DE850092C

DE850092C - Blow-off device for combustion chambers for gas turbine systems

Info

Publication number: DE850092C
Application number: DEM7735A
Authority: DE
Inventors: Christian Schoerner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1950-12-02
Filing date: 1950-12-02
Publication date: 1952-09-22

Description

Abblasevorrichtung für Brennkammern für Gasturbinenanlagen Die I?rtindun@ betrifft eine _\l)l)lasevorriclitung für Brennkammern für Gasturbinenanlagen. Gleichdruckbrennkamenern von Gasturbinen mit offener bzw. hall>offener Prozeßführung, namentlich solche mit gasförmigen Brennstoffen, bedürfen einer Sicherheitseinrichtung gegen Explosionen oder auch Detonationen, die beim Ausbleiben der Zündung und irgendwelchen anderen Gründen ausgelöst werden können. Sie sind deshalb vorteilhaft, um edlere Teile der Anlage, z. B. Verdichter und Turbine, vor Schädigungen zu bewahren. Die übliche Art, --%fembranen geringer Masse in Verlängerung der meist rohrartigenBrennräume anzuordnen, scheitert andemhohen stationären Betriebsinnendruck der Brennkammer, weil die Dickenabmessungen der Membrane bei ausreichend großen Notauslaßöffnungen zu groß werden müßten.Blow-off device for combustion chambers for gas turbine plants The I? Rtindun @ relates to a laser device for combustion chambers for gas turbine plants. Constant pressure combustion chambers of gas turbines with open or hall> open process management, namely those with gaseous fuels require a safety device against explosions or detonations that occur if there is no ignition and any other Reasons can be triggered. They are therefore beneficial to more noble parts of the world Plant, e.g. B. Compressor and turbine to protect from damage. The usual Type, -% membranes of low mass in extension of the mostly tubular combustion chambers to be arranged, fails due to the high steady-state internal operating pressure of the combustion chamber, because the thickness dimensions of the membrane with sufficiently large emergency outlet openings would have to be too big.

Da die zugehörigen Schließkräfte durch Federn erfindungsgemäß ebenfalls nur äußerst schwierig zu ver«@irklichen sind, wird ein vom Arbeitsmittel beaufschlagter pneumatischer Kolben zum Schließen der Notöffnung verwendet: Aus dem Netz der Anlage mit verschiedenen Drücken für die @erbrennungsluft bzw. das Arbeitsgas können verschiedene Beaufschlagungsdrücke herangezogen werden; bei Hochdruckbrcnnkammern z. B. am besten der Verdichtungsenddruck, bei Zwischenüberhitzungsbrennkammern ein an einer günstigen Stelle luftseitig abnehmbarer Zwischendruck. Da trotz des mit der Last schwankenden Luftpegels das Verhältnis der Drücke zueinander sich wenig ändert, ist also stets mit einfachen Mitteln eine ausreichende Schließkraft für das Absperrorgan gewährleistet.Since the associated closing forces by springs according to the invention also are extremely difficult to achieve, one is charged with the work equipment pneumatic piston used to close the emergency opening: From the network of the system with different pressures for the combustion air or the working gas, different Loading pressures are used; in high pressure combustion chambers z. B. best the final compression pressure, in the case of reheating combustion chambers, a favorable one Provide detachable intermediate pressure on the air side. There in spite of the fluctuations with the load Air level, the ratio of the pressures to one another changes little, so it is always ensures a sufficient closing force for the shut-off element with simple means.

