Zufuhreinrichtung für flüssigen Brennstoff Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Zufuhreinrichtung für flüssigen Brennstoff; die Einrichtung kann z. B. als Brennstoffzufuhreinrichtung einer Brenn- kraftanlage, z. B. einer Gasturbinenanlage ausgebildet sein. Der Ausdruck Brennstoff zufuhreinrichtung in einer Brennkraftanlage umfasst sowohl Einrichtungen, die einen Be standteil der Anlage selbst bilden, als auch solche, die in ein Fahrzeug eingebaut sind, wenn es sieh z. B. um eine Brennstoffzufuhr einrichtung handelt, welche Brennstoff aus einem Vorratstank zur Anlage zu fördern hat.
Brennstoffzufuhreinrichtungen von Brenn- kraftmaschinen, z. B. von Gasturbinenanlagen, besitzen üblicherweise ein Brennstoffverteil- rohr, aus welchem die Brennstoffeinspritz- vorrichtungen der Anlage gespeist werden. Es hat sich gezeigt, dass zufolge des Unter- schiedes des Brennstoffdruckes zwischen den Stellen, an welchen die an die Brennstoff- einspritzvorrichtungen angeschlossenen Lei tungen in das Brennstoffverteilrohr münden, unterschiedliche Brennstoffmengen zu den Brennstoffeinspritzvorriehtungen gelangen.
Der Unterschied der Brennstoffdrücke an zwei Stellen im Brennstoffverteilrohr und so mit in den an diesen beiden Stellen in das Verteilrohr mündenden, mit den Einspritz- vorrichtungen verbundenen Leitungen ist pro portional zum Produkt aus der Höhe der Brennstoffsäule gemessen in Richtung einer Beschleunigung der Brennstoffsäule und der auf den Brennstoff wirkenden Beschleuni gung selbst.
Bei stationären Brennkraftanlagen ist so mit der Unterschied der Brennstoffdrücke in an zwei Stellen an das Verteilrohr angeschlos senen Leitungen nur von der Differenz der Höhe dieser Stellen abhängig.
In Flugzeugtriebwerken können die Druek- unterschiede zufolge der grossen beim Kur venfliegen oder .dergleichen auftretenden Be schleunigungen sehr gross werden, so dass die Brennstoffmenge, welche zu der dem höch sten Druck ausgesetzten Einspritzvorrichtung gelangt, bedeutend grösser sein kann als die Brennstoffmenge, welche der dem kleinsten Druck ausgesetzten Einspritzvorrichtung zu geführt wird. Dieser Unterschied der Brenn stoffzufuhr kann den einwandfreien Betrieb der Anlage stark beeinträchtigen.
Die ge nannten Beschleunigungen können vertikal und/oder horizontal auftreten.
In der schweiz. Patentschrift 1Vr. 304144 ist eine Flüssigkeitsverteileinrichtung be schrieben, welche eine Druckflüssigkeitsquelle und eine Mehrzahl von mit der genannten Quelle verbundenen Flüssigkeitsförderleitun- gen aufweist, wobei die genannten Leitungen bezüglich ihrer gegenseitigen Höhe so ange ordnet sind, dass die den Flüssigkeitsstrom in den Leitungen steuernden Flüssigkeits drücke zufolge der verschiedenen Druckhöhen in den Leitungen unterschiedlich sind, wäh rend in jeder von einer Mehrzahl von Förder leitungen ein Ventil angeordnet ist,
das ent gegen dem Flüssigkeitsstrom belastet ist, wo bei die Belastungen der Ventile einzeln so eingestellt sind, dass die unterschiedlichen Druckhöhen der Flüssigkeit in den einzelnen Leitungen kompensiert werden.
Die Einstellung der Ventilbelastungen er folgt beim dort beschriebenen Beispiel durch geeignete Wahl des Gewichtes eines beweg lichen Ventilgliedes, das mit einer Einlass- öffnungder betreffenden Leitung zusammen wirkt, im Verhältnis zur Quersehnittsfläche dieser Einlassöffnung. Wenn die Belastung des Ventils mittels einer Feder erfolgt, so ge schieht die Einstellung dieser Belastung durch geeignete Wahl der Federbelastung im Verhältnis zur Querschnittsfläche der ge nannten Einlassöffnung. In andern Fällen kann die Einstellung der Belastung auch durch geeignete Wahl sowohl der Masse des beweglichen Ventilgliedes als auch der Feder spannung im Verhältnis zur Querschnitts fläche der Einlassöffnung erfolgen.
Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfin dung ist die Schaffung einer gegenüber der im schweiz. Patent Nr. 304144 beschriebenen Einrichtung verbesserten Flüssigkeitszufuhr einrichtung.
Die vorliegende Erfindung eignet sich mit besonderem Vorteil zur Anwendung auf Brennstoffzufuhreinrichtungen von Fahrzeug triebwerken, speziell von Flugzeugtriebwer ken. Bei gewissen Bauarten von Fahrzeug- triebwerk-Brennstoffzufuhreinrichtungen ist der Brennstofftank in ziemlicher Entfernung von der Brennkraftanlage angeordnet, so dass eine beträchtliche Brennstoffsäule zwischen dem Tank und dem Triebwerk vorhanden ist. Dies ergibt eine Druckhöhe, die proportional der Höhe der Brennstoffsäule in Richtung einer auf sie einwirkenden Beschleunigung und dieser Beschleunigung selbst ist.
