УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАЮЩЕМУ ЭЛЕМЕНТУ Российский патент 2004 года по МПК F23K5/04 F23N1/00 

Предпосылки изобретения и уровень техники
Изобретение относится к устройству для подачи жидкого топлива к сжигающему элементу (горелке) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Такие устройства для подачи топлива известны, например для сжигания нефтепродуктов в камере сгорания газотурбинной установки. Согласно известной технике, используется насос, который работает с постоянной скоростью и относительно высоким давлением, рассчитанным для получения максимальной производительности газотурбинной установки. Управление для регулирования количества топлива, подаваемого в камеру сгорания, осуществляется посредством управляемого дроссельного клапана и перепускного канала, возвращающего избыточное топливо в сливной резервуар или ему подобное средство. Для поддержания точности измеряется величина подаваемого потока или положение дроссельного клапана, при этом измеренное значение передается по обратной связи (см. патент США 5240405).

Однако такое дросселирование и рециркуляция топлива приводят к потере энергии, которая потребляется для повышения давления топлива в канале для подачи топлива. Поскольку газотурбинные установки обычно работают с эффективностью, которая ниже максимально возможной выходной эффективности, будет выполняться ненужная работа насоса в течение значительной части времени работы газотурбинной установки. Кроме того, конструкция такого устройства питания довольно сложна и дорога, при этом используется управляемый дроссельный клапан, который обычно регулируется при помощи электрогидравлической системы управления.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и получение устройства для подачи топлива, имеющего более высокую эффективность, чем известные до сих пор устройства для подачи топлива.

Эта задача решается благодаря устройству для подачи жидкого топлива к сжигающему элементу, которое включает, по меньшей мере, один канал подачи топлива и средство управления потоком топлива, проходящим по этому каналу, при этом средство управления включает насос, приводимый в действие двигателем, и блок управления, предназначенный для регулирования скорости вращения двигателя и, таким образом, насоса, в котором согласно изобретению двигатель является асинхронным двигателем, блок управления включает статический преобразователь частоты и блок управления включает датчики, предназначенные для определения, по меньшей мере, одного параметра двигателя, и блок регулирования, предназначенный для регулирования электропитания, подаваемого на двигатель, в зависимости от полученного от датчиков указанного параметра двигателя. То есть посредством регулирования скорости вращения двигателя и насоса подача топлива может регулироваться очень легким и быстрым способом. Скорость вращения двигателя и насоса может, таким образом, регулироваться до получения производительности насоса, требуемой для подачи топлива в камеру сгорания, и, следовательно, двигатель всегда будет работать со скоростью вращения, которая соответствует количеству топлива, фактически подаваемого в камеру сгорания. Кроме того, устройство согласно изобретению обеспечивает возможность соединения блока управления со всей системой управления сжигающего элемента, например газотурбинной установки, простым способом и, таким образом, регулирования скорости вращения двигателя до получения количества топлива, требуемого для заданной нагрузки.

Согласно варианту осуществления изобретения, насос является объемным насосом. Объемный насос, например поршневой насос, винтовой насос и т.п., обычно имеет определенное соотношение между скоростью вращения насоса и величиной потока через насос, что позволяет точно регулировать количество подаваемого топлива.

Как указывалось выше, двигатель включает двигатель переменного тока. Скорость вращения двигателей переменного тока может легко регулироваться путем регулирования частоты напряжения, подаваемого на двигатель. Таким образом, двигатель представляет собой асинхронный двигатель и блок управления - преобразователь частоты, предпочтительно так называемый статический преобразователь частоты. Такое средство управления имеет высокую точность и не требует измерения и/или обратной связи для определения фактического потока или скорости вращения двигателя.

Благодаря блоку регулирования согласно изобретению можно обеспечить получение оптимальной модели соединенного асинхронного двигателя и получение точно регулируемой скорости, то есть регулирование скорости вращения двигателя и насоса очень быстрым и точным образом. Такая техника обеспечивает перекрытие и ускорение потока топлива в пределах 200-300 миллисекунд.

Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения, сжигающий элемент представляет собой камеру сгорания газотурбинной установки. Таким образом, может применяться вычислительный блок для вычисления необходимого потока топлива для каждой нагрузки газотурбинной установки и для вычисления необходимой скорости вращения, т.е. желаемого числа оборотов двигателя, для каждого потока, при этом блок управления предназначен для регулирования скорости вращения в соответствии с этими вычислениями. Управление, таким образом, может основываться только на вычисленном значении скорости вращения, и нет необходимости в измерении каких-либо параметров фактического потока топлива.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, использован источник для подачи жидкого топлива, причем от источника проходят, по меньшей мере, два канала подачи топлива, каждый из которых включает средство управления. Предпочтительно один из этих каналов подачи топлива может, таким образом, предназначаться для подачи топлива в дежурную (пилотную) горелку сжигающего элемента, и другой из этих каналов подачи топлива может предназначаться для подачи топлива в основную горелку сжигающего элемента.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение теперь будет описано более подробно на примере варианта его осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 схематически изображает вид устройства для подачи топлива согласно изобретению и
фиг. 2 схематически изображает вид части устройства, показанного на фиг. 1.

