DE1910439C - Regeleinrichtung fur die Zufuhr von flussigem und/oder gasförmigem Brenn stoff zu einer Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

eine Kammer 20 innerhalb des Ventilgehäuses, aus

50 der der Brennstoff, wie nachfolgend beschrieben, zu den Brennern der Gasturbine gelangt. Das Ventilteil

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für 12 ist ebenfalls hohl und hat in seiner Wandung in die Zufuhr von flüssigem und/oder gasförmigem Winkelabstand liegende Steueröffnungen 21 und an Brennstoff zu einer einen Gaserzeugerteil und eine seinem einen Ende eine öffnung für den Eintritt von mechanisch davon getrennte Nutzturbine enthalten- 55 gasförmigem Brennstoff, der durch eine Einlaßleiden Gasturbinenanlage, mit einem servogesteuerten tung 21 zugeführt wird. Auch die Hülse 15 hat in Ventil, das für jede Brennstoffart ein in Abhängig- Winkelabstand liegende Steueröffnungen 23, die mit keit von Betriebskenngrößen der Gasturbinenanlage den Steueröffnungen 21 zusammenwirken und durch verstellbares Ventilteil aufweist. die der gasförmige Brennstoff strömt.

Eine Regeleinrichtung mit diesen Merkmalen ist 60 Die beiden Ventilteile 11, 12 sowie die dazugehö-

der deutschen Auslegeschrift 1 097 214 als bekannt rigen Hülsen 14, 15 sind winklig zueinander derart

zu entnehmen. Diese bekannte Ausführungsform er- angeordnet, daß unabhängig ihrer axialen Lage bei

möglicht das gleichzeitige Verbrennen von gasförmi- Deckung der Steueröffnungen 19 mit den dazugehö-

gem und flüssigem Brennstoff, indem die jeweiligen rigen Steueröffnungen 18 keine Deckung zwischen

Brennstoffmengen durch zwei getrennte Drucköl- 65 den Steueröffnungen 21 und den dazugehörigen

Regelkreise mittels hydraulischer Steuerung geregelt Steueröffnungen 23 besteht. In dieser Stellung ist so-

werden. mit die Versorgung der Brenner mit gasförmigem

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Brennstoff unterbrochen. Umgekehrt kann bei einer

Winkellage der Ventilteile, in der sich die Steueröffnungen 21 ganz mit den Steueröffnungen 23 decken, kein flüssiger Brennstoff zu den Brennern fließen, unabhängig von der axialen Lage der Ventilteile 11, 12.

Die Zufuhr gasförmigen Brennstoffs zu dem Einlaß 22 wird von einem bei konstantem Druck regelnden Ventil 24 gesteuert. Die Zufuhr flüssigen Brennstoffs erfolgt mittels einer Pumpe 25 mit eingebauter Servoeinrichtung zur Hubverstellung, von wo aus flüssiger Brennstoff mittels eines Steuerventils 26 überlaufen kann. Dieses Ventil 26 ist ein Ventil bekannter Art mit einer Membran 27, auf deren eine Seite der Druck in der Kammer 20 einwirkt, während auf der anderen Seite der Druck am Einlaß 17 einwirkt. Das Ventil betätigt einen Hebel 28 mit einem Steuerventil, das mit einer Düse 30 so zusammenwirkt, daß durch die Steuerung des aus der Düse 30 austretenden Brennstoffs ein konstanter Druckabfall vom Einlaß 17 zur Kammer 20 erhalten bleibt. Die Steueröffnungen 18, 19 bzw. 21, 23 sind derart ausgebildet, daß in den jeweiligen Endwinkelstellungen der Hülsen 14, IS nur jeweils eine Brennstoffart zugeführt wird. Die Menge des jeweils zugeführten Brennstoffs ist so bemessen, daß für jede Axialstellung der Ventilteile die Leistung der Gasturbinenanlage von der jeweils verwendeten Brennstoffart unabhängig ist.

Die Senkvorrichtung zur Einstellung der axialen Lage der Ventilteile 11, 12 besteht aus einem Stellkolben 31, der in der dargestellten Ausführung mit dem Ventilteil 11 aus einem Stück besteht. Die eine Seite des Stellkolbens wird vom Druck des flüssigen Brennstoffs im Einlaß 17 beaufschlagt.