Bei einer Vergrösserung der Beschleunigung nimmt auch die Brennstoffdruckhöhe zu, wodurch die der Anlage zugeführte Brennstoffmenge das zulässige Mass überschreiten kann; dies kann zu einer Überreicherung des Gemisches führen, was seinerseits den einwandfreien Be trieb der Anlage beeinträchtigen kann.
Der Brennstofftank kann z. B. im vordern Teil eines Flugzeuges angeordnet sein, wäh rend die Brennkraftanlage sich im hintern Teil des Flugzeuges befinden kann. Beim Start des Flugzeuges, a. B. mit Hilfe von Ra keten, wird es derart stark beschleunigt, dass der Druck im triebwerkseitigen Ende der den Tank mit dem Triebwerk verbindenden Lei tung so stark ansteigt, dass dem Triebwerk eine zu grosse Brennstoffmenge zugeführt wird.
In einer solchen Flugzeugtriebwerk-Brenn- stoffzufuhreinrichtung wird zweckmässig, wie z. B. im schweiz. Patent Nr. 304144 beschrie ben, ein bewegliches mit einer Brennstoff einlassöffnung zusammenwirkendes Ventil glied vorgesehen, dessen Belastung so gewählt ist, dass Unterschiede in der Brennstoffdruck- höhe, die zufolge einer Beschleunigung des Flugzeuges eintreten könne, kompensiert wer- den. Diese Kompensation wird dadurch er reicht,
dass die Masse des beweglichen Ventil gliedes im Verhältnis zur Querschnittsfläche der Einlassöffnung so gewählt wird, dass <I>in =</I> 9, # <I>h,</I> wobei<I>m</I> die Masse pro Flächen einheit des Öffnungsquerschnittes, 9 die Dichte des Brennstoffes und h die Höhe der Brennstoffsäule, gemessen in Richtung der auftretenden Beschleunigung ist.
Es hat sich gezeigt, da.ss wo ein Ventil zur Druckhöhenkompensation für einen grossen Brennstoffstrom vorgesehen ist und wo die Querschnittsfläche der Ventileinlassöffnung gross genug ist, um einen übergrossen Druck abfall an dieser Öffnung vermeiden zu kön nen, die Masse des mit der Ventilöffnung zu sammenwirkenden Ventilgliedes übermässig gross wird.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist die erfindungsgemässe Brennstoffzufuhreinrich- tung dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse des Ventils eine Kammer geschaffen ist, deren Axe mit der Richtung in Flucht ist, in wel- eher die zu kompensierende Beschleunigung wirkt und die auf jener Seite einen Einlass aufweist, gegen welche die Beschleunigung wirkt, dass ferner in der Ventilkammer ein in Richtung der genannten Axe gleitbares Ven tilglied angeordnet ist, das zum Zusammen wirken mit einem rund um den Kammer einlass angeordneten Ventilsitz bestimmt ist,
wobei die Masse des Ventilgliedes im Ver hältnis zur Querschnittsfläche des Kammer einlasses so gewählt ist, dass der Brennstoff strom durch den Einlass, zwecks Kompensie- rung der durch die Beschleunigung erzeugten Brennstoffdruckhöhe, herabgesetzt wird, dass ferner die Ventilkammer einen zweiten, recht winklig zur genannten Axe angeordneten Ein lass aufweist, während das Ventilglied seit liche Öffnungen besitzt, welche zum Zusam menwirken mit dem zweiten Kammereinlass bestimmt sind, um beim Abheben des Ventil- gliedes von seinem Sitz die genannten Öffnun gen mit dem zweiten Kammereinlass in Ver bindung setzen,
und dass im Ventilgehäuse Auslassmittel vorgesehen sind, welche mit. der Ventilkammer beim genannten Ventilsitz und mit den seitlichen Öffnungen im Ventilglied in Verbindung stehen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Brenn stoffzufuhreinrichtung nach der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung darge stellt. Es zeigt: Fig. 1 schematisch die Brennstoffzufuhr einrichtung einer Gasturbinenanlage, Fig. 2 im Schnitt ein erstes Beispiel eines Kompensationsventils zur Verwendung in einer Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch ein zweites Bei spiel eines Kompensationsventils und Fig. 5 die Art der Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Ventils.
In Fig. 1 ist eine Brennstoffzufuhrein richtung einer Gasturbinenanlage dargestellt. Eine solche Brennstoffzufuhreinrichtung be sitzt üblicherweise einen Kranz von Brenn- stoffeinspritzvorrichtungen 10, mittels wel- eben einer Verbrennungseinrichtung der An lage Brennstoff zugeführt werden kann. Beim gezeichneten Beispiel besitzt die Ver brennungseinrichtung eine Mehrzahl von ge trennten Brennkammern 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g und 11h, welche rund um eine zentrale Welle 12 angeordnet sind.
Die Ein- spritzvorrichtungen 10 sind mittels Zweig leitungen 13a, 13b, 13e, 13d, 13e, 13f 13g bzw. 13h an ein ringförmiges Verteilrohr 14 angeschlossen, das in einer Radialebene be züglich der Anlage angeordnet ist.
