkamer ten minste één opening heeft om medium toe of af te voeren. Het ventiel heeft een 10 regelbare venturidoorlaatkeel die door meer of minder vloeistof in de vloeistofkamer toe te voeren nauwkeurig kan worden ingesteld. De luchtweerstand is bijzonder laag.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

15 Figuur 1 toont een schematische weergave van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een aanzicht van een cycloon toegepast bij de inrichting volgens figuur 1.

20 Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede door het regelventiel in de productafvoerleiding van de inrichting volgens figuur 1.

Figuur 4 toont een aanzicht van één van de compressoren volgens figuur 1, gedeeltelijk in doorsnede.

25

De weergegeven inrichting voor het opwekken van perslucht als product omvat een verbrandingskamer 1 en twee parallel geschakelde turbinecompressoreenheden 2 en 3. Er kunnen ook meer dan twee parallelgeschakelde turbinecompressoreenheden zijn. Van elk van deze eenheden zijn de rotoren van turbine 2a, 3a en compressor 2b, 3b 30 op één as aangebracht. De verbrandingskamer 1 wordt via een leiding 4 met brandstof en via een leiding 5 met perslucht gevoed. De persluchtleiding 5 takt zich vanaf een als cycloon 6 uitgevoerd knooppunt af.

4

In de cycloon 6 monden twee persluchtleidingen 7 en 8 uit respectievelijk aangesloten op de compressoren 2b en 3b, en takken zich bovendien twee leidingen af namelijk de reeds genoemde persluchtleiding 5 die naar de verbrandingskamer 1 leidt en een persluchtleiding 9 die als productleiding kan worden aangemerkt. In deze 5 productleiding 9 is een regelventiel 10 aangebracht, waarmee de afvoer van het product: perslucht kan worden geregeld.

Voor het sturen van de inrichting wordt gebruik gemaakt van een PLC 11. Een pomp 12 voor het regelen van de brandstoftoevoer via leiding 4 naar de verbrandingskamer 10 1 staat via een signaal leiding 13 in verbinding met de PLC 11. In de productafvoerleiding 9 is - stroomafwaarts van het ventiel 10 - een druksensor 14 aangebracht die via een signaalleiding 15 in verbinding staat met de PLC 11.

De uitlaat van de verbrandingskamer 1 is via leidingen 16 en 17 in verbinding gesteld 15 met de inlaat van respectievelijk de turbines 2a en 3a.

In elk van de compressoren 2b en 3b mondt een persluchtleiding 18 respectievelijk 19 uit die is verbonden met een persluchtvat 20. In de leidingen 18 en 19 zijn regelkleppen 21 respectievelijk 22 aangebracht. Deze worden via signaalleidingen 23 20 respectievelijk 24 aangestuurd door de PLC 11.

Stroomopwaarts van het regelventiel 10 in de productleiding 9 is een druksensor 25 aangebracht die via een signaalleiding 26 met de PLC 11 is verbonden.

25 Zoals figuur 2 laat zien, monden de boven elkaar geplaatste leidingen 7 en 8 via stompen 7a, 8a tangentieel in de cycloon 6 uit en takken de leidingen 5 en 8 zich via stompen 5a en 8a met een onderlinge hoekafstand α van de cycloon af. Stofdeeltjes die in de richting van de wervelpijl langs het binnenoppervlak van de cycloon bewegen, komen terecht in de leiding 5 die naar de verbrandingskamer 1 leidt en niet 30 in de productafvoerleiding 9.

Figuur 3 toont een voorkeursuitvoering van het regelventiel 10. Deze bestaat uit een ringvormige vloeistofkamer 27 die aan de binnenzijde een doorstroomkanaal begrenst •f r s

- J

5 in de vorm van een slang 28. Via een gat 29 kan vloeistof worden toegevoerd in de kamer 27 teneinde de slang 28 venturivormig meer of minder te vernauwen en aldus de doorstroming te vermeerderen of te verminderen.

5 Elk van de compressoren 2b en 3b heeft een schoepenwiel 30 dat is omgeven door een cilindrische mantel 31 waarvan het naar de turbine 2a respectievelijk 3a gerichte deel zich voortzet met een diffusorflens 32 die zich loodrecht op de hartlijn van de mantel 31 c.q. van de draaias van het schoepenwiel 30 uitstrekt. De cilindrische mantel 31 is door drie radiale schotten 34 met een onderlinge hoekafstand van 120° 10 aan het compressorhuis bevestigd. Door de schotten 34 is vanaf het compressorhuis naar de overgangsronding tussen cilindrische mantel 31 en diffusor 32 een kanaal 35 geboord dat uitmondt in een tangentiële opening in de overgangsronding. De drie kanalen 35 zijn via een leiding 18 respectievelijk 19 met het persluchtvat 20 verbonden. Met 36 is de luchtinlaat en met 37 de uitlaat voor perslucht aangeduid. 15 (Een dergelijke compressor is ook beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 1009679, ingediend op 17 juli 1998). De genoemde onderlinge hoekafstanden hoeven niet gelijk te zijn en kunnen van 120° afwijken.