Durch eine mit einer Drosselstelle versehene Leitung 32 fließt der flüssige Brennstoff zur anderen Seite des Stellkolbens 31 und von dort durch eine Leitung 33 zu einer in die Kammer 20 führenden Düse 34. Die Leitung 32 ist innerhalb des Stellkolbens 31 ausgebildet. Selbstverständlich kann diese Leitung auch in der Wand des Gehäuses liegen. Der Strom des flüssigen Brennstoffs aus der Düse 34 wird durch ein Servoventil 35 gesteuert, das auf einem Hebel 36 in der Kammer 20 angeordnet ist. Auf diesen Hebel wirkt eine Feder 37, die zwischen dem Hebel und dem Ventilteil 11 liegt. Die Feder 37 drückt die Ventiiteile 11, 12 in Axialrichtung zwecks Verminderung des Brennstoffdurchflusses und beaufschlagt ferner den Hebel 36 derart, daß sich das Servoventil 35 der Düse 34 nähert. Eine weitere Feder 38 drückt den Hebel 36 in entgegengesetzter Riehtung. Diese Feder ist zwecks Änderung der Ausgangslage des Hebels 36 einstellbar.

Um den Hebel 36 in entgegengesetzter Richtung zu drücken, ist eine Vorrichtung 40 vorgesehen, die auf den Druck des Kompressors der Gasturbine anspricht. Die Vorrichtung 40 besteht aus einer Membran 41, die eine Kammer 42 von einer Kammer 43 abtrennt.

Die Kammer 43 ist über eine Drossel 44 mit der Atmosphäre verbunden. Die Kammer 42 ist über eine Leitung 9 und eine Drossel 45 mit einer Abzweigung der Vorderseite des Kompressors verbunden. Die Vorrichtung 40 ist so ausgelegt, daß, sobald der Kompressorauslaßdruck den umgebenden Atmosphärendruck übersteigt, auf den Hebel 36 eine Kraft ausgeübt wird, die den Federkräften der Federn 37, 38 entgegengerichtet ist.

Um den Kraftbedarf des bereits erwähnten Gaserzeugerteils der Turbinenanlage zu berücksichtigen, ist ein Begrenzungsventil 46 mit einem Ventilsitz 47 vorgesehen, gegen den ein Ventilverschlußglied 48 mittels einer Feder 49 gedrückt wird. Die Feder 49 liegt an einem beweglichen Anschlag 50 des dazugehörigen Reglers an, der vom getrennten Gaserzeugerteil angetrieben wird. Der Regler verstellt den Auflageteller 50 im Sinn einer Vergrößerung des Drucks der Feder 49, wenn die Drehzahl des Gaserzeugerteils abnimmt. Das Ventilverschlußgüed 48 steuert den Luftstrom hinter der Drosselstelle 45 zur Atmosphäre. Die auf das Verschlußglied 48 v/irkende Luft und die Luft in der Kammer 42 haben den gleichen Druck. Dieser Druck hebt das Verschluißglied 48 von seinem Sitz ab. Auf diese Weise ist der Druck in der Kammer 42 immer nur so groß, wie bei dem jeweiligen Leistungsbedarf des Gaserzeugerteils nötig ist, um das Verschlußglied 48 von seinem Sitz abzuheben. Die Bewegung des Verschlußglieds 48 wird in Öffnungsrichtung durch einen Anschlag 51 im Begrenzungsventil 46 begrenzt.