Der Druck in der untersten Zweigleitung ist zufolge des Höhenunterschiedes der An schlüsse für die Zweigleitungen grösser als der Druck in der obersten Zweigleitung, ge messen in Richtung einer auf das System wir kenden Beschleunigung. Wenn z. B. der den Brennstoffeinspritzvorrichtungen zugeführte Brennstoff Paraffinöl ist und das Verteil- rohr einen Durchmesser von etwa 1 mn besitzt, dann ist der Druck in der an der untersten Stelle des Verteilrohres 14 an dieses ange schlossenen Zweigleitung 13e grösser als der Druck an der obersten Stelle des Verteil- rohres, wo die Zweigleitung 13a angeschlossen ist,
und zwar um etwa 0,07 kg/cm2 unter Normalbedingungen, das heisst unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung. Wenn die Beschleunigung dagegen z. B. 15g beträgt, was beim Manövrieren des die Anlage als Triebwerk enthaltenden Flugzeuges ein treten kann, beträgt die Druckdifferenz etwa 1,05 kg/em2. Wenn jede der Zweigleitungen 13a--13h mittels eines gewöhnlichen Rohr fittings an das Verteilrohr 14 angeschlossen ist, dann herrscht zwischen den Drücken in den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 10, die in verschiedener Höhe an das Verteilrohr an geschlossen sind, ein entsprechender Unter schied,
was zu einer Differenz in den Bren-n- stoffströmen zu den Brennstoffeinspritzvor- riehtungen 10 führt. Da die zufolge der Be schleunigung auftretenden Druckunterschiede von der gleichen Grössenordnung wie der je weilige Brennstoffdruck ün Verteilrohr 14 sein können, besonders in grossen Flughöhen, wo die Brennstoffströme zu den Einspritz- Vorrichtungen 10 und somit der Brennstoff druck im Verteilrohr 14 bedeutend kleiner sind als die entsprechenden Werte in Boden nähe, ist eine diesbezügliche Kompensation von besonderer Wichtigkeit,
wenn grosse Un terschiede in den durch die Brennstoff- einspritzvorrichtungen den Brennkammern zugeführten Brennstoffmengen vermieden werden sollen.
Im vorliegenden Fall sind die im folgen den beschriebenen Kompensationsmittel vor gesehen: Die Zweigleitungen 13a-13h sind mittels zugeordneter Anschlussstücke 15a-15h an das V erteilrohr 14 angeschlossen. Jedes An schlussstück 15 (Fig. 2) besitzt ein Ventil gehäuse 21 mit einem Durchlass 18, der in Stutzen 16 endet, an welche die Enden der Rohrstücke 17 des Verteilrohres 14 ange schlossen sind. Vom V entildurchlass 18 zwei gen ein erster Kanal 19 und ein zweiter Ka nal 24 ab. Der erste Zweigkanal 19 führt zu einer Einlassöffnung 20; dem Brennstoffstrom durch diese Öffnung wirkt ein bewegliches Ventilglied 22 entgegen, das gleitbar im Ven tilgehäuse 21 angeordnet ist.
Die Einlassöffnung 20 mündet in eine zy lindrische Kammer 21a, in welcher das Ven tilglied 22 gleitbar angeordnet ist und deren Axe parallel zur Richtung der zu kompensie renden Beschleunigung oder Beschleunigungs komponente steht; das Ventilglied 22 gleitet in der Kammer 21a parallel zur genannten Axe. Das Ventilglied 22 besitzt einen zentra len Durchlass 22a, in welchen Öffnungen 23 in der Wandung des Ventilgliedes münden, so dass ein freier Strömungsweg für den Brenn- s s toffstrom vom Einlassende der Kammer 21a zu einem erweiterten Auslassraum 21b ge schaffen ist.
Ein Auslassstutzen 21c steht mit dem erweiterten Auslassraum 21b in Verbin dung und ist an das eine Ende der zugehöri gen Zweigleitung 13 angeschlossen.
Der zweite Zweigkanal 24 führt seitlich durch die Wand der Kammer 21a, und zwar an einer solchen Stelle, dass, wenn das Ventil glied 22 auf dem an der Einlassöffnung 20 gesehaffenen Sitz aufliegt, der Zweigkanal 24 geschlossen ist, während, wenn das Glied 22 von seinem Sitz abgehoben wird, eine Um fangsnut 25 das Ende des Zweigkanals 24 zu überdecken beginnt, so dass aus dem Kanal 24 Brennstoff in die Nut 25 und von hier durch Öffnungen 25a in die Bohrung 22a gelangen kann, wodureh der Brennstoffausfluss ver grössert wird.
Das Ausmass des Öffnens des Endes des Zweigkanals 24 hängt vom Ausmass des Abhebens des Ventilgliedes 22 von dem an der Öffnung 20 geschaffenen Sitz ab, wo bei das Ventilglied 22 unter der Wirkung einer Beschleunigung oder Beschleunigungs komponente in Richtung der Verschiebebewe gung des Ventilgliedes 22 im Sinne einer Herabsetzung des Brennstoffstromes durch die Öffnung 20 wirksam ist. Die Masse der Glieder 22 ist bezüglich der Querschittsfläche der Öffnungen 20 so gewählt, dass Unter schiede der im Verteilrohr 14 herrschenden Brennstoffdrücke kompensiert werden.
Der Unterschied der Masse m pro Flächeneinheit der Glieder 22 ist durch .die Gleichung in<I>= O</I> # <I>h</I> gegeben, wobei<I>h</I> ihre Höhendiffe renz in Richtung der Beschleunigung und ,o die Dichte des Brennstoffes darstellen.
