DE69100220T2

DE69100220T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit.

Info

Publication number: DE69100220T2
Application number: DE91301901T
Authority: DE
Inventors: Edwin John Hardaker
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2011-03-08
Also published as: JPH04225810A; DE69100220D1; US5124052A; EP0451945B1; GB9008140D0; EP0451945A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter und ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen, die in der Flüssigkeit enthalten sind und die erstarren und den Filteraufbau bei niedrigen Temperaturen blockieren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen solchen Flüssigkeitsfilteraufbau zur Benutzung im Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks. Eine Brennstoffheizvorrichtung und ein Filteraufbau für Brennkraftmaschinen sind aus der DE-C-3631579 bekannt.
Das Brennstoffsystem eines Gasturbinenflugtriebwerks arbeitet in der Weise, daß das Triebwerk mit Brennstoff in einer solchen Form und Menge versorgt wird, wie dies erforderlich ist, um sämtlichen Triebwerkarbeitsbedingungen gerecht zu werden. Eine Brennstoffpumpe liefert Brennstoff nach den Brennstoffeinspritzdüsen, um den Brennstoff in die Brennkammer in Form eines atomisierten Sprühstrahls einzuspritzen. Der Brennstoff wird den Brennstoffeinspritzdüsen über einen Brennstoffilter zugeführt, der dazu dient, Festkörperverunreinigungen aus dem Brennstoff zu entfernen. Dadurch, daß der Brennstoff frei von Verunreinigungen gehalten wird, wird eine unnötige Abnutzung des Triebwerks verhindert, und die Gefahr einer Blockierung innerhalb des Brennstoffsystems wird vermindert.
Bei zahlreichen Gasturbinenflugtriebwerken ist ein Wärmeaustauscher zwischen der Brennstoffpumpe und dem Einlaß des Brennstoffilters angeordnet, vergleiche beispielsweise EP-A-0248762. Der Wärmeaustauscher bewirkt eine Wärmeübertragung von einer Ölströmung nach dem Brennstoff, wodurch das Öl gekühlt wird. Durch die Übertragung von Wärme auf den Brennstoff werden flüssige Verunreinigungen, die im Brennstoff enthalten sind, wie beispielsweise Wasser, mit dem Brennstoff erhitzt und gelangen durch das Verbrennungssystem. Wenn jedoch mit Wasser verunreinigter Brennstoff bei niedrigen Temperaturen benutzt wird, dann ist die Wärmeübertragung vom Öl auf den Brennstoff nicht ausreichend, um die Bildung von Eis zu verhindern, und es kann eine Blockierung des Filters durch Eispartikel auftreten. Es kann dann ein zweiter Wärmeaustauscher benutzt werden, um weitere Wärme dem Brennstoff zuzuführen. Die Anordnung eines zusätzlichen Wärmeaustauschers ist jedoch im Hinblick auf das zusätzliche Gewicht und die zusätzlichen Kosten unerwünscht. Der zusätzliche Wärmeaustauscher kann ein Luft/Brennstoff-Wärmeaustauscher sein, und dies führt außerdem zu einer Verminderung des Wirkungsgrades des Triebwerks, da heiße komprimierte Luft vom Triebwerkskompressor für diesen Zweck abgezogen werden muß.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtriervorrichtung zu schaffen, die die Anordnung eines zusätzlichen Wärmeaustauschers unnötig macht, wenn durch Wasser verunreinigter Brennstoff bei niedrigen Temperaturen benutzt wird.
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitsfilter, der einen Einlaß und einen Auslaß besitzt und eine Flüssigkeitsströmung dazwischen zuläßt, um alle Festkörperverunreinigungen innerhalb der Flüssigkeit abzuscheiden, mit einer Heizvorrichtung benachbart zum Einlaß des Flüssigkeitsfilters, um die Flüssigkeit und sämtliche flüssigen Verunreinigungen zu erhitzen, die in der Flüssigkeit enthalten sind, bevor die Flüssigkeit durch den Filter hindurchtritt. Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß ein Nebenschluß vorgesehen ist, wodurch ein Teil der Flüssigkeit im Nebenstrom an der Heizvorrichtung und am Flüssigkeitsfilter vorbeilaufen kann, wenn ein vorbestimmtes Druckdifferential über der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter besteht, wodurch im Betrieb der Nebenschluß, der einen Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter im Nebenschluß vorbeileitet, normalerweise geschlossen ist, so daß sämtliche Flüssigkeit durch die Heizvorrichtung und den Flüssigkeitsfilter strömt, wenn die Flüssigkeitstemperatur jedoch genügend niedrig ist, um eine Blockierung des Flüssigkeitsfilters durch Erstarrung der darin enthaltenen flüssigen Verunreinigungen zu bewirken, der Nebenschluß geöffnet wird, damit ein Teil der Flüssigkeit im Nebenschluß zu der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter strömen kann, wenn ein vorbestimmtes Druckdifferential über der Heizvorrichtung besteht, so daß eine verminderte Menge von Flüssigkeit durch die Heizeinrichtung fließt und die Größe der Verminderung der Flüssigkeitsströmung durch die Heizeinrichtung derart ist, daß die Flüssigkeit auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ausreicht, alle erstarrten Verunreinigungen, die den Flüssigkeitsfilter blockieren, zu schmelzen.
Vorzugsweise ist der Nebenschluß, der einen Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Filter im Nebenstrom vorbeifließen läßt, ein Kanal, der ein Rückschlagventil aufweist. Das Rückschlagventil kann auf den Druck ansprechen, und der Kanal kann außerdem eine Drosselstelle aufweisen, um die Flüssigkeitsmenge zu begrenzen, die durch den Kanal hindurchströmen kann.
Die Heizvorrichtung ist vorzugsweise ein Wärmeaustauscher.
Ein Verfahren zum Schmelzen erstarrter flüssiger Verunreinigungen, die einen Flüssigkeitsfilter in einer Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten blockieren, welche Vorrichtung eine Heizvorrichtung und einen Flüssigkeitsfilter in Reihe hintereinander aufweist, umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: Es wird ein Nebenschluß geöffnet, der der Vorrichtung zum Filtrieren der Flüssigkeit zugeordnet ist, damit ein Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter im Nebenschluß vorbeiströmen kann, so daß eine verminderte Flüssigkeitsmenge durch die Heizeinrichtung und den Flüssigkeitsfilter strömt, es wird die verminderte Flüssigkeitsmenge, die durch die Heizeinrichtung strömt, auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um die erstarrten Flüssigkeitsverunreinigungen im Flüssigkeitsfilter zu schmelzen, und es wird der Nebenschluß geschlossen, so daß die gesamte Flüssigkeit durch die Heizvorrichtung und den Flüssigkeitsfilter strömt, nachdem die erstarrten Flüssigkeitsverunreinigungen im Flüssigkeitsfilter geschmolzen sind.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung mit der Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Filtriervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsfiltriervorrichtung 10 vorgesehen, die eine Heizvorrichtung 12 und einen Filter 14 aufweist, die strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind. Es ist ein Nebenschluß vorgesehen, um einen Teil der Flüssigkeit im Nebenstrom an der Heizvorrichtung 12 und dem Filter 14 vorbeizuführen, wenn ein vorbestimmtes Druckdifferential über der Heizvorrichtung 12 und dem Filter 14 besteht. Der Nebenschluß umfaßt einen Kanal 16 und 22 und ein Rückschlagventil 20 dazwischen. Der Kanal 16 weist eine Drosselstelle 18 auf, die die Flüssigkeitsmenge begrenzt, die nach dem Rückschlagventil 20 gelangt. Das Rückschlagventil 20 ist durch eine Feder vorbelastet und ermöglicht einen Flüssigkeitsdurchtritt vom Kanal 16 nach dem Kanal 22 nur dann, wenn der Druck der Flüssigkeit im Kanal 16 ausreicht, um das Ventil gegen die Wirkung der entgegengesetzt gerichteten Feder 19 zu öffnen.
