有選擇地將燃料和/或水導入燃燒室的裝置的製作方法

2023-05-26 06:28:11

專利名稱：有選擇地將燃料和/或水導入燃燒室的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃燒技術領域，涉及一種有選擇地將燃料和/或水導入燃燒室尤其是燃氣輪機燃燒室的裝置。該裝置具有將供料管和供水管有選擇地與通向燃燒室的公共的燃燒室供給管連接的閥門機構，或者供料管和供水管可以相互連接，以便衝洗供料系統，或者供料管和供水管可分別關閉。
在組合式發電站中所使用的用於生產電能的燃氣輪機中，為了達到適宜的廢氣值(低的NOx)越來越多地注重將水連同燃料(例如燃料油)射入有關的燃燒室中，以便降低燃燒室中的溫度，從而阻止或很難形成不希望的氮氧化物。在申請人製造的大型燃氣輪機(例如GT13E2型)中，燃燒通常採用一大型環形的燃燒室，其中(環形地)設置有多個單獨控制的燃燒器。為了向燃燒器供應燃料和水分別設有可更換的燃燒器噴管，將燃料和水供入噴管的內部，必要時也可以從外部向燃燒器供應點火氣體。這裡，燃料和水可以在分開的導管中輸送並分開噴射，或者已經在噴管的入口混合成一種乳濁液，然後繼續供入一公共的導管(請參見申請人的DE-A1-4401097)。
在所有情況中，燃燒器噴管在入口側分別經獨立的供料閥連接在供料管和供水管上。為了向所有噴管供料，這些供料管和供水管環形地從噴管入口旁經過。供料閥能夠開啟和關閉各燃燒器並同時控制燃料與水的混合比。另一個將兩根導管相互連接的閥能夠用供水管中的水衝洗供料管。此外在環形的燃料管上設有一個排氣閥，系統中的空氣(或水)可以在環形管加燃料時通過此排氣閥逸出。
因此，這類燃料分配系統具有一定數目的閥，它們為燃燒器或噴管數目的數倍。由於每一這種閥都具有可移動的零件，因此除了設備費用外，隨著閥數目的增加故障可能性和維修費用首先增加。
因此，本發明的目的在於，改進上述類型的裝置，克服現今裝置中的缺點，提高可靠性和實現簡單的控制。
這一目的在上述類型的裝置中是這樣實現的，即閥門機構包括一組合閥，該組合閥可以轉換到至少五個不同的閥位，其中在第一個閥位只有供料管與燃燒室供給管連接，在第二個閥位只有供水管與燃燒室供給管連接，在第三個閥位，供料管和供水管同時與燃燒室供給管連接，在第四個閥位，供料管和供水管相互連接而與燃燒室供給管隔開，在第五個閥位，供料管和供水管分別關閉。本發明的核心在於，所有必需的閥功能用一個單一的組合閥完成，該組合閥可以轉換到不同的閥位。這種組合閥只用一個移動件即可實現，從而在燃料器或燃燒器噴管很多時可以大大減少移動件的數目，從而明顯減少故障率。
在本發明的裝置中，在第三個閥位，供料管和供水管同時與燃燒室供給管連接，從而將燃料和水供給燃燒室。如果將第三閥位固定而要調節燃料和水之間的混合比，則可以至少在一個供給管中裝入另一閥。為了避免使用另一閥，和完全維護本發明所能獲得的優點，按照本發明的第一優選實施例，在第三閥位內部通過改變閥位可以調節水和燃料之間的混合比，從而用同一個組合閥也可以調節燃料和水的混合比。
本發明裝置的第二優選實施例的特徵在於，設置第六個閥位，在這一閥位供水管關閉，同時供料管與排氣口連接。這樣，不需要附加的移動件或閥就可使供料管排氣並在實際的運行開始之前填充燃料。
本發明的又一優選實施例的特徵在於，組合閥設計成旋轉閥，每一個閥位對應於旋轉閥的預定旋轉角，組合閥包括一個安裝在閥孔內一繞縱軸旋轉的閥活塞，在閥活塞中沿旋轉軸前後設置有槽或銑出的孔，它們分別形成一個可繞旋轉軸旋轉的閥室。燃燒室供給管、供料管和供水管在閥室的各個高度連接到閥孔上。旋轉閥唯一的可動件是旋轉活塞。旋轉活塞的這一特殊結構帶來了閥極為簡單的結構和很高的功能可靠性。