Bei auftretenden Explosionen wird dieser Schließdruck des Ventiltellers schnell überwunden und dem Brennkammerinhalt Gelegenheit zum Austritt ins Freie gegeben. Wenn in Weiterausbau der Erfindung in der Speiseleitung des Druckkolbens (notwendig auch zur laufenden Deckung von Undichtheitsverlusten des Kolbens) ein. Rückschlagventil eingebaut ist, bewirkt das Zusammendrücken dies eingeschlossenen Luftvolumens ein dämpfendes Auffangen der Druckwellenenergie, ohne die Öffnungszeit des Aus.laßorgans merklich zu verlängern. Diese Lösung ermöglicht auch ohne weiteres, daß nach dem Verebben der Druckwelle der Verschluß der Brennkammer automatisch wieder eintritt. Bei Anordnung von Bruchmembranen wäre in jedem Fall eine Betriebspause zur Auswechslung nötig.In the event of an explosion, this closing pressure of the valve disk is increased quickly overcome and the combustion chamber contents have the opportunity to escape into the open air given. If in further development of the invention in the feed line of the pressure piston (necessary also to continuously cover leakage losses of the piston). check valve is built in, the compression causes this trapped volume of air dampening of the pressure wave energy without the opening time of the external organ to lengthen noticeably. This solution also allows easily that after When the pressure wave subsides, the closure of the combustion chamber automatically re-enters. If rupture diaphragms were arranged, there would always be a break in operation for replacement necessary.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist die Verwendung als Organ für das schnelle Abstellen nachgeschalteter Teilturbinen, meist Verdichterturbinen, bei Auftreten von Überdrehzahlen, die irgendwelche Ursachen haben mögen., aber sehr schnell abgefangen werden sollen. Wenn die Schnellsch.lußeinrichtung nämlich im Augenblick ihrer Auslösung auf mechanischem oder hydraulischem Wege mittels eines größeren Abblaseventils den Gegendruck hinter dem Kolben echnell abbaut, öffnet der innere Überdruck der Arbeitsgase in. der Brennkammer den Verschluß, und, die potentielle Arbeitsenergie der abzustellenden Turbine ist praktisch ausgeschaltet.Another advantage of this arrangement is its use as an organ for the quick shutdown of downstream turbine sections, mostly compressor turbines, in the event of overspeed, which may have any cause., but very should be intercepted quickly. If the quick release device is in The moment they are triggered mechanically or hydraulically by means of a larger relief valve quickly reduces the counter pressure behind the piston, opens the internal overpressure of the working gases in the combustion chamber, the shutter, and, the potential working energy of the turbine to be shut down is practically switched off.

Schließlich tritt bei der Einstellung günstigen Teillastverbrauches an mehrwelligen Gasturbinenanlagen infolge des Fehlens von Querschnittsbeeinflussungsmöglichkeiten an den Turbinen und infolge der steileren Charakteristik der meist verwendeten Axialverdichter das Bedürfnis nach Umführung eines Teile dies Arbeitsmittels um eine Turbine auf. In diesem Fall kann die Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung mit Gegendruckkolben an der vorgeschalteten Brennkammer oder Zwischenüberhitzungskammer dazu benutzt werden, durch Steuerung des Gegendruckes hinter dem Kolben das Abblaseventil nur wenig anzuheben und so so eine dosierte Menge abströmen zu lassen. Das Gleichgewicht der Ventil- und Kolbenkräfte in Verbindung mit einer Feder auf der Kolbendruckscheibe wird dadurch eingestellt, daß über ein vorgesehenes feinzusteuerndes Schnüffelventil gerade so viel von der zugespeisten Druckluft aus dem Prozeßnetz wieder zum Abströmen gelangen kann, daß sich ein ent-.sprecherid kleinerer Gegendruck hinter dem Kolben einstellt, der in seiner Kraftwirkung den gewünschten Abblasequerschnitt am Ventilteller offenläßt.Finally, when the setting is favorable, partial load consumption occurs on multi-shaft gas turbine systems due to the lack of options for influencing the cross-section on the turbines and due to the steeper characteristics of the most commonly used axial compressors the need to move parts of this working fluid around a turbine. In this case, the safety device according to the invention can have a counter-pressure piston used on the upstream combustion chamber or reheating chamber The relief valve is only activated by controlling the back pressure behind the piston to raise little and so allow a metered amount to flow off. The balance the valve and piston forces in connection with a spring on the piston thrust washer is set in that a finely controlled sniffer valve is provided just enough of the compressed air supplied from the process network to flow off again it can happen that there is a correspondingly smaller counterpressure behind the piston sets, which in its force effect the desired blow-off cross-section on the valve plate leaves open.

Besonders zweckmäßig ist es, die Öffnung der Brennkammer mit dem Abschlußorgan in Richtung der zu erwartenden Druckwellenwirkung zu legen,, wobei es aber wesentlich vorteilhaft ist, den Arbeitsgas,strom vorher umzulenken, um zu seiner Verbrauchsstelle zu gelangen. Man erreicht dadurch, daß der Anschluß der Sicherheitseinrichtung in einer toten Strömungsecke des Brenng*sstromes liegt, Teller und Sitz nicht so heiß werden und die Dichtheit des Abschlusses auf lange Zeit gewährleistet werden kann. Die Heranfüh;rung von Verbrennungsluft aus dem Brennkammermantel unterstützt diese Wirkung noch zusätzlich.It is particularly useful to open the combustion chamber with the closing element in the direction of the expected pressure wave effect, but it is essential It is advantageous to divert the working gas stream beforehand to its point of consumption to get. One achieves that the connection of the safety device in is in a dead corner of the flow of fuel, the plate and seat are not so hot and the tightness of the closure can be guaranteed for a long time. This is supported by the introduction of combustion air from the combustion chamber jacket Effect even more.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Abblasevorrichtung nach der Erfindung dargestellt, wobei die Breinikamnier in einem Längsschnitt gezeigt ist, während die mit ihr in; Verbindung stehende Gasturbinenanlage schematisch dargestellt ist.In the drawing is an embodiment of a blow-off device shown according to the invention, the Breinikamnier shown in a longitudinal section is while with her in; Related gas turbine system shown schematically is.

