CH313449A - Pump unit with compressed air turbine drive - Google Patents

Pump unit with compressed air turbine drive

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CH313449A
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CH
Switzerland
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turbine
air
pump unit
outlet line
line
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German (de)
Inventor
Charles Meredew George
William Berris Kenneth Victor
Samuel Smedley Frederic Edward
Original Assignee
Bercovitz Bernard
Rolls Royce
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N7/00Starting apparatus having fluid-driven auxiliary engines or apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/06Adaptations for driving, or combinations with, hand-held tools or the like control thereof
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  

  Pumpenaggregat mit     Druckluft-Turbinenantrieb       Gegenstand der     vorliegend-en    Erfindung  ist ein Pumpenaggregat mit     dräckluftgetrie#          bener    Turbine, die im Betrieb in eine     Flüssi,-,          keit,    z. B. einen flüchtigen     Brenwtoff,    einge  taucht ist.  



  Bei Turbinen dieser Art ist die Tempera  tur der der Turbine zugeführten,     Druchluft,     normalerweise höher als die Temperatur der  Flüssigkeit, in welche die Turbine     eIngetaucht          igt.    Da es notwendig ist, die Druckluft durch  die Flüssigkeit hindurch der darin unterge  tauchten Turbine     zazuführen,    geht, normaler  weise Wärme von der Druckluft an die Flüs  sigkeit über. Ein solcher Wärmeübergang ist  aber unerwünscht, und die vorliegende     Erlin-          dung    bezweckt die Schaffung eines Aggre  gates, bei welchem ein solcher Wärmeüber  gang herabgesetzt oder vermieden werden  kann.  



  Zur     Erreiehung    dieses Zweckes geht die  vorliegende Erfindung von     der        Tatsaehe        aLis,          dass    die zum Antrieb der Turbine verwendete  Luft nach der Expansion kühler ist     alss    die  der Turbine     7,-Listr.8mende        Druckluft.     



  Das erfindungsgemässe     Pampenaggregat     mit     Drl-ielduft-Turbinenantrieb    ist dadurch  gekennzeichnet,     dass    die     Luftauslassleitung    der  Turbine als ein den     Turbinenrotor    umgeben  der Mantel     ausaebildet    ist.  



  <B>c</B>    Ein     Ausführungsbefspiel    der     erf        indungs-          gemässen    Turbine     2,owie    einige Varianten  dieses     Beispiel- &     sind in     der    beiliegenden Zeich  nung dargestellt; es zeigt:

         Fig.   <B>1</B> einen Schnitt durch die Turbine       und-,einen    Teil einer von     der    letzteren ange  triebenen Pampe,       Fig.    2 eine Draufsicht zu     Fig.   <B>1,</B>       Fig.   <B>3</B> eine Seitenansicht zu     Fig.    2,       Fig.    4 in Draufsicht eine erste Variante,  und       Fig.   <B>5</B> in Seitenansicht eine zweite Va,       riante    der in den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> gezeigten Tur  bine     und        P-Lunpe.     



  Die gezeichnete Turbine dient dem Antrieb  einer     Brennstoffpumpe,    wie sie beispielsweise  in     Fig.   <B>3</B> der schweizerischen Patentschrift       Nr.   <B>293230</B> dargestellt ist. Die Turbine ersetzt  den dort dargestellten     Elektromotar        und    dient  dem Antrieb der Pumpenwelle 14; der<B>An-</B>  trieb der Pumpenwelle erfolgt über die Zahn  räder<B>52, 56,</B> und die Drehachse der Turbine  liegt normalerweise horizontal. Die Turbine  <B>100</B> wird von der Antriebsluft axial     durch-          ,strömt,    und zwar in Richtung gegen die  Pumpe hin.

   Die Turbine besitzt einen Satz von       Einlassdüsen    (nicht gezeichnet), welche die       Zuluft    den     Laufschaufeln-    102 einer ersten       Rotorscheibe   <B>103</B> zuführen. Anschliessend an      die Laufschaufeln 102 ist ein Kranz von     Sta-          torsehaufeln    104 vorgesehen,     cllureli    welche die  Luft den Schaufeln<B>106</B> einer zweiten     Rotor-          scheibe   <B>105</B> der Turbine zugeführt wird.

   Am  Turbinengehäuse ist ein ringförmiger Raum  <B>110</B> geschaffen, welcher zu den     Einlassdüsen     führt und     mit    einem axial gerichteten     Einlass     <B>111</B> in Verbindung steht. Der     Einlass   <B>111</B> ist       auf    der von der Pumpe abgekehrten Seite     des     Turbinenrotors vorgesehen.

