SE522267C2

SE522267C2 - Fuel injection for a gas turbine

Info

Publication number: SE522267C2
Application number: SE0001552A
Authority: SE
Inventors: Jan Magnusson; Johnny Rehn; Alf Andersson
Original assignee: Turbec Ab
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2004-01-27
Also published as: DE10196104T1; WO2001083965A1; DE10196104B4; SE0001552D0; GB2376721A; GB2376721B; GB0224080D0; SE0001552L; AU2001252845A1; DE10196104B8

Abstract

A gas turbine has a fuel injection system for supplying pressurized fuel gas to a combustion chamber (2) of a gas turbine, the fuel injection system having at least one electrically controllable magnetic valve (3, 4, 5) working with pulse-width-modulation, i.e. controlling the gas flow by varying the length of its opening time pulses in relation to its closing time, in a gas supply conduit (15). The fuel injection system has at least one electrically controllable magnetic main valve (3, 4) arranged in the supply conduit (15). Moreover, at least one pilot valve (5) is connected to the supply conduit with its upstream end after the main valve and with its downstream end connected to a conduit (17) leading into a pilot flame chamber (19) inside the combustion chamber (2).

Description

25 30 5 2 2 2 6 7 5.: F32; :ng i ..._ _.._ '.. zoo1Vos-14 E=\1>unr..1c\1>oc\s=\411o»oo9.dec An E" å". 2.' I I 2 'I . 3"! ' 2 ' ' I: ICO puls-bredd-modulering, dvs. reglerar bränslegasens massflö- de genom att längden på dess öppningstidpulser varieras i förhållande till dess stängningstid. 25 30 5 2 2 2 6 7 5 .: F32; : ng i ..._ _.._ '.. zoo1Vos-14 E = \ 1> unr..1c \ 1> oc \ s = \ 411o »oo9.dec An E" å ". 2. ' I I 2 'I. 3 "! '2' 'I: ICO pulse width modulation, ie regulates the mass flow of the fuel gas by varying the length of its opening time pulses in relation to its closing time.

Syftena uppnås också med metoder för att driva och starta en gasturbin med hjälp av ett sådant bränslein- sprutningssystem, vilket också innefattar åtminstone en bränslegaständare, åtminstone ett bränslegasinsprutnings- munstycke i förbränningskammaren och en pilotventil och en strypventil i gastillförselledningen. Metoderna omfattar stegen att evakuera bränslegasen i förbränningskammaren.The objects are also achieved by methods of operating and starting a gas turbine by means of such a fuel injection system, which also comprises at least one fuel gas lighter, at least one fuel gas injection nozzle in the combustion chamber and a pilot valve and a throttle valve in the gas supply line. The methods include the steps of evacuating the fuel gas into the combustion chamber.

Sedan startas tändaren innan trycksatt bränslegas tillförs i gastillförselledningen. Detta följs av en tändning av bränslegasen som tillförts från gastillförselledningen ge- nom strypventilen, varigenom en pilotflamma åstadkommes och väntetid inleds till dess att pilotflamman är stabil. Sedan öppnas pilotventilen så att pilotflamman kan regleras för att uppnå en förbestämd temperatur i förbränningskammaren, och huvudventilerna öppnas och pilotventilen stängs när förbränningskammaren har en lämplig temperatur.The igniter is then started before pressurized fuel gas is supplied to the gas supply line. This is followed by an ignition of the fuel gas supplied from the gas supply line through the throttle valve, whereby a pilot flame is produced and a waiting time is initiated until the pilot flame is stable. Then the pilot valve is opened so that the pilot flame can be regulated to reach a predetermined temperature in the combustion chamber, and the main valves are opened and the pilot valve is closed when the combustion chamber has a suitable temperature.

Genom att tillhandahålla ett bränsleinsprutningssy- stem med åtminstone en ventil enligt uppfinningen och/eller driva och starta en gasturbin enligt de definierade meto- derna, uppnås följande fördelar: Konstruktionen av ett bränslesystem förenklas med hjälp av lätt tillgängliga standardventiler, dess kostnad reduceras beroende på låga priser för ventilerna och deras tillhörande utrustning och driften av gasturbinen är tillförlitlig och enkel att re- glera.By providing a fuel injection system with at least one valve according to the invention and / or operating and starting a gas turbine according to the defined methods, the following advantages are achieved: The construction of a fuel system is simplified by means of easily accessible standard valves, its cost is reduced due to low prices for the valves and their associated equipment and the operation of the gas turbine are reliable and easy to regulate.