Es ist zu bemerken, dass der Brennstoff strom durch den Zweigkanal 24 radial zur Bewegungsrichtung des Ventilgliedes 22 er folgt, und somit bewirkt der Brennstoffstrom durch diesen Kanal 24 keine Axialbelastung auf das Ventilglied 22 im Sinne des Öffnens oder Schliessens der Einlassöffnung 20, zu folge des durch den Brennstoffstrom aus dem Kanal 24 in die Nut 25 ei,zeugten Druck abfalles.
Bei einer Variante der beschriebenen Ein- riehtung sind alle Ventilgehäuse 21 so ange ordnet, dass die Bewegungsriehtungen der Ventilglieder 22 sich auf der Maschinenaxe schneiden, .das heisst in diesem. Fall verlaufen diese Bewegungsrichtungen radial zur Axe des Verteilrohres 14, wobei jedes Ventilglied 22 durch eine Feder im Sinne einer Verklei nerung der Quersehnittsfläche der Einlass- öffnung 20 belastet sind.
Die Masse eines jeden Ventilgliedes 22 pro Flächeneinheit der ihm zugeordneten Einlass öffnung wird dann # ³ h/2, wenn # die Brenn stoffdichte und h der Ringdurchmesser des Verteilrohres 14 ist; und wenn die durch die Feder bewirkte Belastung des Ventilgliedes ist. Das heisst, die Differenz der Druckabfälle ist gleich der Differenz der Brennstoffdruck höhen im obersten und untersten Punkt des Verteilrohres 14.
Wie beim vorangehend beschriebenen Bei spiel wird hier durch den Druckabfall im Brennstoffstrom vom Kanal 24 in die Nut 25 auf das Ventilglied keine axiale Belastung ausgeübt.
Bei Verwendung eines Ventilgliedes der vorangehend beschriebenen Art kann die Ge samtquerschnittsfläche der Öffnung 20 und des Zweigkanals 24 so gewählt sein, dass der Druckverlust in jedem Ventil beim maximal zu erwartenden Brennstoffstrom auf ein zu lässiges Mass herabgesetzt werden. Ferner können die Querschnittsfläche der Öffnung 20 und die Masse des beweglichen Ventil gliedes 22, ebenso wie die Spannung der in der zuletzt beschriebenen Variante vorge sehenen Feder so gewählt sein, dass Grösse und Gewicht der Einrichtung verglichen mit den entsprechenden Werten, die erforderlich wären, wenn der gesamte Brennstoffstrom durch die Einlassöffnung 20 geleitet würde, wesentlich herabgesetzt werden können.
Zweckmässig ist die Anordnung derart, dass das Ende des Zweigkanals 24 gleichzeitig meit dem Öffnen der Einlassöffnung 20 frei gegeben wird; die Anordnung kann auch so sein, dass das Ende des Zweigkanals 24 erst freigelegt wird, wenn das Ventilglied 22 be reits um einen bestimmten Betrag von dem an der Einlassöffnung 20 geschaffenen Sitz ab gehoben wurde.
In den Fig. 4 und 5 ist eine Brennstoff zufuhreinrichtung der Brennkraftanlage eines Flugzeuges 30 dargestellt. Die Brennkraft- anlage 31 ist im Schwanzteil des Flugzeuges pro Flächeneinheit der Einlassöffnung mit S und die Beschleunigung mit g gezeichnet wird, kann gezeigt werden, dass der Unter schied zwischen den Druckabfällen an den Ventilen im untersten und im obersten Punkt des V erteilrohres:
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30 angeordnet, während der Brennstofftank 32 nahe dem Schwerpunkt des Flugzeuges im letzten untergebracht ist. Die Brennkraft- maschine 31 ist durch eine Speiseleitung 33 mit dem Brennstofftank 32 verbunden.
Wenn zum Startendes Flugzeuges zusätz lich zum Antrieb der Brennkraftanlage Ra keten verwendet werden, so tritt in diesem Fall beim Start. eine grosse in der Flugzeug längsachse nach vorn gerichtete Beschleuni gung des Flugzeuges auf, welche versucht, den Brennstoffdruck in der Brennkraftanlage zu erhöhen. Diese Beschleunigung kann als Rückwärtsbeschleunigung gleicher Grösse an gesehen werden, die auf gegenüber dem Flug zeug freie Körper im Flugzeug wirkt, wie z. B. auf,den Brennstoff; diese Rückwärtsbeschleu- nigung soll kompensiert. werden.
Wenn die Höhe der Brennstoffsäule, ge messen in Richtung der Beschleunigung z. B. 7 m und die Beschleunigung 4g beträgt, dann ist, wenn als Brennstoff Pa-ra.ffinöl verwendet wird, der zusätzliche Brennstoffdruck .in der Brennkraftleitung etwa 2,4 kg/em2.
Um die Zunahme der Brennstoffdruck höhe zu kompensieren, kann ein einfaches Ventil vorgesehen sein, das ein bewegliches Ventilglied besitzt, welches mit einem Sitz rund um eine Einlassöffnung zusammenwirken kann und im Sinne einer dem Brennstoff strom durch die Öffnung entgegengesetzt ge richteten Wirkung zufolge der auf freie Kör per im Flugzeug wirkenden Rückwärts- beschleunigung belastet wird. Um jedoch den Druckabfall im Ventil bei den erforderlichen grossen Brennstoffströmen möglichst klein zu halten, wobei mit einem Brennstoffstrom von z.