   In den     Einlass   <B>111</B>  mündet ein Rohrkrümmer 112, der an einem       Anschlussstück   <B>113</B>     z-Lun    Befestigen     der    Tur  bine am Boden eines     Brennstofftankes-    und  zum     Anschluss    einer     Luftzuführungsleitung     114 befestigt ist.    Am     Auslassende    der Turbine     isst    am Tur  binengehäuse ein ringförmiger Raum<B>115</B> für  die Abluft geschaffen.

   Durch diesen Raum  <B>115</B> wird die     Abluft    um<B>1800</B> in einen Mantel  kanal<B>116</B> umgelenkt, -welcher Mantelkanal  den     Turbinenrotor    und     den        Lufteinlassraum,     <B>1.10</B> umgibt. Dieser Mantelkanal<B>116</B> führt zu  einem     Auslass-Rohrkrümmer   <B>117,</B> der den     Ein-          lass-Rohrkrümmer    112 -umschliesst und- an das  genannte     Anschlussstück   <B>113</B> mittels eines  Flansches angeschlossen ist.

   An diesem     An-          schlussstück   <B>113</B> besitzt der     Auslass-Rohrkrüm-          mer   <B>117</B> eine seitliche Verlängerung     117a"     welche über das     Anschlussstüek   <B>113</B> an eine  getrennte     Auslassleitung   <B>1.18</B> ausserhalb des       Tankes    angeschlossen ist-. Diese Anordnung  gewährleistet.,     dass    die heisse     Zuluft    von dem  im Tank befindlichen Brennstoff durch einen  Mantel von kühlerer Abluft getrennt ist.  



  Die Turbine ist mit einem Regler und  einem Steuerorgan versehen. Beim gezeichne  ten Beispiel ist ein Kolbenschieber 120 vor  gesehen, welcher mit Öffnungen 121 zusam  menwirkt, um     den        Zuluftstrom    zu steuern.  Der Regler besitzt Fliehgewichte, 122, welche,  über eine zweiteilige Betätigungsstange     zum     axialen Verschieben des     Kelbenschiebers    be  stimmt sind. Die Betätigungsstange führt  durch die Welle des     Turhinenrotors    hindurch,  wobei Stangenteil<B>123</B> mit dem Rotor dreh  fest verbunden ist. Der andere Stangenteil  124 der Betätigungsstange ist -nicht rotierend    angeordnet; zwischen den beiden Stangen  teilen ist ein Kugellager<B>125,</B> das Schubkräfte  aufnehmen kann, angeordnet.

   Eine Feder<B>126</B>  belastet den Kolbenschieber 120 entgegen der       Wirk-ang    der     Fliehgewiehte    122.  



  Bei der in     Fig.    4 gezeigten Variante des  beschriebenen Aggregate sind die Rohrkrüm  mer 112 und<B>117</B> durch ein     Anschlussstüek   <B>130</B>  ersetzt, durch welches ein inneres     Lufteinlass-          rohr    axial vom     Einlass   <B>111</B> weg zu einem     Luft-          einlass-Ans#hlussstutzen   <B>131</B> führt, während  ein das     Lufteinlassrohr    umgebendes     MantelTohr     in einen     Auslassstatzen   <B>1.32</B> mündet.

   Bei der  gezeichneten Variante besitzt das     Anschluss-          stück   <B>130</B>     Y-Form,    es könnte aber auch     T-Form          aulweisen.    Das     Anschlussstück    liegt ausserhalb  des     Tankes:    134, wobei die     Einlassseite    des Tur  binengehäuses durch eine     öffnung    in einer  Deckplatte<B>133,</B> welche eine Öffnung in -einer  Seitenwand des     Tankes    abschliesst,     hindurch-          ragt.     



       Fig.   <B>5</B> zeigt eine weitere Variante des be  schriebenen     Beispiel#s.    Hier sind die Rohr  krümmer 112 und,<B>117</B> durch zwei gerade.  biegsame Rohrstücke 140 und 14.1 ersetzt. Das  Rohrstück 140 bildet das     Einlassrohr,    wäh  rend das     Ro-hrstüek    141 das     Auslassrohr    dar  stellt. Das hier gezeigte Aggregat wird von  einer Platte 142 getragen, die eine Öffnung  im Boden 143 des     Tankes    abschliesst.  



