МНОГОХОДОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/232 

Изобретение относится к многоходовому клапану топливной системы газовой турбины. Кроме того, изобретение относится к топливной системе газовой турбины с таким многоходовым клапаном.

В топливных системах газовых турбин для их снабжения маслом, соответственно, топливом имеется так называемый Multi Function Valve (MFV), соответственно, многофункциональный клапан (смотри Фиг.1). Этот многофункциональный клапан содержит несколько клапанов, с целью обеспечения возможности переключения между источником снабжения маслом, форсункой и сливным (дренажным) трубопроводом топливной системы. При переключении управление клапанами между соответствующими трубопроводами 1…n одновременно осуществляется с помощью привода.

При этом трубопроводы, в частности, в виде соединительных трубопроводов горелок для жидкого топлива и воды, должны переключаться так, чтобы можно было осуществлять различные режимы работы, такие как режим работы с жидким топливом или эмульсией, а также процессы промывки и слива.

Кроме того, имеется привод для одновременного управления несколькими одинаковыми клапанами источника (Q₁-Q_n), сливного трубопровода (S₁-S_n) и форсунки (N₁-N_n). Эти приводы, как правило, являются электрогидравлическими. Таким образом, например, n клапанов в трубопроводе к источнику приводятся в движение с помощью одного привода. В соответствии с этим, необходимо по меньшей мере три привода.

Наряду с закрыванием всех клапанов возможны следующие соединения по потоку:

- источник + сливной трубопровод (клапан в трубопроводе к форсунке закрыт),

- источник + форсунка (клапан в сливном трубопроводе закрыт) и

- сливной трубопровод + форсунка (клапан в трубопроводе к источнику закрыт).

Известные многоходовые клапаны еще относительно сложны и чувствительны к помехам.

Кроме того, из многих публикаций известны шаровые краны различного выполнения. Например, в ЕР 0 240 059 показан сбалансированный гидростатически шаровой вентиль. Кроме того, особенно герметичный запирающий кран с шаровой или цилиндрической пробкой известен из DE 12 09 382. Кроме того, из US 5090194 известен распределительный клапан, который имеет поворотный золотник, который соединяет друг с другом несколько расположенных в различных плоскостях соединений. Кроме того, из DE 596 026 известно расположение поворотного золотника в гнезде. В DE 460 190 также приведено описание поворотного золотника, при котором возможен поворот клапанных тел вокруг общей оси.

Задачей изобретения является создание топливной системы газовой турбины, в которой устраняются указанные выше недостатки и, в частности, обеспечивается возможность надежного и простого дистанционного управления процессами переключения соответствующих клапанов. Кроме того, подлежат созданию новые возможности переключения для новых типов газовых турбин.

Задача решена с помощью многоходового клапана, согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации решения, согласно изобретению, указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Кроме того, задача решена с помощью топливной системы газовой турбины с многоходовым клапаном, согласно изобретению.

Согласно изобретению, создан многоходовой клапан топливной системы газовой турбины, в котором предусмотрено снабженное гнездом клапанное тело, в ограничивающей гнездо стенке которого расположено несколько отверстий для подвода и/или отвода текучих сред, при этом в гнезде предусмотрена установленная подвижно вставка по меньшей мере с одним каналом с двумя другими отверстиями, с помощью которого обеспечивается возможность соединения по потоку друг с другом двух соседних отверстий.

В решении, согласно изобретению, отверстия расположены в одной плоскости, перпендикулярной средней оси гнезда, и вставка выполнена в соответствии с гнездом и установлена в гнезде с возможностью поворота вокруг своей средней оси. Поворотная вставка образует легко приводимый в действие управляющий элемент.

В решении, согласно изобретению, гнездо имеет по меньшей мере в двух осевых положениях несколько лежащих в одной плоскости отверстий, и вставка имеет на соответствующем расстоянию между плоскостями расстоянии для каждой плоскости по меньшей мере один канал, с целью соединения друг с другом лежащих в одной плоскости отверстий с возможностью прохождения потока. Таким образом, могут быть созданы и приводиться в действие несколько одновременно приводимых в действие клапанов с помощью лишь одного переключательного элемента.