B. 3000 kg/h gerechnet werden muss, ist es notwendig, den Durchmesser der Einlass öffnung eines derart einfachen Ventils relativ gross zu machen, z. B. kann der Durchmesser in diesem Fall 2,20 em betragen, während die Masse des beweglichen Ventilgliedes in diesem Fall etwa 2,3 kg betragen müsste, um der Be dingung zu genügen, nach welcher die Masse des Ventilgliedes pro Flächeneinheit der Ein lassöffnung gleich dem Produkt aus der Höhe der Flüssigkeitssäule und der Brennstoff dichte sein sollte. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, und um die Verwendung eines leichteren Ventil gliedes von zweckmässigerer Grösse verwenden zu können, ist die folgende Ventilanordnung vorgesehen. In der Speiseleitung 33, welche den Tank 32 mit der Maschine verbindet, ist ein Ventil 34 vorgesehen.
Das Gehäuse des Ventils 34 besitzt einen Durehlass mit einer Einlassöffnung 35 in eine Kammer 45. Dem Brennstoffstrom durch diese Einlassöffnung 35 wirkt ein bewegliches Ventilglied 36 ent gegen, das zum Zusammenwirken mit einem rund um die Einlassöffnung 35 geschaffenen Ventilsitz 37 bestimmt ist und unter der Wirkung der bezüglich des Flugzeuges rück wärts auf das Ventilglied wirkenden Be schleunigung steht, die während einer Vor- wärtsbeschleunibung des Flugzeuges entsteht.
Die Strömung des Brennstoffes durch die Einlassöffnung 35 erfolgt in Längsrichtung des Flugzeuges gegen dessen Vorderteil hin, so dass das als Gewicht dienende Ventilglied 36 während einer Flugzeugvorwärtsbesehleu- nigung im Sinne einer Herabsetzung des Brennstoffstromes durch die Einlassöffnung 35 wirkt.
Im Ventilgehäuse ist eine Kammer 38 vor gesehen, die auf der einen Seite des Ventil gliedes 36 liegt. und einen Einlassstutzen 39 aufweist, an welchen die Leitung 33 ange schlossen ist. Die Kammer 38 besitzt zwei Aus- lässe, wovon der eine als Kanal 40 ausgebildet ist und zur Einlassöffnung 35 führt, während der andere eine Öffnung 41 ist, welche in einen Brennstoffkanal 42 mündet, der das Ventilglied 36 umschliesst. In der Kammer 38 ist ein zz-lindriseher trennstoffilter 43 an geordnet. Der Filter 43 ist derart. in der Kam mer 38 angeordnet., dass die vom Tank 32 kommende Speiseleitung 33 in das Innere des Filters führt, der mit Abstand von der Kam merwand angeordnet. ist.
Rund um jenes Ende. des beweglichen Ventilgliedes, das mit dem an der Einlass- öffnung 35 geschaffenen Ventilsitz zusam menwirkt, ist ein Ringraum geschaffen, wäh rend das Ventil 36 selbst als hohler Kol ben ausgebildet ist. Dieser Kolben ist mit Ausnahme an der Stelle des Raumes 45 mit Gleitsitz in der Bohrung der Ventilkammer geführt. Bohrungen 44 im Ventilglied 36 ver binden den Raum 45 mit dem Hohlraum 36a des Ventilgliedes 36, welcher Hohlraum sei nerseits mit einer Auslassleitung 46 des Ven tilgehäuses verbunden ist. Annähernd in halber Länge des Ventilgliedes 36 sind an dessen Umfang Öffnungen 47 vorgesehen, welche in den Hohlraum 36a münden.
Diese Öffnungen 47 stehen mit. dem Kanal 42, der das Ventilglied 36 umgibt, in Verbindung, wenn dieses Ventilglied von seinem Sitz 37 abgehoben ist.. Die Anordnung ist zweckmässig derart, dass beim Verschieben des Ventilgliedes 36 in seiner Führungskammer die Öffnungen 47, zum Zweeke .der Erzeugung einer radial ein wärts gerichteten Brennstoffströmung in den Hohlrahm 36a des Ventilgliedes 36, mit dem Kanal 42 gleichzeitig mit dem Abheben des Ventilgliedes 36 von dem die Einlassöffnung 35 umgebenden Sitz 37 in Verbindung, ge bracht werden.
Lm den Hub des Ventilgliedes 36 gegen die Auslassleitung 46 hin zu begren zen, ist ein Anschlag 48 vorgesehen; die An ordnung ist derart, dass, wenn keine rück wärts (bezüglich der Bewegungsrichtung des Flugzeuges) gerichtete Beschleunigung auf das Ventilglied 36 wirkt und das letztere durch den Brennstoffdruck gegen den An schlag 48 gedrückt wird, die Öffnungen 47 vollständig mit dem Kanal 42 in Verbindung stehen. Es versteht sieh, dass der Brennstoff strom durch die Öffnungen 47 auf das Ventil- glied 36 keine dieses Ventilglied axial zu ver schieben trachtende Belastung ausübt.