  Die beschriebenen Pumpenaggregate eig  nen sich zum Beispiel als     Brennsto-ff-Zufulir-          pumpen,    die in den Brennstoff eines     Brenn-          stofftankes    eines durch ein Strahltriebwerk  angetriebenen Flugzeuges eingetaucht sind.  Die dem Antrieb der Turbine dienende Druck  luft wird dann zweckmässig dem Strahltrieb  werk entnommen und kann eine Temperatur  von zum Beispiel     20011        C    und mehr aufweisen.  Somit ist es besonders wichtig, zu vermeiden,  soweit dies praktisch möglich ist,     dass    Wärme  von der     Zuluft    an den Brennstoff übergeht.



  Pump unit with compressed air turbine drive The subject of the present invention is a pump unit with dräckluftgetrie # bener turbine, which in operation in a liquid, -, speed, z. B. a volatile fuel is immersed.



  In turbines of this type, the temperature of the air supplied to the turbine is normally higher than the temperature of the liquid in which the turbine is immersed. Since it is necessary to supply the compressed air through the liquid to the turbine submerged in it, heat is normally transferred from the compressed air to the liquid. However, such a heat transfer is undesirable, and the present invention aims to create an aggregate in which such a heat transfer can be reduced or avoided.



  To achieve this purpose, the present invention is based on the fact that the air used to drive the turbine is cooler after the expansion than the compressed air flowing through the turbine 7, -Listr.8.



  The pitch unit according to the invention with a forced-air turbine drive is characterized in that the air outlet line of the turbine is designed as a jacket surrounding the turbine rotor.



  <B> c </B> An exemplary embodiment of the turbine 2 according to the invention, as well as some variants of this example, are shown in the accompanying drawing; it shows:

         FIG. 1 shows a section through the turbine and part of a slurry driven by the latter, FIG. 2 shows a plan view of FIG. 1 and FIG 3 is a side view of FIG. 2, FIG. 4 is a top view of a first variant, and FIG. 5 is a side view of a second variant of the variant shown in FIG. 1 B> to <B> 3 </B> and P-Lunpe shown.



  The drawn turbine is used to drive a fuel pump, as shown, for example, in Fig. 3 of Swiss Patent No. 293230. The turbine replaces the electric motor shown there and is used to drive the pump shaft 14; the <B> drive </B> the pump shaft is driven by the gear wheels <B> 52, 56, </B> and the axis of rotation of the turbine is normally horizontal. The turbine <B> 100 </B> is axially traversed by the drive air, specifically in the direction towards the pump.

   The turbine has a set of inlet nozzles (not shown) which feed the supply air to the rotor blades 102 of a first rotor disk 103. Adjacent to the rotor blades 102, a ring of stator blades 104 is provided, which the air is supplied to the blades 106 of a second rotor disk 105 of the turbine.

   An annular space <B> 110 </B> is created on the turbine housing, which leads to the inlet nozzles and is connected to an axially directed inlet <B> 111 </B>. The inlet 111 is provided on the side of the turbine rotor facing away from the pump.

   A pipe bend 112 opens into the inlet 111, which is fastened to a connecting piece 113 for fastening the turbine to the bottom of a fuel tank and for connecting an air supply line 114. At the outlet end of the turbine, an annular space <B> 115 </B> is created on the turbine housing for the exhaust air.

   Through this space <B> 115 </B> the exhaust air is diverted by <B> 1800 </B> into a jacket duct <B> 116 </B>, -which jacket duct is the turbine rotor and the air inlet space, <B> 1.10 </B> surrounds. This jacket channel <B> 116 </B> leads to an outlet pipe bend <B> 117 </B> which - encloses the inlet pipe bend 112 and - by means of the named connection piece <B> 113 </B> a flange is connected.

   On this connection piece <B> 113 </B> the outlet pipe elbow <B> 117 </B> has a lateral extension 117a "which is connected to a separate outlet line <B> 113 </B> via the connection piece <B> 113 </B> B> 1.18 </B> is connected outside the tank - This arrangement ensures that the hot supply air is separated from the fuel in the tank by a jacket of cooler exhaust air.



  The turbine is provided with a regulator and a control element. In the drawn example, a piston valve 120 is seen in front of which mencooperates with openings 121 to control the supply air flow. The controller has flyweights, 122, which are true, via a two-part operating rod for the axial displacement of the Kelbenschieber. The actuating rod leads through the shaft of the turbine rotor, the rod part <B> 123 </B> being rotatably connected to the rotor. The other rod part 124 of the actuating rod is arranged in a non-rotating manner; A ball bearing <B> 125 </B> which can absorb shear forces is arranged between the two rod parts.