Im Normalbetrieb ist das Rückschlagventil 20 geschlossen, so daß die gesamte Flüssigkeit durch die Heizeinrichtung 12 und den Filter 14 strömt. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Brennstoff, wird von einer Brennstoffpumpe oder einer anderen nicht dargestellten Quelle zugeführt und tritt in die Heizvorrichtung 12 ein, wo der Brennstoff erhitzt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Heizvorrichtung 12 ein Wärmeaustauscher, in dem Wärme von einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, auf den Brennstoff übertragen wird, wodurch das Öl abgekühlt wird. Der erhitzte Brennstoff strömt dann nach dem Filter 14, wo alle festen Verunreinigungen im Brennstoff aufgefangen und ausgefiltert werden. Die Filtrierung des Brennstoffs hält den Brennstoff frei von Festkörpern und verhindert eine Blockierung des Brennstoffsystems weiter stromab.
Wenn die Temperatur des Brennstoffs, der von der Brennstoffpumpe gefördert wird, genügend niedrig ist, dann erstarrt das im Brennstoff enthaltene Wasser und bildet Eispartikel. Der Wärmeaustauscher 12 kann normalerweise unter extrem kalten Bedingungen nicht genügend Wärme liefern, um die im Brennstoff enthaltenen Eispartikel zu schmelzen, so daß diese nach dem Brennstoffilter 14 gelangen und eine Blockierung bewirken. Wenn der Filter 14 mit den Eispartikeln blockiert wird, dann wird die Brennstoffströmung durch den Filter 14 gedrosselt, und es baut sich ein Druck in dem Kanal 16 auf. Wenn das Druckdifferential über dem Wärmeaustauscher 12 und dem Filter 14 einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, dann ist der Druck im Kanal 16 hoch genug, um das Rückschlagventil 20 gegen die Wirkung der Schließfeder 19 zu öffnen. Dann strömt Brennstoff aus dem Kanal 16 über das Rückschlagventil 20 nach dem Kanal 22. Der Brennstoff wird demgemäß im Nebenstrom zu dem Wärmeaustauscher 12 und dem Filter 14 geleitet und stromab des Filters 14 mit dem Brennstoff wiedervereinigt.
Ein Teil des Brennstoffs strömt durch die Kanäle 16 und 22 und das dazwischenliegende Rückschlagventil 20. Die Menge des durch den Nebenschlußkanal strömenden Brennstoffs wird durch die Drosselstelle 18 begrenzt, die im Kanal 16 benachbart zum Rückschlagventil 20 liegt. Dadurch, daß ein Teil des Brennstoffs durch den Nebenstrom fließen kann, ergibt sich eine reduzierte Brennstoffströmung durch den Wärmeaustauscher 12 und den Filter 14. Diese verminderte Strömung wird durch den Wärmeaustauscher 12 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um die Eispartikel zu schmelzen, die dem Filter 14 zusetzen. Die Eispartikel werden schnell durch die reduzierte Brennstoffströmung dispergiert, die durch den Wärmeaustauscher 12 erhitzt wurde.
Nachdem die Eispartikel einmal geschmolzen sind, wird der Filter 14 wieder freigegeben, so daß mehr Brennstoff hindurchströmen kann. Der Rückdruck im Kanal 16 vermindert sich und bewirkt, daß das Rückschlagventil 20 unter dem Einfluß der Schließfeder 19 schließt. Die Ventilgeometrie ist derart getroffen, daß ein Schließen des Rückschlagventils 20 bei einem Druck eintritt, der kleiner ist als der zum Öffnen des Ventils 20 erforderliche Druck. Hierdurch wird verhindert, daß das System sich stabilisiert, während das Ventil 20 teilweise offen ist, und die Filterblockierung konstant bleibt. Ein Schließen des Rückschlagventils 20 bewirkt, daß sämtlicher Brennstoff durch den Wärmeaustauscher 12 und den Filter 14 fließt, so daß der Normalbetrieb wiederhergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einem Brennstoffsystem eines Gasturbinenflugtriebwerks beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann klar, daß die Erfindung auch für irgendwelche anderen Filtersysteme anwendbar ist, bei denen Probleme infolge der Erstarrung von flüssigen Verunreinigungen auftreten, die in einer Strömung bei niedrigen Temperaturen vorhanden sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit,