Die Brennkammer mit dem Gasbrenner i, dem druckfesten Gehäuse 2 und dem zu.nderbeständigen Brennraumeinsatz 3 erhält die Verbrennungsluft als Primär- und Sekundärluft an den Stutzen 4 und 5 in vorgewärmtem Zustand von Verdichter 6 und Vorwärmer 7 angeliefert. Das entstehende Treibgas entweicht am Stutzen 8 zur Turbine 9, die in dem Ausführungsbeispiel einer Frischgasbrennkammer eine Teilturbine einer mehrteiligen Gasturbinenanlage darstellt und zur schematischen Erläuterung der Arnwendungs#möglichkeiten der Sicherheitseinrichtung auch einen Generator io antreibt. Nach der Erfindung hält die Brennkammer eine weitere Öffnung möglichst in Richtung der axialen Erstreckung derselben, die vom Ventil 12 verschlossen wird. Die Schließkraft wird durch einen Kolben 13 in einem Druckzylinder 14 aufgebracht, der von einem Teilstrornn der verdichteten Luft über die Leitung 15 mit eingebautem Rückschlagventil 16 und Drosselöffnung 17beaufschlagt wird. Beim Auftreten einer umerwünschten Drucksteigerung in der Brennkammer wird die Schließkraft des Druckkolbens 13 überwunden, und der Gasinhalt kann bei der dadurch bewirkten öffnung d.es Ventils 12 über den Stutzen 18 und die Leitung i9 ins Freie entweichet, wobei durch die Zusammend rückurig des hinter dem Kolben 13 eingeschlossenen Luftvolumens eine Dämpfung des Druckstoßes erfolgt, weil in der Nachfülleitung 15 dann das Rückschlagventil 16 wirksam wird.The combustion chamber with the gas burner i, the pressure-resistant housing 2 and the combustion chamber insert 3, which is too stable, receives the combustion air as the primary and secondary air at the nozzles 4 and 5 in the preheated state of the compressor 6 and preheater 7 delivered. The resulting propellant escapes at the nozzle 8 to Turbine 9, which in the exemplary embodiment of a fresh gas combustion chamber is a turbine section represents a multi-part gas turbine system and for a schematic explanation The possible uses of the safety device also include a generator drives. According to the invention, the combustion chamber holds a further opening as possible in the direction of the axial extent of the same, which is closed by the valve 12. The closing force is applied by a piston 13 in a pressure cylinder 14, that of a Teilstrornn of the compressed air via line 15 with built-in Check valve 16 and throttle opening 17 is acted upon. When a the desired pressure increase in the combustion chamber is the closing force of the pressure piston 13 overcome, and the gas content can with the resulting opening of the valve 12 escapes into the open through the nozzle 18 and the line i9, whereby through the Together, the volume of air enclosed behind the piston 13 causes damping of the pressure surge occurs because the check valve is then in the refill line 15 16 takes effect.

Das Eingreifen des Sicherheitsabschlusses 12 bei Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl der Turbine 9 aus irgendwelchen Gründen wird ausgelöst durch die Schnellachlußeinrichtung 2o auf der Welle derselben. Es ist die übliche Bauart mit einem uriwuchtigen Ring, der durch Federkraft auf rundlaufendem Außendurchmesser gehalten wird. In der Zeichnung ist sie schematisch dargestellt. Bei gefährlicher Überschreitung der Drehzahl überwiegt bekanntlich die Massenkraft am Ring die Federkraft und der Hebel 21 erfährt einen Ausschlag, durch welchen der Absperrhahn 22 in der Abblaseleitung 23 geöffnet wird und der Gegendruck für die Dichthaltung des Ventils 12 schlagartig abgebaut wird.The intervention of the security seal 12 when the permissible maximum speed of the turbine 9 for any reason is triggered by the Schnellachlußeinrichtung 2o on the shaft of the same. It's the usual one Design with a very powerful ring that is attached to a rotating outer diameter by spring force is held. It is shown schematically in the drawing. With more dangerous As is well known, when the speed is exceeded, the inertia force on the ring outweighs the spring force and the lever 21 experiences a deflection through which the stopcock 22 in the Blow-off line 23 is opened and the counter pressure for keeping the valve sealed 12 is abruptly dismantled.