De inrichting werkt als volgt: bij vol bedrijf draaien de turbinecompressoreenheden 2 20 en 3, waarbij de turbines 2a en 3a worden aangedreven door uitlaatgassen afkomstig van de verbrandingskamer 1. De met de turbines meedraaiende compressorrotoren zuigen via stomp 36 lucht aan en geven via stomp 37 en leidingen 7 respectievelijk 8 perslucht af, dat door de tangentiële inlaten in de cycloon 6 wordt geleid. Een deel stroomt via leiding 5 in de verbrandingskamer 1 en de rest wordt als productafvoer 25 via leiding 9 en regelklep 10 afgevoerd.

De hoeveelheid brandstof die naar de verbrandingskamer wordt toegevoerd, hangt van de instellen het toerental van de pomp 12 af. Deze wordt geregeld door de PLC 11 in afhankelijkheid van de door de druksensor 14 gemeten gewenste verbruikersdruk. De 30 uitlaatgassen die de turbines 2a en 3a verlaten worden via de leiding 38 afgevoerd.

Bij het starten van de inrichting worden van de verbrandingskamer 1 afkomstige uitlaatgassen naar de turbines 2a, 3a geleid. Omdat "surge" te voorkomen is de 1 p i π·< o &

I V 1 w v.' 'J

6 regeleenheid 11 zodanig geprogrammeerd dat de bij het opstarten van de inrichting van het vat 20 afkomstige perslucht via de kanalen 35 naar de eerste compressor 2b wordt geleid. Bij het bereiken van een bepaalde druk in de afvoerleiding van die eerste compressor, wordt perslucht van de persluchtbron naar de tweede compressor 5 3b gevoerd. In geval van meer dan twee turbinecompressoreenheden wordt deze procedure gevolgd tot de inrichting geheel in bedrijf is. De door de compressor of compressoren tot stand gebrachte druk wordt gemeten met de sensor 25.

10·.

Claims (5)

1. Inrichting voor het opwekken van perslucht, omvattende: een verbrandingskamer, ten minste één turbine aangedreven compressoreenheid, middelen om door de 5 compressoreenheid samengeperste lucht gedeeltelijk aan de verbrandingskamer toe te voeren om in de verbrandingskamer toegevoerde brandstof te verbranden, en middelen om met de uitlaatgassen van de verbrandingskamer de turbine aan te drijven, met het kenmerk, dat de inrichting twee of meer parallel geschakelde turbine aangedreven compressoreenheden (2, 3) heeft met een knooppunt (6) waar naartoe 10 perslucht afkomstig van de verschillende turbine aangedreven compressoren kan worden toegevoerd van waar af zich enerzijds een persluchtleiding (5) naar de verbrandingskamer en anderzijds een productleiding (9) met regelventiel (10) aftakt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de productafvoerleiding -15 stroomafwaarts van genoemd regelventiel (10) - een druksensor (14) is aangebracht, die via een druksignaalleiding (15) is verbonden met een regeleenheid (11), zoals een PLC, die op zijn beurt via een signaalleiding (13) is verbonden met een pomp (12) voor het op basis van de gewenste verbruikersdruk regelen van de brandstoftoevoer naar de verbrandingskamer (1). 20

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in elk van de compressoren (2b, 3b) ten minste één mondstuk is aangebracht dat is aangesloten op een persluchtbron (20) die perslucht op het schoepenwiel van de compressoren kan toevoeren, dat genoemde regeleenheid (11) zodanig is geprogrammeerd dat bij het 25 opstarten van de inrichting van de persluchtbron afkomstige perslucht via genoemd mondstuk naar een eerste compressor wordt geleid, bij het bereiken van een bepaalde druk in de afvoerleiding van die eerste compressor, van de persluchtbron afkomstige perslucht naar een tweede compressor wordt geleid, en deze procedure bij meer dan twee turbine-compressoreenheden wordt gevolgd tot de inrichting geheel in bedrijf is. 30

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat genoemd knooppunt bestaat uit een cycloon (6) met een met het aantal turbine-aangedreven-compressoren overeenkomend aantal tangentiele persluchtinlaten (7a, 101Ö6S6 8a), een eerste tangentiele uitlaat (5) die naar de verbrandingskamer (1) voert en een tweede tangentiele uitlaat (9) die naar de productafvoerleiding (9) aansluit, waarbij de genoemde eerste tangentiele uitlaat (5), gezien in de wervelrichting in de cycloon, zich vóór de genoemde tweede tangentiele uitlaat (9) bevindt. 5

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het regelventiel (10) in de productafvoerleiding (9) bestaat uit een slangafsluiter met een ringvormige met vloeistof gevulde kamer (27) die een doorstroomkanaal begrenst dat tenminste gedeeltelijk door een slang wordt gevormd, en dat de met vloeistof gevulde 10 kamer ten minste één opening (29) heeft om medium toe of af te voeren. | ü 1 uü o u