Подробное описание варианта осуществления изобретения
На фиг.1 показано устройство для подачи топлива для подачи жидкого топлива, в следующем примере - нефтепродуктов, в показанную схематически камеру 1 сгорания газотурбинной установки (не показана). Показанное устройство для подачи топлива соединено с источником 2 топлива главным каналом 3. Главный канал 3 подразделен на два подающих канала 5' и 5". Подающие каналы 5' и 5" предназначены для подачи топлива в соответствующий комплект форсунок 6' и 6" горелки соответственно, которые формируют соответствующий сжигающий элемент в камере 1 сгорания. Каждый подающий канал включает аварийный запорный клапан 4, который может иметь обычную конструкцию. Каждая такая форсунка канала 6' и 6" горелки может, согласно известному уровню техники, иметь отсечной клапан (не показан) типа "вкл./выкл." либо для открывания форсунки канала 6' и 6", либо для закрывания форсунки. В описываемом варианте подающий канал 5' предназначен для подачи основного топлива в камеру 1 сгорания для основного горения при высоких нагрузках. Подающий канал 5" предназначен для подачи в камеру 1 сгорания так называемого дежурного топлива для поддержания горения при возникновении проблем со стабильностью пламени.

Согласно настоящему изобретению, каждый канал канала 5' и 5" подачи топлива включает блок управления подачей топлива по соответствующему каналу канала 5' и 5". Каждый такой блок управления включает насос 7, который предназначен для повышения давления топлива до уровня 100-200 бар и для прокачивания топлива через соответствующий канал для подачи его в камеру 1 сгорания. Каждый насос 7 предпочтительно представляет собой так называемый объемный насос, например винтовой насос, поршневой насос или любое подобное насосное средство, имеющее по существу постоянное отношение скорости вращения и потока. Каждый насос 7 приводится в действие электрическим двигателем 8, скорость вращения которого может регулироваться блоком 9 управления. В описываемом варианте осуществления изобретения электрический двигатель 8 представляет собой двигатель переменного тока и, в частности, асинхронный двигатель. Блок 9 управления, таким образом, включает преобразователь частоты и, в частности, статический преобразователь частоты. Благодаря описанным блокам управления поток топлива, то есть количество топлива, которое подается в камеру 1 сгорания через форсунки канала 6' и 6", может непрерывно регулироваться простым и эффективным способом, без какой-либо ненужной работы насоса. Кроме того, каждый блок 9 управления соединен с общей системой управления газотурбинной установки. Таким образом, поток топлива может непрерывно регулироваться для получения количества топлива, необходимого для требуемой в данный момент нагрузки.

На фиг. 2 показано более подробно, как может быть устроен блок 9 управления. Таким образом, каждый блок 9 управления включает ввод 11 для подключения к сети переменного тока. Ввод 11 соединен с преобразователем 12 переменного тока в постоянный для преобразования входного напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Преобразователь 12 переменного тока в постоянный, в свою очередь, соединен с блоком 13 постоянного тока, который, в свою очередь, соединен с преобразователем 14 постоянного тока в переменный, который предназначен для преобразования входного напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока нужной частоты. Это напряжение переменного тока затем подается на двигатель 8, который приводится в действие с числом оборотов, которое зависит от фактической частоты входного напряжения переменного тока. Преобразователь 14 постоянного тока в переменный соединен с общей системой управления, которая выдает установочную скорость вращения, которая зависит от требуемой нагрузки и которая определяет частоту выходного напряжения переменного тока на выходе преобразователя постоянного тока в переменный. Система управления включает вычислительный блок 10, предназначенный для вычисления необходимого потока топлива для каждой нагрузки газотурбинной установки и для вычисления необходимой скорости вращения двигателя для каждого потока топлива. Вычисленное значение скорости вращения подается, как отмечалось выше, в преобразователь 14 постоянного тока в переменный блока 9 управления.

Кроме того, преобразователь постоянного тока в переменный включает блок 15 регулирования, так называемый процессор непосредственного регулирования крутящего момента, для регулирования напряжения и силы тока, подаваемых на электрический двигатель 8. Блок 15 регулирования, таким образом, предназначен для регулирования напряжения и силы тока в зависимости от одного или нескольких параметров двигателя в соответствии с описываемой моделью двигателя, которые могут измеряться через сигнальный канал 17 и канал 16 подачи напряжения переменного тока на двигатель 8 и которые могут включать, например, реактивное сопротивление и индуктивность двигателя 8.

