CH294842A - Brennstofförder- und -einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

      Brennstofförder-        und        -einapritzeinrichtung    für     Brennkraftmaschinen.       Es sind     Brennstofförder-    und     -einspritz-          einrichtungen    für Kraftmaschinen bekannt,  die eine von einer unter Niederdruck stehen  den Quelle aus belieferte Einspritzpumpe auf  weisen, die zum Beispiel eine Zentrifugal  pumpe ist.  



  Solche Pumpen sind voll     beaufschlagt    und  sind daher     Kavitationswirkungen    in vollem  Ausmass ausgesetzt und weisen eine Vorrich  tung zum Ändern der Fördermenge auf, wel  che Vorrichtung einem grossen Verschleiss       unterworfen    ist.  



  Es ist daher wünschenswert, die Pumpe  nicht voll zu     beaufsehlagen    und die Vorrich  tung zum Ändern der Fördermenge in einem  der Pumpe vorgeschalteten     Niederdruckteil     der     Einriehtung    anzuordnen.  



  Die     Brennstofförder-    und     -einspritzein-          richtung    für     Brennkraftmaschinen    gemäss der  Erfindung weist eine Hochdruckpumpe mit  einem Gehäuse und einem in diesem angeord  neten     Zentrifugalschaufelrad    auf und ist da  durch gekennzeichnet,     da.ss    am Pumpen  gehäuse ein Einlass zum Einführen von Brenn  stoff in den um die     Axe    des Schaufelrades  gebildeten schaufelfreien Raum vorgesehen  ist, nebst einem ausserhalb des Schaufelrad  umfanges angebrachten     Auslass,    an dein       Durchflussdrosselmittel    angeschlossen sind,

    welche eine solche     Durchflusscharakteristik     besitzen, dass für jede     Durchströmmenge,    in  nerhalb eines Bereiches von festgelegten Ein-         lassmengen,    die von der Schaufelspitze radial  nach innen bis zur freien Brennstoffoberflä  che gemessene Brennstofftiefe im Schaufel  rad kleiner ist als der     Schaufelradhalbmesser.     



  Es kann eine     Niederdruck-Brennstoff-          abmessvorrichtung    vorgesehen sein, die eine  abgemessene Brennstoffmenge durch den       Pumpeneinlass    abgibt.  



  Im Betrieb der Einrichtung ist die Pumpe  nicht voll     beaufschlagt,    und im Schaufelrad  zentrum ist ein     -brennstofffreier    Raum gebil  det, der von einem freien, radial einwärts ge  richteten Brennstoffspiegel     begrenzt    ist. Wei  ter stabilisiert sich bei jeder     Brennstoff-Ein-          strömmenge    die radiale Brennstofftiefe in der  Pumpe auf einem Wert, der vom erforder  lichen     Förderdruck    und von der Schaufelrad  drehzahl abhängt.  



  Bei grossen abgemessenen Brennstoff  Durchflussmengen zum     Pumpeneinlass    ist ein  hoher Förderdruck notwendig, der     wiederiun     eine grosse     Brennstofftiefe    im Schaufelrad  bedingt. Bei kleinen     Einlassmengen    ist der er  forderliche Förderdruck entsprechend nied  rig und demgemäss die Brennstofftiefe im  Schaufelrad verhältnismässig klein.  



  Der Erfindungsgegenstand erübrigt nicht  nur eine Vorrichtung zum Ändern der För  dermenge in der Hochdruckpumpe, sondern  vermeidet oder reduziert wenigstens     Kavita-          tionserscheinungen    im Einlass einer     Zentri-          fugalpumpe,    wie sie bei voll     beaufschlagten         Pumpen auftreten. Nenn solche     Kavitations-          erscheinungen    zufolge Lufteinschlüssen oder  Verdampfung des Brennstoffes verstärkt wer  den, können sie eine ungleichförmige Förde  rung hervorrufen, was natürlich bei Zen  trifugalpumpen in Brennstoffördereinrich  tungen für     Brennkraftmaschinen    unerwünscht  Ist.  