Andra syften, egenskaper och fördelar med den före- liggande uppfinningen beskrivs i den efterföljande detalje- rade beskrivningen och på ritningarna liksom i de bifogade kraven. v a I c nu u non.. 10 15 20 25 30 nunnan - n 2001-08-14 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-009.d0C 5 2 2 2 6 7 ä' 3 a,. -.. - o ~ u -.- Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas i ytterligare detalj med hänvisning till de bifogade rit- ningarna, pä vilka: FIG 1 är ett flödesschema av en föredragen utförande- form till ett bränsleinsprutningssystem enligt uppfin- ningen, FIG 2 är diagram över en temperaturprofil i en för- bränningskammare hos en gasturbin, och bränslemassflöde in i förbränningskammaren under insprutning av bränslegas i enlighet med uppfinningen, FIG 3 är ett diagram som visar regleringen av huvud- ventilerna i bränsleinsprutningssystemet enligt uppfinning- en när varje ventil är öppen 50 % av periodtiden under in- sprutningen av bränslegas, och FIG 4 är ett diagram som visar regleringen av de två huvudventilerna i bränsleinsprutningssystemet enligt upp- finningen när varje ventil är öppen 20 % av periodtiden un- der insprutningen av bränslegas.Other objects, features and advantages of the present invention are described in the following detailed description and in the drawings as well as in the appended claims. v a I c nu u non .. 10 15 20 25 30 nunnan - n 2001-08-14 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-009.d0C 5 2 2 2 6 7 ä '3 a ,. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be described in further detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a flow chart of a preferred embodiment of a fuel injection system. according to the invention, Fig. 2 is a diagram of a temperature profile in a combustion chamber of a gas turbine, and fuel mass flow into the combustion chamber during injection of fuel gas according to the invention, Fig. 3 is a diagram showing the control of the main valves in the fuel injection system according to the invention when each valve is open 50% of the period during the injection of fuel gas, and FIG. 4 is a diagram showing the control of the two main valves in the fuel injection system according to the invention when each valve is open 20% of the period during the injection of fuel gas.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Det enklaste sättet att reglera en gasturbin är att ändra massflödet av bränsle till gasturbinen. Detta kan ut- föras genom att reglera insprutningen av ett trycksatt bränsle, vilket, om ett bränsle i vätskeform används, trycksätts av en separat pump eller, om ett bränsle i gas- form används, av en separat kompressor av centrifugal-, ax- ial-, skruv- eller positiv deplacementtyp, varvid kompres- sorn i sin tur tillförs t.ex. naturgas från en extern leve- rantör. Denna ökning av bränslegastrycket erfordras innan bränslegasen kommer in i förbränningskammaren hos gastur- binen beroende på ett oftast för làgt bränslegastryck från en extern leverantör. n oonnoq 10 U 20 25 30 35 522 267 š'=i"='-..»' f; -s .- 2oo1-oa-14 n=\z>uß1.1c\noc\p\411o-oo9.dueAn å" 5": 1,' ; 5 3 .: _::".. 4 * »» :nu ,, Insprutningen av bränsle styrs av reglerorgan, re- gulator och avstängningsventiler och tillhörande utrustning för tillförande av det lämpliga bränslemassflödet in i för- bränningskammaren. Trycket hos det gasformiga bränslet som kommer in i förbränningskammaren kan styras av olika dator- mjukvara och hårdvara, mekaniska eller elektriska ventiler och/eller andra reglerorgan med hjälp av uppmätta tryckfall över vissa delar av bränslesystemet för gasturbinenheten, t.ex. turbinen, ledningar eller andra lämpliga delar hos enheten.Detailed Description of the Invention The simplest way to control a gas turbine is to change the mass flow of fuel to the gas turbine. This can be done by regulating the injection of a pressurized fuel, which, if a liquid fuel is used, is pressurized by a separate pump or, if a gaseous fuel is used, by a separate compressor of centrifugal, axial , screw or positive displacement type, whereby the compressor is in turn supplied e.g. natural gas from an external supplier. This increase in fuel gas pressure is required before the fuel gas enters the combustion chamber of the gas turbine due to an often too low fuel gas pressure from an external supplier. n oonnoq 10 U 20 25 30 35 522 267 š '= i "=' - ..» 'f; -s .- 2oo1-oa-14 n = \ z> uß1.1c \ noc \ p \ 411o-oo9. dueAn å "5": 1, '; 5 3.: _ :: ".. 4 *» »: nu ,, The injection of fuel is controlled by control means, regulator and shut-off valves and associated equipment for supplying the appropriate fuel mass flow into in the combustion chamber. The pressure of the gaseous fuel entering the combustion chamber can be controlled by various computer software and hardware, mechanical or electric valves and / or other control means by means of measured pressure drops over certain parts of the fuel system of the gas turbine unit, e.g. the turbine, lines or other suitable parts of the unit.