Согласно изобретению, предусмотрены два расположенных в клапанном теле мостика, которые соединяют друг с другом расположенные в различных плоскостях отверстия.

В первой предпочтительной модификации решения, согласно изобретению, m обозначает количество отверстий вдоль одного оборота по стенке. Вставка имеет канал, другие отверстия которого расположены со смещением относительно друг друга на угол α вдоль его окружности, при этом угол α=360°/m. Таким образом, с распределением по окружности может быть реализовано множество положений переключения.

Во второй предпочтительной модификации решения, согласно изобретению, четыре отверстия равномерно распределены по окружности цилиндрического гнезда, и другие отверстия расположенного во вставке канала расположены вдоль окружности относительно друг друга под углом, который равен 90°. Такое выполнение обеспечивает при достаточном переключательном расстоянии одновременно достаточно много положений переключения.

В топливной системе, согласно изобретению, многоходовой клапан выполнен в виде 3/3-ходового клапана и соединенного с ним 4/3-ходового клапана. Такие переключательные системы из обоих указанных ходовых клапанов неожиданным образом выполняют все требуемые переключательные функции и при этом одновременно обеспечивают возможность особенно простого, экономичного и надежного в работе приведения в действие.

В последней модификации решения, согласно изобретению, несколько согласованных с одной горелкой пар дисков расположены последовательно друг за другом. Таким образом, можно снабжать любое количество каналов, соответственно, горелок газовой турбины. Диски можно легко приводить в действие совместно за счет их расположения без возможности проворачивания на одном валу.

Ниже приводится более подробное пояснение примера выполнения решения, согласно изобретению, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

Фиг.1 - принципиальная схема многофункционального клапана, согласно уровню техники;

Фиг.2 - первый пример выполнения многоходового клапана, согласно изобретению, на виде сверху;

Фиг.3 - вставка многоходового клапана, согласно Фиг.2, в изометрической проекции;

Фиг.4 - второй пример выполнения многоходового клапана, согласно изобретению, с его гнездом и вставкой, в изометрической проекции;

Фиг.5 - схема принципа переключения подлежащей реализации, согласно изобретению, топливной системы газовой турбины;

Фиг.6 - схема принципа переключения 3/3-ходового клапана;

Фиг.7 - принципиальная схема переключательной системы, согласно изобретению, с 3/3-ходовым клапаном и 4/3-ходовым клапаном; и

Фиг.8 - пример выполнения многоходового клапана в соответствии с переключательной системой на Фиг.7, в изометрической проекции.

В показанном на Фиг.2-4 примере выполнения отдельные до настоящего времени клапаны многофункционального клапана, согласно уровню техники (смотри Фиг.1), заменены многоходовым клапаном, соответственно, устройством 1, с помощью которого посредством поворота или сдвига установленной в нем вставки 2 можно переключать между различными входами и выходами.

Таким образом, в показанном примере выполнения в клапанном теле имеется отверстие в качестве цилиндрического гнезда 3. В ограничивающей гнездо 3 стенке выполнены в одной плоскости, перпендикулярной средней оси гнезда 3, четыре смещенных на 90° отверстия 4 в качестве вводов или выводов. Таким образом, они равномерно распределены по окружности. Два отверстия 4 соединены друг с другом с возможностью прохождения потока внешним мостиком 5 снаружи гнезда 3. В гнезде 3 расположен поворачиваемый вокруг своей средней оси цилиндрический клапанный цилиндр, соответственно, вставка 2, которая выполнена с точной посадкой относительно гнезда 3. Вставка 2 имеет изогнутый канал 6, отверстия которого расположены в качестве так называемых других отверстий 7 на окружности под углом 90° относительно друг друга.

Первое из отверстий 4 может быть соединено, например, с источником Q, например, для топлива, второе из отверстий - со сливным трубопроводом S, и третье и четвертое из отверстий 4 - через мостик 5 с форсункой N горелки газовой турбины.