  Die auf der     Pumpenausflussseite    vorgese  hene     Durchfluss-Drosselvorriehtung    ist vor  zugsweise eine     Brennstoffeinspritzvorriehtung     mit bestimmten     Durehflusseigensehaften.     



  Zum Bestimmen des     Brennstoffdurehflus-          ses    kann irgendeine- bekannte Vorrichtung  auf der Niederdruckseite der Pumpe vorgese  hen sein, z. B. eine Pumpe mit     zwangläufiger     Verdrängung und variabler Förderung. Da.  diese zweite Pumpe mit, niedrigen Drücken     ar,          beitet,    können die bei der Konstruktion von  Hochdruckpumpen mit variabler Förderung  auftretenden Schwierigkeiten vermieden wer  den. Es kann aber auch eine Drossel verwen  det werden, die von einer unter niederem  Druck stehenden Brennstoffquelle     gespiesen     wird.

   Bei einer bestimmten Anordnung dieser  Art. ist eine     Niederdruck-Zentrifugalpmnpe     vorgesehen, die mittels eines Entlastungsven  tils Brennstoff unter konstantem Druck an  den Einlass einer Drossel fördert.  



  Der an die Pumpe gelieferte Brennstoff  wird vorzugsweise in den schaufelfreien Raum  desselben als voller oder zerstäubter Strahl  eingespritzt. Bei einer bevorzugten Ausfüh  rungsform trifft der Strahl auf eine zur       Schaufelraddrehachse    normale     Schaufelrad-          fläehe    auf, so dass der Brennstoff unter der       Zentrifugalwirkung    längs dieser Fläche nach  aussen fliesst.. Der schaufelfreie Raum ist. vor  zugsweise mit der Aussenluft in Verbindung,  und zwar an einer solchen Stelle, dass grössere       Leekverluste    der Pumpe vermieden     werden.     



  Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfin  dung sind in der Zeichnung veranschaulicht,  und zwar zeigt:       Fig.1    einen     Aufriss,    teilweise im Schnitt,  eines mit einer ersten Ausführungsform des  Erfindungsgegenstandes ausgerüsteten Gas  turbinentriebwerkes,         Fig.    2     eine        Hoehdruekpumpe    im Schnitt.

         Fig.    3 die     Ausführungsform    nach     Fig.    1 in  grösserem Massstab,       Fig.        4-    einen Teil einer zweiten Ausfüh  rungsform der     erfindun-sgeinä.ssen        Einrieh-          tnäg,          Fig.5    einen Teil einer dritten     Ausfüh-          rungsform    und       Fig.    6 und 7 je eine Variante.  



  Die in     Fig.l    dargestellte Gasturbine be  kannter Bauart weist. folgende Teile auf  Einen     Zentrifugalv    er dichter 10 mit doppelsei  tigem Lufteintritt, einen Läufer     10a        Lind    einen       Stator        10b;    eine Verbrennungseinrichtung 71,  die vom Verdichter 10 mit Druckluft be  schickt und in der Brennstoff verbrannt. wird,  mit einer Anzahl Luftkammern     11a,    die je  ein Flammrohr     11b    enthalten und um ein  Gehäuse 12 angeordnet sind;

   eine an die Ver  brennungseinrichtung angeschlossene     Azial-          turbine    13, der die Heissgase aus der Verbren  nungseinrichtung     zugeführt    werden und die  einen Läufer     13a,    der über eine Welle     1-I    den       Verdiehterläufer        10a    antreibt, sowie ein     Sta-          torgehäuse        13b    besitzt:

   und eine     Abgasleitung     15 mit einer Innen- und einer Aussenwand       15a    bzw.     15b,    von denen die erstere konisch  ausgebildet und mittels einen     tropfenförmigen          Querschnitt    aufweisender     Streben        15c    auf der  Aussenwand abgestützt ist.  