Благодаря описанному устройству может быть получено очень точное значение числа оборотов и, следовательно, потока, зависящего от скорости вращения, путем простого измерения электрических параметров двигателя 8 переменного тока. В получении по обратной связи каких-либо параметров потока нет необходимости.

Устройство для подачи топлива, соответствующее изобретению, может дополнительно простым способом приводиться в действие аккумуляторной батареей 20, которая может подключаться непосредственно к блоку 13 постоянного тока, и питание может осуществляться без каких-либо остановок, например при отсутствии тока в сети электроснабжения. Блокирующий диод 21 предотвращает подачу тока на аккумуляторную батарею 20 от блока 13 постоянного тока.

Настоящее изобретение не ограничено описанным вариантом его осуществления и может изменяться и модифицироваться в пределах объема формулы изобретения.

Хотя описанный вариант осуществления изобретения включает два блока управления, по одному на каждый канал канала 5', 5", ясно, что изобретение может также применяться в случае, когда устройство для подачи топлива включает только один канал подачи топлива и один блок управления.

Описанное устройство может применяться для подачи топлива, а также другой жидкой среды во множестве других ситуаций и во множестве других типов камер сгорания.

Изобретение относится к устройству для подачи жидкого топлива к сжигающему элементу и включает, по меньшей мере, один канал подачи топлива и средство управления потоком топлива, проходящим по этому каналу, в котором указанное средство управления включает насос, приводимый в действие двигателем, и блок управления, предназначенный для регулирования скорости вращения двигателя и, таким образом, насоса. Двигатель является асинхронным двигателем, блок управления включает статический преобразователь частоты, датчики, предназначенные для определения, по меньшей мере, одного параметра двигателя, и блок регулирования, предназначенный для регулирования электропитания, подаваемого на двигатель в зависимости от полученного от датчиков указанного параметра двигателя. Насос является объемным насосом. Сжигающий элемент является камерой сгорания газотурбинной установки. Устройство содержит вычислительный блок, который предназначен для вычисления необходимого потока топлива для каждой нагрузки газотурбинной установки и для вычисления желаемого числа оборотов двигателя для каждого потока, в котором блок управления выполнен с возможностью регулирования скорости вращения в соответствии с этими вычислениями. Устройство содержит источник для подачи жидкого топлива, и, по меньшей мере, два канала подачи топлива отходят от указанного источника, причем каждый такой канал включает средство управления. Один из каналов подачи топлива предназначен для подачи топлива в дежурную горелку сжигающего элемента, и другой из каналов подачи топлива предназначен для подачи топлива в основную горелку сжигающего элемента. Изобретение позволяет обеспечить эффективный и точный контроль подачи топлива к сжигающему элементу, низкое потребление энергии насоса, осуществляющего подачу топлива, а также высокую точность в определении количества подаваемого топлива для того, чтобы улучшить эффективность работы сжигающего элемента. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для подачи жидкого топлива к сжигающему элементу, при этом устройство включает, по меньшей мере, один канал (5', 5") подачи топлива и средство (7, 8, 9) управления потоком топлива, проходящим по этому каналу (5', 5"), в котором указанное средство управления включает насос (7), приводимый в действие двигателем (8), и блок (9) управления, предназначенный для регулирования скорости вращения двигателя (8) и таким образом насоса (7), отличающееся тем, что двигатель (8) является асинхронным двигателем, блок (9) управления включает статический преобразователь частоты и блок (9) управления включает датчики, предназначенные для определения, по меньшей мере, одного параметра двигателя, и блок (15) регулирования, предназначенный для регулирования электропитания, подаваемого на двигатель (8) в зависимости от полученного от датчиков указанного параметра двигателя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насос (7) является объемным насосом.3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что сжигающий элемент является камерой сгорания газотурбинной установки.4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит вычислительный блок (10), который предназначен для вычисления необходимого потока топлива для каждой нагрузки газотурбинной установки и для вычисления желаемого числа оборотов двигателя (8) для каждого потока, в котором блок (9) выполнен с возможностью управления регулирования скорости вращения в соответствии с этими вычислениями.5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит источник (2) для подачи жидкого топлива и, по меньшей мере, два канала (5', 5") подачи топлива отходят от указанного источника (2), причем каждый такой канал (5', 5") включает средство (7, 8, 9) управления.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что один из каналов (5") подачи топлива предназначен для подачи топлива в дежурную горелку сжигающего элемента и другой из каналов (5') подачи топлива предназначен для подачи топлива в основную горелку сжигающего элемента.