При показанном сплошной линией положении канала 6, источник соединен со сливным трубопроводом. За счет поворота вставки на угол 90° против часовой стрелки канал 6 переводится в показанное штриховой линией положение, за счет чего соединяются сливной трубопровод S и форсунка N.

Если же вставка 2 поворачивается на 90° по часовой стрелке, исходя из показанного сплошной линией положения, то источник Q соединяется через расположенный во вставке 2 канал 6 и с помощью мостика 5 с форсункой N.

Для достижения для нескольких топливных трубопроводов различных ступеней подачи топлива и/или различных горелок синхронного переключения, в клапанном теле 1 вдоль средней оси гнезда 3 расположено несколько указанных выше клапанов (смотри соответствующую вставку на Фиг.3). Таким образом, предусмотрено по меньшей мере два, предпочтительно n, где n - количество топливных трубопроводов, умноженное на четыре лежащих в одной плоскости отверстий 4 для присоединения соответствующего трубопровода: источника Q, сливного трубопровода S, мостика 5 и форсунки N. Соответствующая вставка 2 имеет, как показано в изометрической проекции на Фиг.3, также эшелонированные каналы 6 для соединения соответствующих лежащих в одной плоскости отверстий 4.

В другом, не изображенном примере выполнения, вместо четырех расположенных в одной плоскости отверстий 4 имеется лишь три равномерно распределенных по окружности отверстия 4. В этом случае другие отверстия 7 расположенного во вставке 2 канала 6 смещены на угол 120° (=360°/количество отверстий в одной плоскости, в данном случае 3).

В показанном на Фиг.4 примере выполнения отдельные соединения, соответственно, отверстия 4 для источника Q, сливного трубопровода S и форсунки N не распределены по окружности гнезда 3, соответственно, отверстия, а на одинаковых расстояниях друг от друга в осевом направлении отверстия. Для этого случая в цилиндрической поверхности вставки 2 предусмотрены проходящие в осевом направлении канавки 6 с осевой длиной, которая обеспечивает возможность соединения двух непосредственно соседних в осевом направлении отверстий 4. За счет осевого сдвига вставки 2 можно затем соединять друг с другом соседние отверстия 4. Для n топливных трубопроводов их необходимо располагать ступенями в осевом направлении. Однако это приводит возможно к большей осевой конструктивной длине многоходового клапана 1.

За счет указанного выше расположения можно достигать всех положений клапана с помощью одного привода. Для каждого пути также нет необходимости установки одного клапана, а достаточно лишь одно устройство поворота и/или сдвига для перемещения вставки для нескольких клапанов. Поэтому конструкция более дешевая и занимает меньше места. Кроме того, указанный блок можно с помощью других вставок выполнять различно, когда, например, необходимо переключать друг с другом несколько входов и выходов.

На Фиг.5 показан принцип переключения другой топливной системы газовой турбины, в которой через трубопровод А подается топливо BS в ведущий к (не изображенной форсунке) трубопровод В (путь А-В=цепь А). При этом в трубопроводе находится (открытый) запорный клапан V1. От трубопровода А ответвляется в направлении потока перед запорным клапаном V1 трубопровод, в котором находится второй (закрытый) запорный клапан V2. В направлении потока после запорного клапана V2 с этим трубопроводом соединяется трубопровод С, в который может подаваться промывочная среда SM. В трубопроводе С находится дополнительно обратный клапан. Третий запорный клапан V3 позволяет пропускать промывочную среду в трубопровод D (путь С-D=цепь В, С), при этом четвертый клапан V4 запирает дренажный трубопровод, соответственно, сливной трубопровод Е.

Кроме того, с помощью промывочной жидкости SM можно через клапаны V2 и V1 промывать трубопровод В (путь С-И=цепь D), в то время как одновременно клапан V4 открывает сливной трубопровод Е, а клапан V3 предотвращает обратное стекание промывочной жидкости SM в трубопровод С (путь D-Е=цепь D).