  Der Brennstoff wird von einem     Tank    16  aus durch eine     Niederdruekeinriehtung   <B>1-7</B> in  eine     IIoehdruekpumpe    25 und von dort in eine  Ringleitung 18 gefördert, aus der er durch       Einspritzvorrichtungen    19 in die     Flammrohre          11b    eingespritzt wird. Die Vorrichtungen 1.9  besitzen vorbestimmte Druck- und     Durehfluss-          eigensehaften    und dienen als     Durehfluss-Dros-          selvorrichtungen.     



  Die     Einriehtimg    17 ist zum Festlegen     der          Brennstoffclurehflussmenge    ausgebildet.  Beim Beispiel nach     Fig.    1 bis 3 besitzt die       Niederdruelkeinriehtun""    17 zum     Festlegen    des       Brennstoffdurehflusses    eine     Niederdrueli:-Zu-          führpumpe    20, die Brennstoff aus dem. Tank  16 ansaugt und in eine Leitung 21 fördert,  eine in die Leitung 21 eingebaute Drossel 22,  und ein Entlastungsventil 23, durch das bei zu      hohem Dreck Brennstoff durch eine Leitung  24 in den     Tank    16 zurückfliesst.

   Diese Ein  richtung 17     gewährleistet    einen konstanten  Druck in der Leitung 21 vor der Drossel 22,  so dass der     Durehfluss    durch     letztere    nur von  der Drosseleinstellung abhängt. Die     Nieder-          druek-Zufülirpumpe    ist. der Einfachheit hal  ber als     Zentrifugalpumpe    dargestellt.  



  Anstatt den Druck vor der Drossel kon  stant zu halten, wie in     Fig.    3 gezeigt, können  die Pumpe 20, das Ventil 23 und die Rück  laufleitung 24     weggelassen    und das Rohr 21  direkt an den Tank 16 angeschlossen werden.  Letzterer ist abgeschlossen, und sein oberes  Ende ist mit einer Quelle von unter konstan  tem Druck stehender Luft verbunden. So ist  beim Beispiel nach     Fig.    4 ein     Luftzufuhrrolir     36 an den Tank<B>1.6</B> angeschlossen, und ein Ge  bläse 37 nebst einem federbelasteten Ventil 38  sind in dieses Rohr 36 eingebaut. Der Druck  im Tank 16 wird somit auf dem im Ventil 38  eingestellten Wert gehalten.  



  Beim Beispiel nach     Fig.    5 sind die Pumpe  20, die Drossel 22, das Entlastungsventil 23  und die     Rüeklaufleitung    24 wiederum weg  gelassen. In die Förderleitung 21 ist. aber eine       Vorrichtun--    39 zum Festlegen des     Brennstoff-          durcliflusses    eingebaut.  



  Die Vorrichtung 39 besitzt ein     Stator-          gehäuse,    das einen feststehenden Teil 39a mit  zwei Parallelführungen 40 aufweist, in denen  der zylindrische, verstellbare Gehäuseteil 41  gleitbar gelagert. ist. Letzterer enthält einen  im feststehenden Teil     39a    drehbar gelagerten  Rotor 42, und der Gehäuseteil     39a    bildet auch  die seitlichen     Wände    des Gehäuses.  



  Der Rotor 42 weist eine Reihe von Boh  rungen     42a    auf, in denen je ein Kolben 43  gelagert ist. Durch Federn 44 werden die Kol  ben 43 gegen die Wand des Gehäuseteils 41  gedrückt. Beim Rotieren des Rotors 42 wer  den die Kolben 43 in den Bohrungen     42a    hin  und her verschoben, wobei ihr Hub durch die  Exzentrizität des Rotors 42 in     bezug    auf den  Gehäuseteil 41 bestimmt ist. Diese Exzentrizi  tät kann durch einen am Gehäuseteil     39a     schwenkbar befestigten und mittels eines Len  kers 46 mit dem Teil 41 verbundenen Hebel    45 verstellt werden. Beim     Verschwenken    des  Hebels 45 gleitet der Gehäuseteil 41 in seinen  Führungen 40.  