尤其有利的是，按照這一實施例的一個優選的改進結構，如果閥活塞具有兩個槽或銑出的孔，它們分別形成具有半圓橫截面的閥室，如果這兩個閥室相對於旋轉軸旋轉180°設置，如果供料管和供水管相互平行地並沿著旋轉軸方向前後接入閥孔中，其中供料管在閥活塞的適當的旋轉位置接入第一閥室，供水管在閥活塞的適當的旋轉位置接入第二閥室；如果在第一閥室的範圍從閥孔橫向於供料管引出第一燃燒室的出口，如果在第二閥室的範圍，從閥孔沿與第一燃燒室出口相反的方向引出第二燃燒室出口；如果這兩個燃燒室出口連接在燃燒室供給管上；如果在第二閥室的範圍從閥孔沿與第二燃燒室出口的相反方向引出另一個出口，該出口經連接管與燃燒室供給管的一條支管相連。
原則上不同的傳動均可用來操作旋轉閥，各個旋轉位置或閥位可以通過相應的卡緊機構確定。按照另一個優選的實施例，如果設置一個步進電機來操作組合閥或旋轉閥，則是特別簡單和有利的。用這一步進電機可以同時旋轉閥門和可靠地控制一預定的旋轉位置。
按照另一個優選的實施例，如果燃燒室供給管在燃燒器噴管內通入燃燒室，則是特別節省空間的。該燃燒器噴管在其背離燃燒室的一端具有一噴管頭，組合閥就裝在噴管頭中。
下面藉助於實施例結合附圖進一步說明本發明。其中

圖1按照本發明裝入噴管頭中的組合閥的優選實施例的簡化透視圖，其中出於清楚起見省去了組合閥內部的各連接管；圖2以示意透視圖表示屬於閥的各種連接管，表示了兩個閥室的中間平面中的橫截面；圖3～8分別為與圖2類似的六個不同閥位的視圖，這六個閥位完成各種閥功能。
圖1以簡化的透視圖表示本發明組合閥的一個優選的實施例，該組合閥裝在燃燒器噴管的噴管頭中。燃燒器噴管10沿著噴管軸線23從一個位於燃燒室外面的噴管頭11延伸至安裝在燃燒室中的燃燒器(兩者均未在圖1中示出)。液態燃料(油或燃料油)用供料管18供入燃燒器噴管10，相應地水用供水管供給。燃料和/或水通過安裝在噴管頭11中的組合閥12根據閥位有選擇地導入燃燒室供給管17中，該供給管在燃燒器噴管10內平行於噴管軸23地向噴管尖端(未圖示)延伸。閥範圍內液體的流動方向在圖1中用箭頭表示。出於清楚的原因在圖1中沒有示出組合閥12內對於閥功能重要的連接管，而是在下面的結合圖2的示意圖作進一步說明。
對於實現組合閥12的功能重要的是圓柱形閥活塞14，它可(圍繞噴管軸23)旋轉地安裝在噴管頭11的相應閥孔13中。為了在閥孔13中密封閥活塞14，可以設置例如O形環等的密封件。出於簡化原因沒有表示這類密封件。在閥活塞14中沿著旋轉軸前後設置有槽或銑出的孔，它們分別形成一可圍繞旋轉軸23旋轉的、具有半圓形橫截面的閥室15、16。這兩個閥室15、16相對於旋轉軸23旋轉180°設置。供料管18和供水管19相互平行地沿著旋轉軸23的方向前後接入閥孔14，其中供料管18在閥活塞14的適當旋轉位置(如圖1所示)通入第一閥室15，而供水管19在閥活塞14的適當旋轉位置(與圖1所示的情況相反)通入第二閥室16。燃燒室供給管17在兩個閥室15、16的高度連接在閥孔13上。閥活塞14可以繞旋轉軸23 360°旋轉地轉入不同的閥位。為了操作閥活塞設有一個位於旋轉軸23上的步進電機20，該電機經控制迴路21控制，其控制信號經信號線22獲得。
從圖2的示意透視圖中可以看到對於閥功能重要的而在圖1中省去了的組合閥12中的連接管。圖2的下(前)部分表示圖1中在通過閥室15的中間平面中噴管頭11的橫截面。圖2的上(後)部分相應表示在通過第二閥室16的中間平面的橫截面。供料管18從右側接入閥孔13或第一閥室15。其後的供水管19在第二閥室16的範圍接入閥孔13，但在圖2所示的閥位用閥活塞14(陰影線)封閉。