   A spring <B> 126 </B> loads the piston slide 120 against the action of the centrifugal force 122.



  In the variant of the unit described shown in FIG. 4, the pipe elbows 112 and 117 are replaced by a connecting piece 130, by means of which an inner air inlet pipe is axially separated from the inlet > 111 </B> leads away to an air inlet connection piece <B> 131 </B>, while a jacket tube surrounding the air inlet tube opens into an outlet lug <B> 1.32 </B>.

   In the variant shown, the connection piece is <B> 130 </B> Y-shaped, but it could also have a T-shape. The connection piece is outside the tank: 134, the inlet side of the turbine housing protruding through an opening in a cover plate 133 which closes off an opening in a side wall of the tank.



       Fig. 5 shows a further variant of the example # s described. Here the elbows 112 and, <B> 117 </B> through two are straight. flexible pipe sections 140 and 14.1 replaced. The pipe section 140 forms the inlet pipe, while the pipe section 141 forms the outlet pipe. The unit shown here is carried by a plate 142 which closes an opening in the bottom 143 of the tank.



  The pump units described are suitable, for example, as fuel feed pumps which are immersed in the fuel of a fuel tank of an aircraft driven by a jet engine. The compressed air used to drive the turbine is then expediently taken from the jet engine and can have a temperature of, for example, 20011 C and more. It is therefore particularly important to avoid, as far as is practically possible, that heat is transferred from the supply air to the fuel.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH P-Liiüpenaggreo-at mit Druckluft-Turbinen- C antrieb, dass im Betrieb in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftauslassfeitung der Turbine als ein den Turbinenrotor umgebender Mantel ausgebil det ist. PATENT CLAIM P-Liiüpenaggreo-at with compressed air turbine C drive that is immersed in a liquid during operation, characterized in that the air outlet line of the turbine is designed as a jacket surrounding the turbine rotor. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Pumpenaggregat nach Patentanspruch mit einer Lufteinlassleitung und einer Luft- auslassleitung zur Zu- und Wegführung der Antriebsluft durch die Flüssigkeit hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftauslass- leitung als eine wenigstens den dein Turbinen rotor benachbarten Teil der Einlassleitung <B>um-</B> gebende Mantelleitung ausgebildet ist, so dass die Abhift die Zuluft umgibt, <B> SUBClaims </B> <B> 1. </B> Pump unit according to claim with an air inlet line and an air outlet line for supplying and removing the drive air through the liquid, characterized in that the air outlet line as a at least the part of the inlet line surrounding your turbine rotor that surrounds </B> is formed so that the Abhift surrounds the supply air, -um Wärme verluste der Zuluft an die Flüssigkeit mög lichst klein zu halten. 2. Pumpenaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine Axialströmungsturbine ist und dass eine die Abiluft in die zur Zuströmrichtung der Luft entgegengesetzte Richt-Lmg umlenkende Man telleitung vorgesehen ist, welche den Turbi nenrotor umgibt und in die Auslassleitung mündet. -to keep heat losses from the supply air to the liquid as small as possible. 2. Pump unit according to claim, characterized in that the turbine is an axial flow turbine and that a line diverting the exhaust air in the direction opposite to the direction of flow of the air is provided, which surrounds the turbine rotor and opens into the outlet line. <B>3.</B> Pumpenaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einlass- leitung und die Auslassleitung an einein An- schlussstück voneinander trennen, das zum Befestigen der Turbine an einer Wand eines Flüssigkeitsbehälters bestimmt und mit ge trennten Anschlussstutzen für äussere Leitun gen versehen ist. <B> 3. </B> Pump unit according to patent claim, characterized in that the inlet line and the outlet line are separated from one another at a connection piece which is intended for fastening the turbine to a wall of a liquid container and has separate connection pieces for outer lines is provided.
CH313449D 1952-02-21 1953-02-25 Pump unit with compressed air turbine drive CH313449A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2640323A1 (en) * 1988-12-12 1990-06-15 Europ Propulsion COMPACT STRUCTURAL ASSEMBLY FOR SUPPLYING A HIGH PRESSURE ERGOL SHAFT ENGINE

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP0374020A1 (en) * 1988-12-12 1990-06-20 Societe Europeenne De Propulsion High-pressure turbo pump providing a rocket motor with fuel

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