Feed device for liquid fuel The present invention is a feed device for liquid fuel; the facility can e.g. B. as a fuel supply device of an internal combustion engine, z. B. a gas turbine system. The term fuel supply device in an internal combustion system includes both devices that form a Be part of the system itself, as well as those that are installed in a vehicle, if it see z. B. is a fuel supply device which has to promote fuel from a storage tank to the system.
Fuel supply devices for internal combustion engines, e.g. B. from gas turbine systems, usually have a fuel distribution pipe from which the fuel injection devices of the system are fed. It has been shown that, due to the difference in fuel pressure between the points at which the lines connected to the fuel injection devices open into the fuel distribution pipe, different amounts of fuel reach the fuel injection devices.
The difference in fuel pressures at two points in the fuel distribution pipe and thus in the lines that open into the distribution pipe at these two points and are connected to the injection devices is proportional to the product measured from the height of the fuel column in the direction of an acceleration of the fuel column and the up the fuel itself.
In stationary internal combustion systems, the difference in fuel pressures in lines connected to the distributor pipe at two points is dependent only on the difference in the height of these points.
In aircraft engines, the pressure differences can be very large due to the large accelerations that occur when flying around a curve or the like, so that the amount of fuel that reaches the injector exposed to the highest pressure can be significantly greater than the amount of fuel that the smallest pressurized injector is fed to. This difference in fuel supply can seriously affect the proper operation of the system.
The accelerations mentioned can occur vertically and / or horizontally.
In Switzerland. Patent specification 1Vr. 304144 a fluid distribution device is described, which has a pressure fluid source and a plurality of fluid delivery lines connected to said source, said lines being so arranged with respect to their mutual height that the fluid pressures controlling the fluid flow in the lines according to the different Pressure levels in the lines are different, while a valve is arranged in each of a plurality of delivery lines,
that is loaded against the flow of liquid, where the loads on the valves are set individually so that the different pressure levels of the liquid in the individual lines are compensated.
In the example described there, the valve loads are set by suitable selection of the weight of a movable valve member which interacts with an inlet opening of the relevant line in relation to the cross-sectional area of this inlet opening. If the valve is loaded by means of a spring, this loading is adjusted by suitable selection of the spring loading in relation to the cross-sectional area of the inlet opening mentioned. In other cases, the setting of the load can also be done by suitable choice of both the mass of the movable valve member and the spring tension in relation to the cross-sectional area of the inlet opening.
A main purpose of the present invention is to create an opposite to that in Switzerland. The device described in U.S. Patent No. 304144 improved fluid delivery device.
The present invention is particularly advantageously suitable for use on fuel supply devices for vehicle engines, especially aircraft engines. In certain types of vehicle engine fuel supply devices, the fuel tank is located a considerable distance from the internal combustion engine so that there is a substantial column of fuel between the tank and the engine. This results in a pressure head which is proportional to the height of the fuel column in the direction of an acceleration acting on it and this acceleration itself.
When the acceleration is increased, the fuel pressure also increases, as a result of which the amount of fuel supplied to the system can exceed the permissible level; this can lead to an over-enrichment of the mixture, which in turn can impair the proper operation of the system.
The fuel tank can e.g. B. be arranged in the front part of an aircraft, while rend the internal combustion system can be located in the rear part of the aircraft. When the aircraft takes off, a. B. with the help of rockets, it is accelerated so much that the pressure in the engine-side end of the Lei device connecting the tank to the engine rises so much that too much fuel is fed to the engine.
In such an aircraft engine fuel supply device, it is expedient, such as B. in Switzerland. Patent No. 304144 described ben, a movable valve member cooperating with a fuel inlet opening is provided, the load of which is selected so that differences in the fuel pressure level, which can occur as a result of an acceleration of the aircraft, are compensated. This compensation is achieved by
that the mass of the movable valve member in relation to the cross-sectional area of the inlet opening is chosen so that <I> in = </I> 9, # <I> h, </I> where <I> m </I> is the mass per unit area of the opening cross-section, 9 is the density of the fuel and h is the height of the fuel column, measured in the direction of the acceleration occurring.
It has been shown that where a valve for pressure height compensation is provided for a large fuel flow and where the cross-sectional area of the valve inlet opening is large enough to be able to avoid an excessive pressure drop at this opening, the mass of the one that interacts with the valve opening Valve member is excessively large.
To avoid this disadvantage, the fuel supply device according to the invention is characterized in that a chamber is created in the housing of the valve, the axis of which is aligned with the direction in which the acceleration to be compensated acts and which has an inlet on that side has, against which the acceleration acts, that a valve member which is slidable in the direction of said axis and which is intended to interact with a valve seat arranged around the chamber inlet is also arranged in the valve chamber,
wherein the mass of the valve member in relation to the cross-sectional area of the chamber inlet is chosen so that the fuel flow through the inlet, in order to compensate for the fuel pressure level generated by the acceleration, is reduced, and that the valve chamber also has a second, at right angles to said Ax arranged inlet, while the valve member has lateral openings which are intended to cooperate with the second chamber inlet in order to connect said openings to the second chamber inlet when the valve member is lifted from its seat,
and that outlet means are provided in the valve housing, which with. the valve chamber at said valve seat and with the lateral openings in the valve member are in communication.
Two embodiments of the fuel supply device according to the invention are shown in the accompanying drawings Darge. It shows: Fig. 1 schematically the fuel supply device of a gas turbine plant, Fig. 2 in section a first example of a compensation valve for use in a device according to the invention, Fig. 3 a section along the line 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 shows a section through a second example of a compensation valve and FIG. 5 shows the type of use of the valve shown in FIG.