I en föredragen utförandeform av ett bränsleinsprut- ningssystem, såsom visas i FIG 1, används trycksatt natur- gas som bränslegas, vilken tillförs en förbränningskammare 2 i en gasturbin, vilken inte visas i mer detalj. Bränsle- gasen tillförs fràn en yttre källa till en inloppssida 10' hos en bränslegaskompressor 10, vilken trycksätter bränsle- gasen på ett sätt som är bekant för en fackman inom omrä- det, och levererar bränslegasen med ett lämpligt högre tryck till utloppssidan 10" som är ansluten till en gas- tillförselledning 15. En första avstängningsventil 11 är ansluten med sin uppströmsände till gastillförselledningen och med sin nedströmsände till ett gasfilter 14. Denna för- sta avstängningsventil används för att stänga och öppna bränslegasmassflödet. En bränslegasevakueringsledning med en bränslegasevakueringsventil 13 är ansluten till gastill- förselledningen mellan den första avstängningsventilen och gasfiltret för att evakuera läckande eller kvarbliven bränslegas i gastillförselledningen under stopp och stille- ständ för gasturbinenheten. En andra avstängningsventil 12 är ansluten med sin uppströmsände till nedströmsänden hos gasfiltret. Bränslegasevakueringen utförs som en säkerhets- åtgärd när man stoppar gasturbinen genom att stänga bräns- legasmassflödet med hjälp av avstängningsventilen 11 och 12, varvid en tidsfördröjning eller ett fel i stängnings- proceduren kan innestänga bränslegas i gastill- o | « v .l W H 20 25 30 35 592 2'7 s'=:"-=.= .= -- f ' ' ' zooi-os-14 E \puaL1c\noc\p\411o-ooe.noe ._ Q) ;" §". I! : 7 § - I ' 5 . ' i ICO förselledningen, vilken gas sedan måste evakueras. Det kan också uppkomma ett funktionsfel i vilken som helst av av- stängningsventilerna, vilket åstadkommer ett läckage av bränslegas in i gastillförselledningen, vilket läckage ock- så måste evakueras.In a preferred embodiment of a fuel injection system, as shown in Fig. 1, pressurized natural gas is used as the fuel gas, which is supplied to a combustion chamber 2 in a gas turbine, which is not shown in more detail. The fuel gas is supplied from an external source to an inlet side 10 'of a fuel gas compressor 10, which pressurizes the fuel gas in a manner known to one skilled in the art, and delivers the fuel gas at a suitably higher pressure to the outlet side 10 "which is connected to a gas supply line 15. A first shut-off valve 11 is connected with its upstream end to the gas supply line and with its downstream end to a gas filter 14. This first shut-off valve is used to close and open the fuel gas mass flow. to the gas supply line between the first shut-off valve and the gas filter to evacuate leaking or residual fuel gas in the gas supply line during the stop and standstill of the gas turbine unit.A second shut-off valve 12 is connected with its upstream end to the downstream end of the gas filter. when stopping the gas turbine by closing the fuel gas mass flow by means of the shut-off valves 11 and 12, whereby a time delay or an error in the closing procedure can trap fuel gas in the gas supply o | «V .l WH 20 25 30 35 592 2'7 s '=:" - =. =. = - f' '' zooi-os-14 E \ puaL1c \ noc \ p \ 411o-ooe.noe ._ Q); " § ". I!: 7 § - I '5.' In the ICO supply line, which gas must then be evacuated. There may also be a malfunction in any of the shut-off valves, which causes a leak of fuel gas into the gas supply line, which leakage must also be evacuated.