Falls es die Regelung der Anlage auf günstige Teillastverbräuche fordert, kann. abhängig von der Last von der aus eine Umführung eines Teiles der in der Brennkammer entstandenen Treibgase um die nachgeschaltete Turbine 9 erwünscht ist, das Ventil 12 nur wenig angehoben werden, um eben eine begrenzte Teilmenge abströmen zu lassen. Dies ist in der Abbildung schematisch dadurch angedeutet, daß eine gewisse Muffenstellung des Fliehkraftreglers 24 dler Turbine 9 unmittelbar ein Regelventil 25 in der Abblaseleitung 23 so weit öffnet, daß im Druckraum des Zylinders 14 unter dem Einfluß der Zuströmung in der Speiseleitung 15 und der so gesteuerten Abströmung in der Abflußleitung 23 sich ein abgesenkter Druck einstellt. Die Beeinflussung des Ventils 25 kann durch irgendeine bekannte wattmetrische Einrichtung am Generator io erfolgen. Unter Zuhilfenahme der vom Ventilhub abhängigen Federkräfte eitler eingebauten Schraubenfeder 26 entsteht so das Gleichgewicht für eine passende geringe Ventilerhebung.If the control of the system calls for favorable partial load consumption, can. depending on the load from a bypass of a part of the in the combustion chamber propellant gases produced around the downstream turbine 9 is desired, the valve 12 can only be raised a little in order to allow a limited amount to flow off. This is indicated schematically in the figure by the fact that a certain socket position of the centrifugal governor 24 dler turbine 9 directly a control valve 25 in the blow-off line 23 opens so far that in the pressure chamber of the cylinder 14 under the influence of the inflow in the feed line 15 and the outflow controlled in this way in the discharge line 23 a reduced pressure is established. The influencing of the valve 25 can be done by any known wattmetric device on the generator io. With the help of the spring forces that are dependent on the valve stroke, the helical spring is built in 26 this creates the equilibrium for a suitable low valve lift.

Damit das Ventil nicht unmittelbar von den heißen Treibgasen beheizt wird, ist es zweckmäßig, Teller und Sitz an einem Strömungstotraum oder einem längeren axial angeordneten Stutzen vorzusehen. Zusätzlich kann der Luftmantel der Brennkammer, wie in der Abbildung erkennbar, so in die Nähe des Sitzes gezogen werden, daß derselbe laufend von kälterer Luft bespült wird und eine einwandfreie Dichtheit des Ventils auch bei längerer Betriebsdauer und hohen Temperaturen sichergestellt ist.So that the valve is not heated directly by the hot propellant gases it is advisable to place the plate and seat in a flow dead space or a longer one provide axially arranged nozzle. In addition, the air jacket of the combustion chamber, as can be seen in the figure, be pulled close to the seat so that it is the same is continuously flushed with colder air and a perfect tightness of the valve is ensured even with long periods of operation and high temperatures.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Blow-off device for combustion chambers for gas turbine plants, characterized in that the closing force for the shut-off element (12) by a Piston (13) is applied, the pressurization of which from the combustion or Mixed air network takes place and a check valve (16) is arranged in the feed line (15) is.

2. Blow-off device according to claim i, characterized in that d @ aß the pressure chamber (14) behind the loading piston (13) of the shut-off valve (12) through one of the Quick-closing device (2o) of the downstream turbine (9) controlled drain cock (22) can be depressurized quickly.

3. Blow-off device according to claim i, characterized in that the pressure behind the loading piston (i3) of the shut-off valve (12) by a blow-off valve controlled by the capacity control of the system (25) is influenced so that the opening transverse steps of the shut-off element (12) of the combustion chamber the small amounts of work equipment to be blown off with normal reduction in performance correspond.

4. Blow-off device according to claim i, characterized in that the blow-off device (12) on the combustion chamber of the combustion chamber in the area of lower speed of the hot working gas generated, however, in the direction of the possible detonation effect is arranged.

5. Abblasevorrichturng according to claim i, characterized in that that the jacket air of the combustion chamber especially on the plate and seat of the shut-off device (12) is introduced.