In Fig. 1, a fuel supply device of a gas turbine system is shown. Such a fuel supply device usually has a ring of fuel injection devices 10, by means of which fuel can be supplied to a combustion device of the system. In the example shown, the combustion device has a plurality of separate combustion chambers 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g and 11h, which are arranged around a central shaft 12.
The injection devices 10 are connected by means of branch lines 13a, 13b, 13e, 13d, 13e, 13f, 13g or 13h to an annular distributor pipe 14 which is arranged in a radial plane with respect to the system.
The pressure in the lowest branch line is greater than the pressure in the uppermost branch line due to the difference in height between the connections for the branch lines, measured in the direction of an acceleration acting on the system. If z. If, for example, the fuel supplied to the fuel injectors is paraffin oil and the distributor pipe has a diameter of about 1 mm, then the pressure in the branch line 13e connected to this at the lowest point of the distributor pipe 14 is greater than the pressure at the top of the Distribution pipe, where the branch line 13a is connected,
namely by around 0.07 kg / cm2 under normal conditions, i.e. under the influence of the acceleration of gravity. If the acceleration, however, z. B. 15g, which can occur when maneuvering the aircraft containing the system as an engine, the pressure difference is about 1.05 kg / em2. If each of the branch lines 13a-13h is connected to the distribution pipe 14 by means of a conventional pipe fitting, then there is a corresponding difference between the pressures in the fuel injection devices 10, which are connected to the distribution pipe at different levels,
which leads to a difference in the fuel flows to the fuel injectors 10. Since the pressure differences occurring as a result of the acceleration can be of the same order of magnitude as the respective fuel pressure un distribution pipe 14, especially at high altitudes, where the fuel flows to the injection devices 10 and thus the fuel pressure in the distribution pipe 14 are significantly smaller than that corresponding values close to the ground, a related compensation is of particular importance,
if large differences in the amounts of fuel supplied to the combustion chambers by the fuel injection devices are to be avoided.
In the present case, the compensation means described in the following are provided: The branch lines 13a-13h are connected to the distribution pipe 14 by means of associated connection pieces 15a-15h. Each connection piece 15 (Fig. 2) has a valve housing 21 with a passage 18 which ends in nozzle 16, to which the ends of the pipe sections 17 of the distribution pipe 14 are connected. A first channel 19 and a second channel 24 lead from the valve passage 18. The first branch channel 19 leads to an inlet opening 20; the flow of fuel through this opening is counteracted by a movable valve member 22 which is slidably disposed in the valve housing 21 Ven.
The inlet opening 20 opens into a zy-cylindrical chamber 21a in which the Ven tilglied 22 is slidably arranged and whose axis is parallel to the direction of the acceleration or acceleration component to be compensated; the valve member 22 slides in the chamber 21a parallel to said axis. The valve member 22 has a central passage 22a, into which openings 23 in the wall of the valve member open so that a free flow path for the fuel flow is created from the inlet end of the chamber 21a to an enlarged outlet space 21b.
An outlet connection 21c is in communication with the enlarged outlet space 21b and is connected to one end of the associated branch line 13.
The second branch channel 24 leads laterally through the wall of the chamber 21a, namely at such a point that when the valve member 22 rests on the seat provided at the inlet opening 20, the branch channel 24 is closed, while when the member 22 of his seat is lifted, a circumferential groove 25 in order to cover the end of the branch channel 24 so that fuel can pass from the channel 24 into the groove 25 and from here through openings 25a into the bore 22a, whereby the fuel outflow is increased.
The extent of the opening of the end of the branch channel 24 depends on the extent of the lifting of the valve member 22 from the seat created at the opening 20, where in the valve member 22 under the effect of an acceleration or acceleration component in the direction of the displacement movement of the valve member 22 in the sense a reduction in the flow of fuel through the opening 20 is effective. The mass of the members 22 is selected with respect to the cross-sectional area of the openings 20 so that differences in the fuel pressures prevailing in the distribution pipe 14 are compensated for.
The difference in the mass m per unit area of the members 22 is given by the equation in <I> = O </I> # <I> h </I>, where <I> h </I> is their height difference in the direction the acceleration and, o represent the density of the fuel.
It should be noted that the fuel flow through the branch channel 24 is radial to the direction of movement of the valve member 22, and thus the fuel flow through this channel 24 does not cause any axial load on the valve member 22 in the sense of opening or closing the inlet opening 20, according to the due to the flow of fuel from the channel 24 into the groove 25, the pressure drop produced.
In a variant of the device described, all valve housings 21 are arranged in such a way that the movement directions of the valve members 22 intersect on the machine axis, that is to say here. In this case, these directions of movement run radially to the axis of the distribution pipe 14, each valve member 22 being loaded by a spring in the sense of a reduction in the cross-sectional area of the inlet opening 20.
The mass of each valve member 22 per unit area of the inlet opening assigned to it is then # 3 h / 2, if # is the fuel density and h is the ring diameter of the distribution pipe 14; and when the loading of the valve member caused by the spring is. This means that the difference in the pressure drops is equal to the difference in the fuel pressure levels in the uppermost and lowest point of the distribution pipe 14.
As in the case described above, no axial load is exerted on the valve member due to the pressure drop in the fuel flow from the channel 24 into the groove 25.