Bränsleinsprutningssystemet omfattar tva reglerbara huvudventiler 3, 4, där varje ventil är ansluten med sin uppströmsände till gastillförselledningen 15 efter den andra avstängningsventilen 12. Den första huvudventilen 3 är ansluten till gastillförselledningen efter den andra av- stângningsventilen och den andra huvudventilen 4 är an- sluten till gastillförselledningen efter den första huvud- ventilen. De två huvudventilerna 3, 4 är anordnade paral- lella till varandra, varigenom deras nedströmsändar är an- slutna till en ledning 16 som leder in i förbränningskam- maren 2. De två huvudventilerna är elektriskt reglerbara magnetventiler som arbetar med puls-bredd-modulering, dvs. reglerar bränslegasmassflödet genom att längden på deras öppningstidspulser varieras i förhållande till deras stäng- ningstid. Beroende pà praktiska och tekniska orsaker an- vänds två huvudventiler, ett alternativ vore dock att an- vända bara en ventil om möjligt. En tryckomvandlare 6 är också ansluten till gastillförselledningen 15 mellan upp- strömsändarna pà de två huvudventilerna 3, 4 för att mäta bränslegastrycket innanöäâgykommer in i huvudventilerna.The fuel injection system comprises two adjustable main valves 3, 4, each valve being connected with its upstream end to the gas supply line 15 after the second shut-off valve 12. The first main valve 3 is connected to the gas supply line after the second shut-off valve and the second main valve 4 is connected to the gas supply line after the first main valve. The two main valves 3, 4 are arranged parallel to each other, whereby their downstream ends are connected to a line 16 which leads into the combustion chamber 2. The two main valves are electrically adjustable solenoid valves which work with pulse-width modulation, i.e. regulates the fuel gas mass flow by varying the length of their opening time pulses in relation to their closing time. Depending on practical and technical reasons, two main valves are used, but an alternative would be to use only one valve if possible. A pressure transducer 6 is also connected to the gas supply line 15 between the upstream ends of the two main valves 3, 4 to measure the fuel gas pressure before entering the main valves.

En pilotventil 5 är ansluten med sin uppströmsände till gastillförselledningen 15 efter den andra huvudventi- och är ansluten med sin nedströmsände till en annan Pilot- ventilen 5 är också en elektriskt reglerbar magnetventil len 4, ledning 17 som leder in i förbränningskammaren 2. som arbetar med puls-bredd-modulering, dvs. reglerar gas- flödet genom att längden på dess öppningstidspulser varie- ras i förhållande till dess stängningstid. En strypventil 9 är ansluten med sin uppströmsände till gastillförselled- ningen 15 efter pilotventilen och med sin nedströmsände | n 1 . ., 10 15 20 25 30 35 5 6 ;'¿ '. : _; ._ _, _ = I u a ' ~ c y g 2001-08-14 E:\PU'BLIC\DOC\P\4ll0-009.d0C AR 2 2 2 7 E" E": 1.: I, 5 E n a. E:": , 6 v» n. , n till samma ledning 17 som pilotventilen, vilken ledning le- der in i förbränningskammaren, varigenom strypventilen är ansluten parallellt med pilotventilen och släpper igenom ett konstant bränslegasmassflöde för att garantera en kon- tinuerlig förbränning i förbränningskammaren.A pilot valve 5 is connected with its upstream end to the gas supply line 15 after the second main valve and is connected with its downstream end to another. pulse-width modulation, i.e. regulates the gas flow by varying the length of its opening time pulses in relation to its closing time. A throttle valve 9 is connected with its upstream end to the gas supply line 15 after the pilot valve and with its downstream end | n 1. ., 10 15 20 25 30 35 5 6; '¿'. : _; ._ _, _ = I ua '~ cyg 2001-08-14 E: \ PU'BLIC \ DOC \ P \ 4ll0-009.d0C AR 2 2 2 7 E "E": 1 .: I, 5 E n a. E: ":, 6 v» n., n to the same line 17 as the pilot valve, which line leads into the combustion chamber, whereby the throttle valve is connected parallel to the pilot valve and lets through a constant fuel gas mass flow to guarantee a continuous combustion in the combustion chamber.