  Der Rotor 42 ist auf einer festen     AclLse    47       finit    Ausschnitten 48, 49 montiert. Der Achs  ausschnitt 48 steht über einen     Durehlass    50  mit dem vor der Vorrichtung 39 gelegenen  Teil der Leitung 21 in Verbindung, und der  Achsausschnitt 49 über einen Dur     chlass    51  mit. dem hinter der Vorrichtung 39 gelegenen  Teil der     Leitung    21.  



  Beim Rotieren des Rotors 42 in     Richtung     des Pfeils 52 werden die Kolben 43 hin und  her bewegt, wodurch Brennstoff durch den  Kanal 50 gesogen und durch den Kanal 51  zum     Auslassende    der Leitung 21 gefördert  wird.  



  Alle oben beschriebenen Beispiele arbeiten  mit Niederdruck, und dadurch wird die Ver  wendung einer     Hoehdrucl@pumpe    mit varia  bler Förderung     vermieden.     



  Vom     Ausflussende    der Leitung 21 strömt  der Brennstoff in die     Zentrifugal-Hoehdrueli:-          pumpe    25     (Fig.3),    die ein Gehäuse 250 und  ein in im letzteren vorgesehenen Lagern 25b  gelagertes Schaufelrad     25a    aufweist. Letzte  res besitzt     Radialschaufeln    26, und einen     um     die     Radaxe    geschaffenen schaufelfreien Raum  27. Von der Leitung 21 strömt der Brennstoff  in eine zum Schaufelrad     25a    koaxiale Düse 31  und trifft. als Strahl auf die normal zur       Schaufelradaxe    liegende Stirnfläche des  Schaufelrades.

   Diese Merkmale der Hoch  druckpumpe sind auch aus     Fig.    2 ersichtlich.  Ein in eine im Gehäuse 25c vorgesehene Boh  rung 32 eingeschraubtes Entlüftungsrohr 33  verbindet den Raum 27 mit der Aussenluft.  Das Rohr 33 ist derart angeordnet, dass Leck  verluste aus der Pumpe 25 weitgehend redu  ziert werden.  



  Um das Schaufelrad     25a    herum ist ein  Ring von Leitschaufeln 28 und eine     Auslass-          spirale    29 angeordnet. An letzterer ist ein  Förderrohr 30 angeschlossen, das zum     Ver-          teilring    18 und den an diesen angeschlossenen  Einspritzvorrichtungen 19 führt. Wie schon  oben angeführt, bilden die     Einspritzvorrich-          tungen    19     Durchfluss-Drosselmittel,    und in      der     Leitung    30 sind noch     zusätzliche    Durch  fluss-Drosselmittel     19a        (Fig.2)    eingebaut.  



  Die     Brennstoffeinspritzvorrichtungen    19  sind von bekannter Konstruktion und so ge  baut, dass der     Einspritzdruek    dem     Brennstoff-          förderdi-iick    direkt proportional ist und die  durch die     Einspritzvorriehtungen    19 gebilde  ten Drosselstellen (und die in     Fig.    2 bei     19a     gezeigte Drosselstelle) sind so dimensioniert  und angeordnet, dass selbst bei der maximalen       Brennstoffeinspritzung    in die Gasturbine die  Hochdruckpumpe 25 nicht voll     beaufschlagt     wird, so dass sich im Betrieb ein freier innerer  Brennstoffspiegel 53 bildet.  