Zur Einstellung der Höchstgeschwindigkeit der Gasturbine ist ein Regler 42 vorgesehen, der von der Gasturbine angetrieben wird. Dieser Regler betätigt ein Ventil 53 in der Leitung 33 derart, daß bei Tätigwerden des Reglers der Durchfluß in dieser Leitung begrenzt wird. Auf das Ventil 53 wirkt eine Feder 54 sowie eine weitere Feder 55 ein, deren Kraft entsprechend der Atmosphärentemperatur änderbar ist. Diese Temperatur wird mittels eines nicht dargestellten Temperaturanzeigers gemessen und erzeugt so ein Drucksignal innerhalb einer Druckdose 56, die einen an einem Nocken 58 angeschlossenen Arm 57 betätigt. Der Nocken 58 bewegt einen Anschlag 59, an dem eine Feder 55 anliegt, derart, daß bei Ansteigen der Atmosphärentemperatur die auf das Ventil 53 wirkende Federkraft kleiner wird. Das verhindert ein Ansteigen der Reglerdrehzahl, was bei den bekannten Regeleinrichtungen dieser Art auch ohne einen Ausgleich der Umgebungstemperatur auftreten kann.

Für den Fall, daß die Gasturbine mit flüssigem Brennstoff betrieben werden soll, werden die Ventilteile 11, 12 winklig so eingestellt, daß die Zufuhr gasförmigen Brennstoffs unterbrochen ist. Der flüssige Brennstoff fließt aus der Kammer 20 durch eine Drossel 60 zu einem Hilfsbrenner 61 und über ein auf den Druck der Drossel 60 ansprechendes Steuerventil zu dem Hauptbrenner 63. Bei normalem Dauerbetrieb ist der Druck der Kammer 42 von dem Kompressorauslaßdruck und von dem Leistungsbedarf des separaten Gaserzeugerteils abhängig. In der Senkvorrichtung herrscht ein Gleichgewicht zwischen dem Druckabfall am Kolben 31 und der auf das Ventilteil 11 einwirkenden Federkraft sowie zwischen den auf den Hebel 36 einwirkenden Federkräften und dem Druck in der Kammer 42. Während der Beschleunigung wird der Auflageteller 50 von dem Regler des Gaserzeugerteils der Turbinenanlage so verstellt, daß die auf das Ventilverschlußglied 48 wirkende Federkraft größer wird. Der die Membran 41 beaufschlagende Druck hebt das Servoventil von der Düse 34 ab, so daß die Strömung durch die gedrosselte Leitung 32 größer wird. Dies hat die Verstellung des Ventilteils 11 zur Folge, derart, daß ein erhöhter Brennstofffluß einsetzen kann. Bei Verzögerung der Gasturbine hebt sich der Ventilabschluß 48 von seinem Sitz in Richtung Anschlag 51 ab. Auf

diese Weise entsteht ein Luftpotentiometer, das aus der Drossel 45 und dem Ventil 46 besteht, so daß die Kammer 42 von einem der Auslaßseite des Kompressors entnommenen Druck beaufschlagt wird. Der Drehzahlbegrenzer sorgt für eine Drosselung der Brennstoffzufuhr in der Leitung 33, wodurch ein Druckabfall am Kolben 31 geringer wird und das Ventilteil 11 sich im Sinne einer Brennstoffdrosselung bewegt.

Sobald die Gasturbine nur mit gasförmigem Brennstoff betrieben wird, werden die Ventilteile 11, 12 in eine Winkellage .gedreht, in der der Zufluß flüssigen Brennstoffs vollkommen unterbrochen wird. Am Auslaß der Kammer 20 wird ein weiteres Ventil 64 so betätigt, daß die Förderung flüssigen Brennstoffs zur Drossel 60 und zum Ventil 63 unterbrochen ist und die Kammer 20 mit dem unter niedrigen Druck stehenden Tank verbunden ist, aus dem die Pumpe 25 den Brennstoff fördert. Die beschriebene Servovorrichtung hält die gesamte Regelung der Brennstoffzufuhr zu den Brennern aufrecht. Um vom Brennsloffeinlaß 17 zur Kammer 20 den gleichen Druckabfall zu erhalten, wird die Fördermenge der Pumpe 25 gedrosselt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Betrieb der Servovorrichtung nicht vom Wechsel der Brennsloffart beeinflußt wird.

Für den Fall, daß die Ventilteile 11, 12 sich zwischen den beiden Endstellungen befinden, kann die Gasturbinenanlage sowohl mit flüssigem als auch mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden, vorausgesetzt, die Zuführungsleitung zu den Brennern ist nicht durch das Ventil 64 abgesperrt. Folglich ist der Wechsel von einer Brennstoffart zur anderen verhältnismäßig einfach. Dieser Wechsel kann in jedem Betriebszustand der Turbine, d. h. bei Normallauf, Beschleunigung oder Verzögerung, durchgeführt werden.