Все функции переключения в показанном на Фиг.7 и 8 примере выполнения реализуются за счет комбинации 3/3-ходового клапана и одновременно переключаемого 4/3-ходового клапана. При этом на Фиг.6 показана основная конструкция применяемого 3/3-ходового клапана.

Как показано на Фиг.7, показанный многоходовой клапан содержит вставку 2 с двумя дисками, а именно, дисками 8 и 9, в которых находится канал 6 (в соответствии с Фиг.2-4). Окружающее диски 8 и 9 гнездо 3 содержит соответствующие отверстия, так что диск 8 действует в качестве 3/3-ходового клапана, а диск 9 - в качестве 4/3-ходового клапана. Занимаемые при этом переключательные положения S1-S3 показаны на трех частичных фигурах.

На Фиг.8 вся система, согласно Фиг.7, схематично показана в изометрической проекции. При этом можно видеть, что для реализации переключательной системы трубопроводы А и С ведут с помощью образованных в гнезде 3 мостиков 5 как к первому диску 8, так и ко второму диску 9, в то время как трубопровод В один ведет к первому диску 8, и трубопроводы D и Е одни ведут ко второму диску 9. На Фиг.8 показано положение S3, при этом положение S2 занимается обоими соединенными друг с другом без возможности проворачивания дисками 8 и 9 после поворота на 90° направо, а положение S1 после поворота еще на 90° направо.

Многоходовой клапан топливной системы газовой турбины содержит снабженное цилиндрическим гнездом клапанное тело, в ограничивающей гнездо стенке которого расположено несколько отверстий для подвода и/или отвода текучих сред, при этом в гнезде предусмотрена установленная подвижно вставка по меньшей мере с одним каналом с двумя другими отверстиям, с помощью которого обеспечивается возможность соединения по потоку друг с другом двух соседних отверстий, в клапанном теле предусмотрены два мостика, которые соединяют друг с другом расположенные в различных плоскостях отверстия. Технический результат изобретения - обеспечение возможности надежного и простого дистанционного управления процессами переключения соответствующих клапанов. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Многоходовой клапан топливной системы газовой турбины, содержащий снабженное цилиндрическим гнездом (3) клапанное тело (1), в ограничивающей гнездо (3) стенке которого расположено несколько отверстий (4) для подвода и/или отвода текучих сред, при этом в гнезде (3) предусмотрена установленная подвижно вставка (2) по меньшей мере с одним каналом (6) с двумя другими отверстиями (7), с помощью которого обеспечивается возможность соединения по потоку друг с другом двух соседних отверстий (4), при этом отверстия (4) расположены в одной плоскости, перпендикулярной средней оси гнезда (3), и вставка (2) выполнена ответной гнезду (3) и установлена в гнезде (3) с возможностью поворота вокруг своей средней оси,
при этом гнездо (3) имеет по меньшей мере в двух осевых положениях несколько лежащих в одной плоскости отверстий (4), и вставка (2) имеет на соответствующем расстоянию между плоскостями расстоянии для каждой плоскости по меньшей мере один канал (6) для соединения по потоку друг с другом лежащих в одной плоскости отверстий (4), отличающийся тем, что предусмотрены два расположенных в клапанном теле (1) мостика, которые соединяют друг с другом расположенные в различных плоскостях отверстия (4).

2. Многоходовой клапан по п.1, в котором «m» обозначает количество отверстий (4) вдоль одного оборота вдоль стенки и в котором вставка (2) имеет канал (6), другие отверстия (7) которого расположены со смещением относительно друг друга на угол α вдоль его окружности, при этом угол α=360°/m.

3. Многоходовой клапан по п.2, в котором четыре отверстия (4) равномерно распределены вдоль окружности цилиндрического гнезда (3), и другие отверстия (7) расположенного во вставке (2) канала (6) расположены вдоль окружности относительно друг друга под углом, который равен 90°.

4. Топливная система газовой турбины, содержащая многоходовой клапан по любому из пп.1-3.

5. Топливная система по п.4, в которой несколько согласованных с одной горелкой пар дисков расположены последовательно друг за другом.

6. Газовая турбина, содержащая топливную систему по п.4 или 5.