Ledningen 16 är ansluten till nedströmsändarna på de två huvudventilerna 3 och 4 och leder bränslegasen in i bränslegasinsprutningsmunstyckena 8 som är placerade i för- bränningskammaren 2 hos gasturbinen. Dessa munstycken är anordnade i form av en ring runt en pilotkammare 19 inuti förbränningskammaren för att åstadkomma en jämn fördelning av insprutad bränslegas, vilket ger en effektiv förbrän- ning. Ledningen 17 är ansluten till nedströmsändarna för pilotventilen 5 och strypventilen 9 och leder bränslegasen in i ett pilotmunstycke 18 i mitten av förbränningskammaren 2 och pilotflamkammaren 19. Pilotflamkammaren omger pilot- munstycket för att garantera att en pilotflamma blir stabil och bibehålls så utan störningar.The line 16 is connected to the downstream ends of the two main valves 3 and 4 and leads the fuel gas into the fuel gas injection nozzles 8 which are located in the combustion chamber 2 of the gas turbine. These nozzles are arranged in the form of a ring around a pilot chamber 19 inside the combustion chamber to provide an even distribution of injected fuel gas, which provides an efficient combustion. The line 17 is connected to the downstream ends of the pilot valve 5 and the throttle valve 9 and leads the fuel gas into a pilot nozzle 18 in the middle of the combustion chamber 2 and the pilot flame chamber 19. The pilot flame chamber surrounds the pilot nozzle to ensure a pilot flame is stable and maintained without interference.

En beskrivning kommer nu att ges av en metod för drift av förbränningskammaren 2 hos en gasturbin med an- vändning av bränsleinsprutningssystemet enligt uppfinning- en, insprutningsmunstyckena 8, och en tändare 7, vilken är placerad inuti förbränningskammaren med sin ände inuti pi- lotflamkammaren 19 nära utloppet för pilotmunstycket 18 för att tända pilotflamman. Metoden förklaras med hänvisning till FIG 2, på vilken det övre diagrammet schematiskt visar temperaturen T i förbränningskammaren 2 på y-axeln i för- hållande till tiden t som visas pà x-axeln, varvid diagram- met i mitten schematiskt visar bränslegasmassflödet Q genom pilotventilen 5 och strypventilen 9 på y-axeln i förhållan- de till tiden t som finns på x-axeln, och det nedre dia- grammet visar bränslegasmassflödet Q genom huvudventilerna 3 och 4 på y-axeln i förhållande till tiden t på x-axeln.A description will now be given of a method of operating the combustion chamber 2 of a gas turbine using the fuel injection system according to the invention, the injection nozzles 8, and a lighter 7, which is located inside the combustion chamber with its end inside the pilot flame chamber 19 near the outlet of the pilot nozzle 18 for lighting the pilot flame. The method is explained with reference to Fig. 2, in which the upper diagram schematically shows the temperature T in the combustion chamber 2 on the y-axis in relation to the time t shown on the x-axis, the diagram in the middle schematically showing the fuel gas mass flow Q through the pilot valve 5 and the throttle valve 9 on the y-axis relative to the time t present on the x-axis, and the lower diagram shows the fuel gas mass flow Q through the main valves 3 and 4 on the y-axis relative to the time t on the x-axis.

Metoden innefattar de efter varandra följande stegen att först evakuera eventuellt kvarstående bränsle i för- o o » o v n nu 10 15 20 25 30 - .- 1 - n nu 5 9 2 ° ' 7 2001-05-14 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-009.dOC AR n- ¿ b 7 bränningskammaren 2 med hjälp av ett drag som ästadkommes genom att rotera gasturbinen, t.ex. med hjälp av en elek- trisk generator pà turbinaxeln som används som en motor.The method comprises the successive steps of first evacuating any remaining fuel in the furnace now 10 15 20 25 30 - .- 1 - n now 5 9 2 ° '7 2001-05-14 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-009.dOC AR n- ¿b 7 the combustion chamber 2 by means of a draft which is effected by rotating the gas turbine, e.g. by means of an electric generator on the turbine shaft which is used as a motor.