When using a valve member of the type described above, the total cross-sectional area of the opening 20 and the branch duct 24 can be selected so that the pressure loss in each valve at the maximum fuel flow to be expected is reduced to an acceptable level. Furthermore, the cross-sectional area of the opening 20 and the mass of the movable valve member 22, as well as the tension of the spring provided in the variant described last, can be selected so that the size and weight of the device compared with the corresponding values that would be required if the total flow of fuel would be directed through the inlet port 20 can be significantly reduced.
The arrangement is expedient in such a way that the end of the branch channel 24 is released simultaneously with the opening of the inlet opening 20; the arrangement can also be such that the end of the branch channel 24 is only exposed when the valve member 22 has already been lifted from the seat created at the inlet opening 20 by a certain amount.
4 and 5, a fuel supply device for the internal combustion system of an aircraft 30 is shown. The internal combustion system 31 is shown in the tail part of the aircraft per unit area of the inlet opening with S and the acceleration with g, it can be shown that the difference between the pressure drops at the valves in the lowest and the highest point of the distribution pipe:
EMI0005.0015
30, while the fuel tank 32 is located near the center of gravity of the aircraft in the last. The internal combustion engine 31 is connected to the fuel tank 32 by a feed line 33.
If rockets are used to drive the internal combustion engine in addition to the aircraft taking off, then this occurs during takeoff. a large in the aircraft longitudinal axis forwards acceleration of the aircraft, which tries to increase the fuel pressure in the internal combustion system. This acceleration can be seen as a backward acceleration of the same size, which acts on the aircraft free body compared to the flight, such. B. on, the fuel; this backward acceleration should be compensated. will.
If the height of the fuel column, measured ge in the direction of acceleration z. B. 7 m and the acceleration is 4g, then, if the fuel used is Pa-ra.ffinöl, the additional fuel pressure .in the internal combustion line is about 2.4 kg / em2.
In order to compensate for the increase in fuel pressure, a simple valve can be provided which has a movable valve member which can interact with a seat around an inlet opening and in the sense of an effect directed opposite to the fuel flow through the opening due to the free Body is loaded by the backward acceleration acting in the aircraft. However, in order to keep the pressure drop in the valve at the required large fuel flows as small as possible, with a fuel flow of z.
B. 3000 kg / h must be expected, it is necessary to make the diameter of the inlet opening of such a simple valve relatively large, for. B. the diameter in this case can be 2.20 em, while the mass of the movable valve member in this case would have to be about 2.3 kg in order to meet the loading condition, according to which the mass of the valve member per unit area of the inlet opening equal the product from the height of the liquid column and the fuel should be dense. In order to avoid this difficulty, and in order to be able to use a lighter valve member of a more convenient size, the following valve arrangement is provided. A valve 34 is provided in the feed line 33, which connects the tank 32 to the machine.
The housing of the valve 34 has a passage with an inlet opening 35 into a chamber 45. The fuel flow through this inlet opening 35 is counteracted by a movable valve member 36 which is intended to interact with a valve seat 37 created around the inlet opening 35 and under the action the acceleration acting backwards on the valve member with respect to the aircraft, which occurs during a forward acceleration of the aircraft.
The flow of fuel through the inlet opening 35 takes place in the longitudinal direction of the aircraft towards its front part, so that the valve member 36 serving as a weight acts to reduce the fuel flow through the inlet opening 35 during an aircraft forward command.
In the valve housing, a chamber 38 is seen, which is member 36 on one side of the valve. and has an inlet port 39 to which the line 33 is connected. The chamber 38 has two outlets, one of which is designed as a channel 40 and leads to the inlet opening 35, while the other is an opening 41 which opens into a fuel channel 42 which surrounds the valve member 36. In the chamber 38 a zz-Lindriseher separating material filter 43 is arranged. The filter 43 is such. arranged in the chamber 38. That the feed line 33 coming from the tank 32 leads into the interior of the filter, which is arranged at a distance from the chamber wall. is.
Around that end. of the movable valve member, which interacts with the valve seat created at the inlet opening 35, an annular space is created, while the valve 36 itself is designed as a hollow piston. With the exception of the location of the space 45, this piston is guided with a sliding fit in the bore of the valve chamber. Bores 44 in the valve member 36 connect the space 45 with the cavity 36a of the valve member 36, which cavity is connected to an outlet line 46 of the valve housing. Approximately halfway along the length of the valve member 36, openings 47 are provided on its circumference, which open into the cavity 36a.
These openings 47 are with. the channel 42, which surrounds the valve member 36, in connection when this valve member is lifted from its seat 37 .. The arrangement is expedient such that when the valve member 36 is moved in its guide chamber, the openings 47, for the purpose of generating a radial a downward flow of fuel into the hollow frame 36a of the valve member 36, with the channel 42 simultaneously with the lifting of the valve member 36 from the seat 37 surrounding the inlet opening 35, ge.
A stop 48 is provided to limit the stroke of the valve member 36 against the outlet line 46; The arrangement is such that if there is no backward acceleration (with respect to the direction of movement of the aircraft) acting on the valve member 36 and the latter is pressed against the stop 48 by the fuel pressure, the openings 47 are completely in communication with the channel 42 stand. It can be seen that the flow of fuel through the openings 47 on the valve member 36 does not exert any load tending to displace this valve member axially.