Um die Brenner bei Betrieb mit gasförmigem Brennstoff zu zünden, wird druckgesteuertes Gas über die Drossel 65 in die Kammer 53 eingeleitet. Die Drosseln 65 und 44 bilden zusammen ein Potentiometer, durch das der auf die Kammer 43 wirkende Druck den Förderdruck verringert. Den Brennern wird also eine geringere Gasmenge zugeführt, wodurch die Zündung erleichtert wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 weist ein Drehzahlbegrenzer 75, der im wesentlichen dem nach F i g. 1 entspricht, ein Ventilglied 76 auf, das den Abfluß zur Atmosphäre durch eine mit der Leitung 9 verbundene Leitung 77 steuert. Auf diese Weise arbeitet der Regler 75 mit dem Ventil 76 zusammen, und steuert den Druck in der Kammer 42. Wie oben bereits beschrieben wurde, sorgt das Ventil 46 während der Beschleunigung oder Verzögerung für eine Vergrößerung bzw. Verringerung des Brennstoffzuflusses zum Brenner 63. Mit größer werdender Drehzahl erlaubt das Ventil 76 einen größeren Brennstoffdurchfluß in der Leitung 77, wodurch der die Membran 41 beaufschlagende Druck verringert wird. Das hat zur Folge, daß der Hebel 36 im Sinn eines Schließens des Servoventils 35 bewegt wird, wodurch der Brennstoffdurchfluß in der Leitung 33 gedrosselt wird. Bei geringerem Brennstoffdurchfluß in der Leitung 33 bewegen sich auch die Ventilteile 11, 12 im Sinn einer Verringerung des Brennstoffdurchflusses.

Bei der Abänderung nach F i g. 3 ersetzt ein servobetätigtes Ventil 66 das Ventil 46 in Fig. 1. Hier steuert eine Membran 67, die über eine Stange 68 mit einem konischen Ventilteil 69 verbunden ist, den Abfluß hinter der Drossel 45 zur Atmosphäre. Die Membran 67 wird auf einer Seite vom gesamten Kompressordruck und auf der anderen Seite vom Atmosphärendruck beaufschlagt. Außerdem ist eine Feder 70 vorgesehen, die auf die Membran einwirkt und das Ventil 69 in seine Offenstellung drückt, sowie eine Feder 71, die die Membran in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Diese Feder 71 ist durch ein Teil 72 des Reglers des getrennten Gaserzeugerteils einstellbar. Im Gleichgewichtszustand hängt die Stellung des Ventils 69 von der Leistung der Turbine ab, so daß sich der Förderdruck und der Druck in der Kammer 43 der Vorrichtung 40 ständig entsprechend der Leistung der Gasturbine und dem Kompressorauslaßdruck ändert. Anschläge 73, 74 begrenzen die öffnungs- und Schließstellung des Ventils 69 bei Beschleunigung und Verzögerung.

Um die einstellbare Drossel in der Leitung 33 zu ändern und trotzdem die gleiche Wirkung zu erzielen, könnte ein dem Ventil 66 entsprechendes Ventil verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 gründe, eine Regeleinrichtung für die Brennstoffzu- Patentanspriiche: fuhr zu einer sowohl mit gasförmigem als auch flüssigem Brennstoff betreibbaren Gasturbinenanlage zu