在第一閥室15的範圍橫向於供料管18從閥孔13引出第一燃燒室出口25，該出口連接在導向燃燒器(虛線表示)的燃燒室供給管17上。第一燃燒室出口25略微向左錯開地設置，這樣，在第一閥室15的底位於豎直方向和第一閥室15向著供料管18開放的閥位中，該出口25通過閥活塞14關閉。此外，橫向於供料管18向下從閥孔13引出一排氣口24，該排氣口24略微向左錯開設置，這樣，在第一閥室15的底位於豎直方向和第一閥室15向著供料管18開放的閥位，該排氣口通過閥活塞14關閉。
在第二閥室16的範圍，橫向於供水管19從閥孔13向下引出第二燃燒室出口26，該出口同樣連接在燃燒室供給管17上。第二燃燒室出口26同樣略向左錯開設置，這樣，在第二閥室16的底位於豎直方向和第二閥室16向著供水管18開啟的閥位，該出口26通過閥活塞14關閉。此外，在第二閥室16的範圍從閥孔10向著供水管19向上引出一出口29，該出口經過(虛線表示的)連接管28連接在供料管18的支管27上。出口29略向右錯開設置，這樣，在第二閥室16的底位於豎直方向和供水管18關閉的閥位，該出口通過閥活塞14同樣被關閉。
用上述的組合閥12的結構藉助於適當的閥位(旋轉位置)即可實現用於燃燒器噴管的所有必要的閥功能。在圖3-8中表示了不同的閥位，下面將說明有關閥的功能。
在圖3所示的相應於圖2的閥位中，供料管18徑第一閥室15完全與燃燒室供給管17相連。相反，供水管19關閉。這同樣適用於出口29或連接管28。在這一閥位只有液態燃料噴入燃燒室。
圖4所示的閥位是從圖3閥位通過閥活塞反時針方向旋轉45°獲得的，其中排氣口24和出口29都對連接管28關閉。相反，供料管18和供水管19部分開啟，即燃料和水經閥室15或16流入燃燒室供給管17中。其中燃料對水的混合比根據閥活塞14的精細調節而確定。在圖4所示的位置中，燃料和水相同部分地流入燃燒室供給管中。相反，如果閥活塞沿順時針方向旋轉，則供水管19的通道被大大的節流，而供料管19的通道被大大的開啟，這樣就提高了燃料/水混合物中燃料的成份。在沿反時針方向調節閥活塞14時，混合比反向改變。其中藉助於步進電機20通過精確的調節可以實現對混合比的精確調節。
圖5所示的閥位是從圖3的閥位通過沿順時針方向旋轉閥活塞1445°獲得的，其中供水管19和出口29關閉。同樣，供料管18與第一燃燒室出口25和與排氣口24的連接中斷。在燃燒器關閉時，這一閥位起作用，而使燃燒室供給管17、供料管18和供水管19本身中斷或關閉。
圖6所示的閥位是從圖4的閥位沿順時針方向旋轉閥活塞14 45°獲得的，其中只有供水管19經第二閥室16與燃燒室17完全連接。所有其餘的連接均中斷。在這一閥位，燃燒器噴管10至燃燒器側的出口用水衝洗，以除去殘留的燃料。
圖7所示的閥位是從圖3的閥位旋轉閥活塞14 180°獲得的，其中燃燒室供給管17關閉。相反，供水管19經出口29和連接管28與供料管18相連。在這一閥位，(環形的)供料管18用供水管19中的水衝洗並清潔。
圖8所示的閥位是從圖6的閥位旋轉閥活塞14 180°獲得的，其中燃燒室供給管17和供水管19關閉，而供料管18經第一閥室15與排氣口24相連。在這一閥位，供料管18可以用燃料充填，同時排氣，這樣，燃料分配系統在運行開始時就已經完全充滿燃料。
總而言之，用本發明獲得了一種將燃料和/或水有選擇地導入燃燒室中的裝置，該裝置具有下述優點-通過只具有一個活動件(闊活塞)的組合閥按簡單和可靠操作的方式通過至少六個不同的閥位實現了六種不同的閥功能，這對於該裝置的運行是重要的，-通過位置精確的閥的傳動(步進電機)可以在一個閥位同時調節燃料對水的混合比，-按上述方法對於每個燃燒器或燃燒器噴管可以各自調節混合比，-具有傳動的組合閥可以按簡單和節省空間的方式直接整合在燃燒器噴管的頭中。
權利要求