Sedan tänds tändaren 7 en viss tid före punkt "a" i FIG 2 under ungefär 10 sekunder, och trycksatt bränslegas till- förs gastillförselledningen 15 ungefär tvà sekunder efter att tändaren har tänts. Detta följs av en tändning av bränslegasen som levereras fràn gastillförselledningen ge- nom strypventilen 9 som är ansluten till ledningen 17, vil- ken leder in i förbränningskammaren, varigenom pilotflamman uppkommer vid punkt "a" i FIG 2, och en väntetid inleds till dess att pilotflamman är stabil och härigenom börjar värma upp förbränningskammaren, såsom visas i det övre dia- grammet i FIG 2.Then the lighter 7 is lit for a certain time before point "a" in FIG. 2 for about 10 seconds, and pressurized fuel gas is supplied to the gas supply line 15 about two seconds after the lighter has been lit. This is followed by an ignition of the fuel gas supplied from the gas supply line through the throttle valve 9 connected to the line 17, which leads into the combustion chamber, whereby the pilot flame arises at point "a" in FIG. 2, and a waiting time begins until the pilot flame is stable and thereby begins to heat the combustion chamber, as shown in the upper diagram in FIG.

Pilotventilen 5 som är parallell med strypventilen öppnas sedan vid punkt "b" i diagrammet i mitten så att pi- lotflamman kan regleras för att åstadkomma en förutbestämd högre temperatur i förbränningskammaren 2, och de tvâ hu- vudventilerna 3 och 4, som visas i det nedre diagrammet, öppnas vid punkt "c", och pilotventilen 5 stängs vid punkt "d", vilket garanterar en överlappning av bränslegasmass- flöde, när förbränningskammaren har en lämplig temperatur.The pilot valve 5 which is parallel to the throttle valve is then opened at point "b" in the diagram in the middle so that the pilot flame can be regulated to achieve a predetermined higher temperature in the combustion chamber 2, and the two main valves 3 and 4, shown in the the lower diagram, opens at point "c", and the pilot valve 5 closes at point "d", which guarantees an overlap of fuel gas mass flow, when the combustion chamber has a suitable temperature.

Metoden garanterar att driften av gasturbinen kan regleras genom att tillföra lämpligt bränslegasmassflöde.The method guarantees that the operation of the gas turbine can be regulated by supplying a suitable fuel gas mass flow.

En sammanfattande beskrivning av en metod för att starta gasturbinen kommer nu att ges genom att använda bränsleinsprutningssystemet enligt uppfinningen, insprut- ningsmunstyckena 8, och tändaren 7, varvid denna metod in- nefattar ett ytterligare steg utöver alla de steg som be- skrivits i den ovan nämnda metoden. Detta ytterligare steg utförs innan evakueringen av bränslegas från förbrännings- kammaren och avser tillslag av spänningsförsörjningen till avstängningsventilerna 11, 12, bränslegasevakueringsventi- len 13 och gasfiltret 14 vid samma tidpunkt. Detta följs av -Q-0-p n annou- 10 15 20 25 30 ' * u n A522 267 *”*'~-' ' 2001-09-14 E=\PuaL1c\Doc\P\411o-oo9.doc E” ä", g: 2 2 . .' 8 . ' i II III o nun Q a 1 f ~ oß a Q u o de kronologiska stegen som beskrivits i den ovannämnda me- toden för drift av förbränningskammaren 2.A summary description of a method of starting the gas turbine will now be given using the fuel injection system of the invention, the injection nozzles 8, and the igniter 7, this method including an additional step in addition to all the steps described in the above said method. This additional step is performed before the evacuation of fuel gas from the combustion chamber and relates to the switching on of the power supply to the shut-off valves 11, 12, the fuel gas evacuation valve 13 and the gas filter 14 at the same time. This is followed by -Q-0-pn annou- 10 15 20 25 30 '* un A522 267 * "*' ~ - '' 2001-09-14 E = \ PuaL1c \ Doc \ P \ 411o-oo9.doc E” ä ", g: 2 2.. ' 8. 'I II III o nun Q a 1 f ~ oß a Q u o the chronological steps described in the above-mentioned method of operation of the combustion chamber 2.

FIG 3 och 4 visar regleringen av huvudventilerna 3 och 4 under puls-bredd-moduleringen. Öppnings- och stäng- ningsfrekvensen visas på x-axeln och det öppna tillståndet för ventilerna visas med 1 och det stängda tillståndet med O på y-axeln. Övergången mellan de två tillstånden visas schematiskt utan tidsfördröjningen eller den hysteresis när varje ventil förflyttas från det stängda tillståndet till det öppna tillståndet och vice versa för tydlighets skull.Figures 3 and 4 show the control of the main valves 3 and 4 during the pulse width modulation. The opening and closing frequencies are shown on the x-axis and the open state of the valves is indicated by 1 and the closed state by 0 on the y-axis. The transition between the two states is shown schematically without the time delay or the hysteresis when each valve is moved from the closed state to the open state and vice versa for the sake of clarity.