- mit einem Flüssigkeitsfilter, der einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, damit eine Flüssigkeit hindurchströmen kann und alle festen Verunreinigungen innerhalb der Flüssigkeit abgeschieden werden,

- mit einer Heizeinrichtung benachbart zum Einlaß des Flüssigkeitsfilters zur Erhitzung der Flüssigkeit und der flüssigen Verunreinigungen darin, bevor die Flüssigkeit den Filter durchströmt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsfiltervorrichtung außerdem mit einem Nebenschluß versehen ist, damit ein Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter im Nebenstrom vorbeigeführt werden kann, wenn ein vorbestimmtes Druckdifferential über der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter vorhanden ist,

wodurch im Betrieb der Nebenschluß, der einen Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter vorbeiführt, normalerweise geschlossen ist, so daß die gesamte Flüssigkeit durch die Heizvorrichtung und den Flüssigkeitsfilter strömt, wobei jedoch dann, wenn die Flüssigkeitstemperatur genügend klein ist, um eine Blockierung des Flüssigkeitsfilters durch Erstarrung der darin enthaltenen flüssigen Verunreinigungen zu bewirken, der Nebenstrom geöffnet wird, damit ein Teil der Flüssigkeit an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter im Nebenstrom vorbeigeleitet werden kann, wenn ein vorbestimmtes Druckdifferential über der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter vorhanden ist, so daß eine reduzierte Flüssigkeitsmenge durch die Heizvorrichtung strömt, wobei die Menge der Verminderung der Flüssigkeitsströmung durch die Heizvorrichtung derart ist, daß die Flüssigkeit auf eine Temperatur angeheizt wird, die ausreicht, um irgendwelche erstarrten Verunreinigungen zu schmelzen, die den Flüssigkeitsfilter blockieren.

2. Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstrom, der einen Teil der Flüssigkeit im Nebenstrom an der Heizvorrichtung und dem Filter vorbeileitet, ein Kanal mit einem Rückschlagventil ist.

3. Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil druckabhängig ist.

4. Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Drosselstelle aufweist, um die Flüssigkeitsmenge zu begrenzen, die hindurchströmen kann.

5. Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein Wärmeaustauscher ist.

6. Verfahren zum Schmelzen erstarrter flüssiger Verunreinigungen, die einen Flüssigkeitsfilter in einer Flüssigkeitsfiltervorrichtung blockieren, die eine Heizvorrichtung und einen Flüssigkeitsfilter in Strömungsrichtung hintereinander aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- es wird ein Nebenschluß geöffnet, der der Flüssigkeitsfiltervorrichtung zugeordnet ist, damit ein Teil der Flüssigkeit im Nebenschluß an der Heizvorrichtung und dem Flüssigkeitsfilter vorbeigeleitet werden kann, wodurch eine verminderte Flüssigkeitsmenge durch die Heizvorrichtung und den Flüssigkeitsfilter strömt,

- es wird die reduzierte Flüssigkeitsmenge, die durch die Heizvorrichtung strömt, auf eine Temperatur erhitzt, die genügend hoch ist, um die erstarrten flüssigen Verunreinigungen im Flüssigkeitsfilter zu schmelzen und um den Nebenstrom zu schließen, so daß die gesamte Flüssigkeitsströmung durch die Heizeinrichtung und den Flüssigkeitsfilter verläuft, nachdem die erstarrten Flüssigkeitsverunreinigungen im Flüssigkeitsfilter geschmolzen sind.