  Zufolge der Tatsache, dass       a)    die an die Hochdruckpumpe 25 gelie  ferte Brennstoffmenge     volumetrisch    festgelegt  ist,  b) der zum     Fördern.    einer gegebenen  Brennstoffmenge durch die     Einspritzvorrich-          tungen    19 erforderliche Brennstoffdruck  durch die Konstruktion dieser     Vorrichtungen     bestimmt ist, -und  c) der Druck im     Zufuhrrohr    30 durch die  von der Schaufelspitze radial nach innen bis  zum freien Brennstoffspiegel 35 gemessene  Brennstofftiefe t im Schaufelrad     25a    für  irgendeine Drehzahl des letzteren bestimmt ist,

    stabilisiert sich für eine gegebene     Brennstoff-          förderung    an die Gasturbine die Brennstoff  tiefe t im Schaufelrad auf einem solchen Wert,  dass die von der Hochdruckpumpe 25 aufge  nommene Menge gleich der durch die Vor  richtungen 19 in die Gasturbine eingespritz  ten Menge     ist.     



  Wird das Schaufelrad     25a    während der  ganzen Betriebszeit mit einer konstanten  Drehzahl angetrieben, so ist der Druck im  Förderrohr 30 der Pumpe 25 der Brennstoff  tiefe t im Schaufelrad wenigstens annähernd.  proportional. Wird jedoch die Pumpe 25 von  der Gasturbine angetrieben, so wird die Be  ziehung zwischen der Brennstofftiefe t und  dem Druck im Förderrohr 30 komplizierter.  



  Die Hochdruckpumpe 25 kann zum Bei  spiel auf der Maschine montiert sein     (Fig.1)          und    von der Welle 14 über ein     Vorgelege        14a     angetrieben werden. Die Pumpe 25 kann aber    auch, wie in     Fig.6    dargestellt, durch einen  Elektromotor 34 oder, wie in     Fig.7    gezeigt,  durch eine mit     Druekluft    betriebene Lufttur  bine 35 angetrieben werden.  



  Aus obiger Beschreibung ergibt sich, dass  bei der     beschriebenen        Brennstofförder-    und       -einspritzeinrichtung    die     Durehflussmenge    zu  erst bei     Niederdruek    festgelegt wird, worauf  dann der Brennstoff auf den für seine Ein  spritzung in die     Brennkraftmaschine    erfor  derlichen hohen Druck gebracht wird. Die  Verwendung von unter hohem Druck arbei  tenden Vorrichtungen zum Festlegen der       Brennstoffördermenge    wird somit.     vermieden.     



  Zufolge der Tatsache, dass die     Hochdruck-          Zent.rifugalpumpe    25 in bezug auf die     Durch-          strömeigenschaften    der     Brennstoffeinspritz-          vorrichtungen    und die erforderlichen Durch  flussmengen so konstruiert und angeordnet  ist, dass sie immer nur mit teilweiser     Beauf-          schlagung    arbeitet, werden unerwünschte     Ka-          vitationserscheinungen    - wie sie erfahrungs  gemäss bei voll     beaufsehlagten    Zentrifugal  pumpen auftreten - wenigstens annähernd  vermieden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Brennstofförder- und -einspritzeinriehtung für Brennkraftmaschinen mit, einer Hoch druekpumpe, die ein Gehäuse und ein in die sem angeordnetes Zentrifugal-Schaufelrad aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpengehäuse ein Einlass zum Einführen von Brennstoff in den um die Axe des Schau felrades gebildeten schaufelfreien Raum vor gesehen ist, nebst einem ausserhalb des Schau felradumfanges angebrachten Auslass, an den Durchfluss-Drosselmittel angeschlossen sind,

   welche eine solche Durchflusscharakteristik besitzen, dass für jede Durchströmmenge, in nerhalb eines Bereiches von festgelegten Ein lassmengen, die von der Schaufelspitze radial nach innen bis zur freien Brennstoffober fläche gemessene Brennstofftiefe im Schaufel rad kleiner ist als der Schaufelradhalbmesser. UNTERANSPRÜCHE: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass dem Einlass (31) der Hoehdruekpumpe (25) eine unter Nieder druck arbeitende Vorrichtung (l.7 bzw. 39) zum Festlegen der Fördermenge vorgeseha.l- tet ist. 2.

   Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch nekennzeklinet, dass die genannte Vor richtung eine unter konstantem Drtiek ste hende Brennstoffquelle aufweist, nebst einer Drossel (22) in einer diese Quelle mit dem Zentrifugalpumpeneinlass (31 ) verbindenden Leitung (21.). 3.

   Einrichtung nach Unteranspruch '_', da durch gekennzeichnet, class die Quelle eine Niedei-di-uekpumpe (20) aufweist, deren Aus lass mit dem Einlass (31) der IIoelidriick- pumpe durch die genannte Leitung (21) ver bunden ist, in welch letzterer die genannte Drossel (\_'2) und ein Entlastungsventil (23) @-or der Drossel eingebaut sind, wobei das Ventil einen Rüekflul3 von der genannten Leitung (21)

   zur Brennstoffquelle steuert und den Brennstoffclruek vor der- Drossel (22) konstant, Hält. 1. hinriclitung nach Unteransprtieh 2, da- durch gekennzeichnet, dass die Quelle einen an die genannte Leitung (21) angeselilossenen Brennstofftank (16) aufweist, nebst. einer 1)ruekluftvei#liindtlng (36) mit dem Tank.

   und einer Vorrichtung (38) zum Konstant halten des Luftdi-tiekes. 5. Einrichtung nach U nteransprueli -l. da durch gekennzeichnet, dass in die 1)i-irekluft- verbindung ein Gebläse (37) eingebaut ist und die genannte Vorrichtung ein zwischen dem Gebläse und dem Tank angeordnetes Abbla.se- ventil (38) ist.

   6. Einrieht.ung nach Unteransprueli 1, da durch gekennzeichnet, da,ss die genannte Vor richtung (39) ein Gehäuse mit einem zylin- drischen Gehäuseteil, einen in diesem Ge häuseteil rotierbar und exzentrisch zu diesem gelagerten Rotor und eine Anzahl von in den Bohrungen des Rotors verschiebbar gelager ten und durch Federn gegen die Wand des zylindrischen Gehäuseteils gedrückten Kolben aufweist, nebst.

   einer Vorrichtung zum Än dern der Rotorexzentrizität in bezug auf den zylindrischen Gehäuseteil, wobei Saug- und Förderräume vorgesehen sind, von denen je der mit den genannten Bohrungen nur wäh rend eines Teils jeder Umdrehung des Rotors t-erbunden ist. 7.

   Einrichtung naeli Patenta.nsprueli, da durch gekennzeichnet, dass die Durehfluss- Drosselvorrichtung eine Brennstoffeinspritz- vorriehtung (19) umfasst, durch die der Brennstoff in die Brennkammern der Ma sehine eingespritzt wird.

   B. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die festgelegte Brennstoff-Durchströmm.enge durch eine zum Schaufelrad koaxiale Düse (3l ) in den schau felfreien Raum des Schaufelrades einströmt. wobei diese Düse so angeordnet ist, dass der austretende Brennstoffstrahl auf eine normal zur Sehaufelradaxe liegende Stirnfläelie des Schaufelrades auftrifft. 9.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Mittel (32, 33i vorgesehen sind, um der Aussenluft Zutritt zum schaufelfreien, zentralen Raum der IloehdruelTumpe zu ermöglichen. 10. Einrichtung nach Patentansprtieh, da durch gekennzeichnet, dass die in der Zeitein heit durchströmende Brennstoffmenge zuerst unter Niederdruekverhältnissen festgelegt und dann diese bestimmte Durchströmmenge auf den. Einspritzdruck gebracht wird.