FIG 3 visar regleringen av huvudventilerna 3 och 4 när var 0 och en av dem är öppen under 50 s av hela arbetscykeln. Hu- vudventilerna öppnas och stängs under drift med samma kon- stanta frekvens, företrädesvis 25 Hz, och har en konstant fasförskjutning i förhållande till varandra vid drift, var- vid den föredragna fasförskjutningen mellan dem är l80°, vilken annan fasförskjutning som helst i intervallet 0° till 360° som uppfyller kraven kan också användas. FIG 4 visar regleringen av huvudventilerna i förhållande till varandra när var och en av dem är öppen bara under 20 % av hela arbetscykeln. Här framgår att den första huvudventilen 3 öppnar och stänger innan den andra huvudventilen 4 öppnas i jämförelse med FIG 3 på vilken den första huvudventilen 3 stänger och den andra huvudventilen 4 öppnar vid ungefärli- gen samma tidpunkt.Fig. 3 shows the control of the main valves 3 and 4 when each 0 and one of them is open for 50 s of the whole working cycle. The main valves are opened and closed during operation with the same constant frequency, preferably 25 Hz, and have a constant phase shift relative to each other during operation, the preferred phase shift between them being 180 °, any other phase shift in the range 0 ° to 360 ° that meet the requirements can also be used. Fig. 4 shows the control of the main valves in relation to each other when each of them is open only during 20% of the entire working cycle. Here it can be seen that the first main valve 3 opens and closes before the second main valve 4 is opened in comparison with Fig. 3 on which the first main valve 3 closes and the second main valve 4 opens at approximately the same time.

De två huvudventilerna 3, 4 och pilotventilen 5 re- gleras i förhållande till lasten och kraven på effekt från gasturbinen. Denna reglering kan utföras med avseende på olika parametrar, t.ex. temperaturen i förbränningskammaren 2 och gasturbinen, och gasturbinens varvtal, vilka mäts och åstadkommer signaler som indikerar bränslegasens massflö- desförhållande, last och/eller effektkrav eller andra krav.The two main valves 3, 4 and the pilot valve 5 are regulated in relation to the load and the requirements for power from the gas turbine. This control can be performed with respect to various parameters, e.g. the temperature in the combustion chamber 2 and the gas turbine, and the speed of the gas turbine, which are measured and provide signals indicating the mass flow ratio, load and / or power requirements or other requirements of the fuel gas.

Icon..Icon ..

Claims

10 20 25 30 35 u a. n u u. - 592 267 = sL-- 2001-08-14 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4110-009nyasvensk pkÉv. oc A z PATENTKRAV

A fuel injection system for supplying pressurized fuel gas to a combustion chamber (2) of a gas turbine; the fuel injection system has at least one electrically controllable solenoid valve (3, 4, 5) that works with pulse width modulation, i.e. regulates the gas flow by varying the length of its opening time pulses in ratio (15), characterized in that at least one electrically regulating - until its closing time, in a gas supply line carrying main solenoid valve (15), that at least one pilot valve (5) (3, 4) is arranged in the gas supply line and is connected to the gas supply line (15) with its upstream end after the main valve and is connected with its downstream end to a line (17) (19) which leads into a pilot flame chamber inside the combustion chamber (2).

A fuel injection system according to claim 1, wherein two main valves, a first and a second main valve (3, 4), are arranged parallel in the gas supply line (15) and the pilot valve (5) is connected to the gas supply line after the second main valve (4).

A fuel injection system according to claim 2, wherein a pressure transducer (6) is connected to the gas supply line (15) between the upstream ends of the two main valves (3, 4).

A fuel injection system according to claim 2, wherein a throttle valve (9) is connected to the gas supply line (15) with its upstream end after the pilot valve (5), and is (17) there into the pilot chamber (19), whereby the throttle valve is connected with its downstream end to the line which is closed in parallel with the pilot valve and passes through a n casino 10 Ü 20 25 30 35 3 '. å ". '. 3.". .I. ".." -. ".." - 7- - IIIIIIIIIII ll I Qi I Ö å .nu u. V »t:: n:: I tlzz: 2oo1-oa-14 n; \ Punx, 1c \ Doc \ P \ 411o-oosnyasvens pga oc A 2 II '.' .. u ... -. n "n - 10 constant fuel gas flow to ensure a continuous * combustion in the combustion chamber (2).