1. Regeleinrichtung für die Zufuhr von flüssi- schaffen, die es ermöglicht, entweder beide Brenngem und/oder gasförmigem Brennstoff zu einer 5 stoffe gleichzeitig oder wahlweise den einen oder aneinen Gaserzeugerteil und eine mechanisch davon deren Brennstoff der Anlage zuzuführen,
getrennte Nutzturbine enthaltenden Gasturbinen- Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, anlage, mit einem servogesteuerten Ventil, das daß die beiden Ventilteile miteinander verbunden für jede Brennstoffart ein in Abhängigkeit von und in je einer Hülse mittels eines Hebels um eine Betriebsgrößen der Gasturbinenanlage verstellba- io gemeinsame Achse zwischen zwei Endstellungen res Vcntilteil aufweist, dadurch gekenn- drehbar angeordnet sind und daß in den Hülsen und zeichnet, daß die beiden Ventilteile (11, 12) Ventilteilen Steueröffnungen derart ausgebildet sind, miteinander verbunden und in je einer Hülse (14 daß in den Endwinkelstellungen nur jeweils eine bzw. 15) mittels eines Hebels (80) um eine ge- Brennstoffart zugeführt wird, und zwar in einer solmeinsame Achse zwischen zwei EndstßHungen 15 chen Menge, daß für jede Axialstellung der Ventildrehbar angeordnet sind und daß in den Hülsen teile die Leistung der Gasturbinenanlage von der je- und Ventilteilen Steueröffnungen (18, 19 bzw. weils verwendeten Brennstoffart unabhängig ist.

21, 23) derart ausgebildet sind, daß in den End- Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin-

winkelstellungen nur jeweils eine Brennstoffart dung sind in der Zeichnung und den Ansprüchen nä-

zugeführt wird, und zwar in einer solchen Menge, 20 her erläutert, auf die verwiesen wird.

daß für jede Axialstellung der Ventilteile die Lei- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

stung der Gasturbinenanlage von der jeweils ver- Erfindung dargestellt. Es zeigt

wendeten Brennstoffart unabhängig ist. F i g. 1 die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch in schematischer Darstellung,

gekennzeichnet, daß die Ventilteile (11, 12) in an 35 F i g. 2 eine weitere Ausführungsform nach F i g. 1

sich bekannter Weise einen Stellkolben (31) auf- und

weisen, der in Öffnungsrichtung vom Einlaß- F i g. 3 eine konstruktive Abänderung eines Teils druck des zur Steuerung verwendeten Brennstoffs der Regeleinrichtung nach den F i g. 1 und 2.
und in Schließrichtung von einem davon über Die Regeleinrichtung ist für die Zufuhr von flüssieine mit einer Drosselstelle versehene Leitung 30 gern und/oder gasförmigem Brennstoff zu einer (32) abgeleiteten und duich wenigstens eine in Gasturbinenanlage bestimmt, die einen Gaserzeuger-Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Gas- teil und eine mechanisch davon getrennte Nutzturturbinenanlage stehende Einrichtung absenkbaren bine aufweist.

Druck sowie von der Kraft einer Feder (37) be- Mit 10 ist ein Ventil bezeichnet, welches ein Ven-

aufschlagt ist, so daß der Druckabfall am Ventil- 35 tilteil 11 für flüssigen Brennstoff und ein Ventilteil

teil etwa konstant bleibt. 12 für gasförmigen Brennstoff aufweist. Beide Ven-

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch tilteile 11, 12 sind miteinander durch eine Stange 13 gekennzeichnet, daß die druckabsenkende Ein- gekuppelt und in je einer Hülse 14, 15 mittels eines richtung in an sich bekannter Weise zwischen der Hebels 80 um eine gemeinsame Achse zwischen zwei mit einer Drosselstelle versehenen Leitung (32) 4° Endstellungen drehbar angeordnet. Die Hülse 14 des und einer dem Ventilteil nachgeschalteten Kam- Ventilteils 11 ist außen mit einer Ringnut 16 versemer (20) geschaltetes Servoventil (35) aufweist, hen, die mit einer Zufuhrleitung 17 für flüssigen das mit einer Düse (34) zusammenwirkt und auf Brennstoff in Verbindung steht. Die Hülse 14 hat einem Schwenkhebel (36) angeordnet ist, auf den mehrere in Winkelabstand liegende Steueröffnungen die Feder (37) sowie eine Membran (41) ein- 45 18. Das Ventilteil 11 ist hohl und weist mehrere wirkt, die von Drücken des Verdichters der Gas- Steueröffnungen 19 auf, die ebenso wie die Steuerturbinenanlage beaufschlagt ist. öffnungen 18 einen gegenseitigen Winkelabstand haben. Das Ventilteil 11 mündet mit einem Ende in