1.將燃料和/或水有選擇地導入燃燒室中尤其是燃氣輪機的燃燒室中的裝置，該裝置具有閥機構，藉助於該閥機構，燃料供料管(18)和供水管(19)可以有選擇地與通向燃燒室的公共的燃燒室供給管(17)相連，或者供料管(18)和供水管(19)相互連接，以便衝洗供給系統，或者供料管(18)和供水管(19)分別關閉，其特徵在於，上述閥機構包括一組合閥(12)，該組合閥至少可轉換到五個不同的閥位，其中，在第一閥位只有供料管(18)與燃燒室供給管(17)連接，在第二閥位只有供水管(19)與燃燒室供給管(17)連接，在第三閥位供料管(18)和供水管(19)同時與燃燒室供給管(17)連接，在第四閥位供料管(18)和供水管(19)相互連接而與燃燒室供給管(17)隔開，在第五個閥位供料管(18)和供水管(19)分別關閉。
2.按照權利要求1的裝置，其特徵在於，在第三閥位內，通過改變閥位可調節水和燃料間的混合比。
3.按照權利要求1和2中之一的裝置，其特徵在於，設有第六個閥位，在該閥位，供水管(19)關閉，同時供料管(18)與排氣口(24)相連。
4.按照權利要求1～3中任一的裝置，其特徵在於，組合閥(12)設計為旋轉閥，每一個閥位對應於旋轉閥的一個預定旋轉角。
5.按照權利要求4的裝置，其特徵在於，組合閥(12)包括一個在閥孔(13)內可圍繞縱軸旋轉安裝的閥活塞(14)，在閥活塞(14)中在旋轉軸上前後設有槽或銑出的孔，它們分別形成可繞旋轉軸旋轉的閥室(15，16)，燃燒室供給管(17)、供料管(18)和供水管(19)分別在閥室(15、16)的高度連接在閥孔(13)上。
6.按照權利要求5的裝置，其特徵在於，閥活塞具有兩個槽或銑出的孔，它們分別形成具有半圓形橫截面的閥室(15，16)，這兩個閥室(15，16)相對於旋轉軸旋轉180°設置，供料管(18)和供水管(19)相互平行地沿著旋轉軸的方向前後接入閥孔(14)中，其中供料管(18)在閥活塞(14)的適當旋轉位置接入第一閥室(15)，供水管(19)在閥活塞(14)的適當旋轉位置接入第二閥室(16)，在第一閥室(15)的範圍，從閥孔(14)橫向於供料管(18)引出第一燃燒室出口(25)，在第二閥室(16)的範圍，從閥孔(14)沿著與第一燃料室出口(25)相反的方向引出第二燃燒室出口(26)，這兩個燃燒室出口(25，26)連接在燃燒室供給管(17)上，在第二閥室(16)的範圍，從閥孔(14)沿著與第二燃燒室出口相反的方向引出另一出口(29)，該出口經連接管(28)與供料管(18)的支管(27)相連。
7.按照權利要求6的裝置，其特徵在於，在第一閥室(15)的範圍內，從閥孔(14)沿著與第一燃燒室出口(25)相反的方向引出一排氣口(24)。
8.按照權利要求4～7中任一的裝置，其特徵在於，為了操作組合閥(52)或旋轉閥設有一步進電機(20)。
9.按照權利要求1～8中任一的裝置，其特徵在於，燃燒室供給管(17)在燃燒器噴管(10)內通入燃燒室，燃燒器噴管(10)在其背離燃燒室的一端具有一噴管頭(10)，組合閥(12)安裝在噴管(11)中。
10.按照權利要求9的裝置，其特徵在於，組合閥(12)設計成旋轉閥，旋轉閥的旋轉軸平行於燃燒器噴管(10)的軸線(53)。
全文摘要
一種將燃料和/或水有選擇地導入燃燒室尤其是燃氣輪機燃燒室的裝置,具有控制供料管和供水管可以有選擇地與燃燒室供給管相連的閥機構,在這類裝置中通過使閥機構具有一組合閥而大大減少活動件的數目,該閥可轉換到至少五個不同的閥位,其中在第一閥位只有供料管與燃燒室供給管相連,在第二閥位只有供水管與供給管相連,在第三閥位供料管和供水管同時與供給管相連,在第四閥位供料管和供水管相互連接而與供給管隔開,在第五閥位供料管和供水管分別關閉。
文檔編號F23K5/14GK1242469SQ9910704
公開日2000年1月26日 申請日期1999年5月25日 優先權日1998年5月25日
發明者F·梅爾 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司