Fuel injection system according to claim 2, wherein the two main valves (3, 4) and the pilot valve (5) are regulated in relation to the actual load for the gas turbine, ie. the temperature in the combustion chamber (2) and the gas turbine and its speed.

A fuel injection system according to claim 2, wherein the main valves (3, 4) are opened and closed with the same constant frequency but have a phase shift relative to each other during operation.

A fuel injection system according to claim 6, wherein the phase shift of the main valves (3, 4) is 180 ° relative to each other.

A fuel injection system according to claim 4, wherein the fuel injection system also has a fuel gas compressor (10) (10 ') (14') with a fuel gas inlet side and a fuel gas outlet side (10 "), a gas filter and connection devices, characterized in that a first shut-off valve (11) is connected to the outlet side (10 ") of the fuel gas compressor (10) so that the fuel gas mass flow can be stopped, (13) between the first shut-off valve (11) and the gas filter that a fuel gas evacuation valve is connected (14) connected to the gas supply line (15) after the first shut-off valve (11), (12) (14), and is connected that a second shut-off valve is connected with its upstream end after the gas filter with its downstream end to the upstream end of the first main valve (3) by means of the gas supply line ( 15). 10 15 20 25 u n uno I o en o nu nu nu nu f f n v 0 u 9 I u c cc u 0 0 0 0 u 0 v vu n a I u n o v nu n nu nun of. a n 1 1 I. I - n. v u u 5- * o a 1 no o Q n; n 2001-08-14 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4110-0Ü9DyâSVeDSKEpkrâV.dOC ÅR a I to ll

A gas turbine by means of the fuel injection system according to the method of operation of a combustion chamber (2) according to claim 4, wherein the fuel injection system also comprises at least one fuel gas lighter (7) and at least one fuel gas injection nozzle (8) in the combustion chamber of the combustion chamber, the chronological steps of evacuating any remaining fuel gas in the combustion chamber (2) by means of a move effected by rotating the gas turbine, igniting the igniter (7) for about ten seconds, supplying pressurized fuel gas to the gas supply line (15) two seconds after ignition, ignite the fuel gas supplied from the gas supply line through the throttle valve (9), which is connected to the separate line (17) leading into the pilot flame chamber (19) inside the combustion chamber, whereby a pilot flame and wait time begins until the pilot flame is stable, open the pilot valve (5), which is parallel to the choke valve, so that the pilot flame can be regulated to reach a predetermined temperature in the combustion chamber, and open the two main valves (3, 4) and close, alternatively control the pilot valve (5) when the combustion chamber has a suitable temperature, whereby the operation of gas - the bees can be regulated by supplying a suitable fuel gas flow. . -nova 10 20 25 30. u »-. . . 2001-08-14 8: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 41l0-009nyasve .doc E z ägg 2 6 7:. 2

Method for starting a gas turbine by means of the fuel injection system according to claim 8, characterized by the chronological steps of switching on the voltage supply to the shut-off valves (11, 12), the fuel gas evacuation valve (13) and the gas filter (14) simultaneously, evacuating any remaining fuel in combustion - the combustion chamber (2) of the gas turbine by means of a pull produced by rotating the gas turbine, igniting the igniter (7) in the combustion chamber for about 10 seconds, closing the fuel gas evacuation valve (13), which is open during stopping and stopping the gas turbine, open the shut-off valves (11, 12), preferably, approximately two seconds after the igniter has been ignited, whereby a small flow of fuel gas is led through the gas supply line (15) into the throttle valve (9), which is connected to the separate line. (17) leading into the combustion chamber; the main valves (3, 4) (5) are kept closed, and the pilot valve ignites the fuel gas supplied to the combustion chamber through the throttle valve, thereby creating a pilot flame and initiating waiting time until the pilot flame is stable, opening the pilot valve (5), which is parallel to the throttle valve , so that the pilot flame can be controlled to reach a predetermined temperature in the combustion chamber, and open the two main valves (3, 4) and close, alternatively control the pilot valve (5) when the combustion has a suitable temperature, whereby the operation of the gas turbine can be regulated by to supply the appropriate fuel flow.