CH666726A5

CH666726A5 - Kraftstoffpumpe, insbesondere fuer luftfahrzeugtriebwerke.

Info

Publication number: CH666726A5
Application number: CH1897/85A
Authority: CH
Inventors: P Glenn Pearce
Original assignee: Teledyne Ind
Priority date: 1984-05-08
Filing date: 1985-05-06
Publication date: 1988-08-15
Also published as: AU573823B2; FR2564148A1; IT1183821B; DE3516022A1; GB2158518A; GB2158518B; NZ211978A; BR8502374A; IT8567415A1; SE8502119D0; GB8511204D0; IT8567415A0; JPS6111454A; SE8502119L; US4700680A; AU4220485A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Diese Pumpe eignet sich besonders zum Einsatz bei Luftfahrzeugtriebwerken.

Die bisher bekannten Kraftstoffpumpen für Kolbentriebwerke sind üblicherweise einstufig aufgebaut. Diese Kraftstoffpumpen arbeiten in geringen Höhen zufriedenstellend, jedoch liefern sie in grösseren Höhen durch hohen negativen Eintrittsdruck sowie Dampfbildung des Kraftstoffs keine ausreichende Kraftstoffmenge. Der hohe negative Eintrittsdruck verringert den Wirkungsgrad der Pumpe, während der Dampf den Kraftstoff verlagert. Beide Faktoren führen zu einem geringen Kraftstoffaustritt aus der Pumpe.

Um in grösseren Höhen, also beispielsweise über 6000 Meter, dem Triebwerk ausreichend Kraftstoff zuzuführen, sind bei bisher bekannten Kraftstoffpumpen elektrische Hilfspumpen vorgesehen, die mit der normalen Kraftstoffpumpe in Tandembetrieb arbeiten. Diese elektrischen Hilfspumpen liefern bei Einschaltung in grosser Höhe zusätzlichen Kraftstoff an das Triebwerk, um dessen Kraftstoffbedarf zu decken.

Die bisher bekannten elektrischen Hilfspumpen sind jedoch kostspielig und erhöhen das Fluggewicht. Ferner haben sie eine relativ kurze Lebensdauer, wenn sie über längere Zeit betrieben werden, wodurch ein häufiges und teures Warten und/oder Ersetzen der Hilfspumpen nötig ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffpumpe anzugeben, die die vorstehend aufgezeigten Nachteile vermeidet und auch in grösseren Höhen zufriedenstellend arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Eine Kraftstoffpumpe nach der Erfindung hat ein Gehäuse mit einem Kraftstoffeintritt, der zu einer zylindrischen Eintrittskammer führt. Der Kraftstoffeintritt liegt zur Eintrittskammer tangential, so dass der Kraftstoff beim Eintreten in die Eintrittskammer verwirbelt wird. Der schwerere Kraftstoff wandert von der Mitte zum Aussenumfang der Eintrittskammer, während die leichteren Kraftstoffdämpfe zur Mitte der Eintrittskammer wandern. Diese Kraftstoffdämpfe werden aus der Eintrittskammer abgesaugt.

Zwei Pumpstufen sind in dem Gehäuse drehbar vorgesehen und werden durch das Triebwerk angetrieben. Die erste Stufe ist mit ihrem Eintritt an die Wirbelkammer angeschlossen, und ihr Austritt ist mit einer Zwischenkammer verbunden, die in dem Pumpengehäuse ausgebildet ist. Ähnlich ist die zweite Pumpstufe mit ihrem Eintritt an die Zwischenkammer angeschlossen, während ihr Austritt über ein Kraftstoffventil mit dem Kraftstoffaustritt der Kraftstoffpumpe verbunden ist.

Ein Nebenstromweg ist in dem Pumpengehäuse zwischen der Zwischenkammer und der Eintrittskammer ausgebildet. Ein druckempfindliches Ventil ist mit der Mitte des Neben-stromweges verbunden und öffnet, wenn der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 0,3 kg/cm2 überschreitet. Durch veränderliche

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Zirkulation eines Teils des Kraftstoffs von der Zwischenkammer zurück zur Eintrittskammer kann also der Druck in der Zwischenkammer auf dem vorbestimmten Druck gehalten werden.

Das Kraftstoffventil spricht auf einen Triebwerkzustand an, beispielsweise auf den Austrittsdruck eines Turboladers, um einen Teil des aus der zweiten Pumpstufe austretenden Kraftstoffs variabel zur Eintrittskammer oder zum Pumpenaustritt zu befördern. Somit leitet das Kraftstoffventil bei ansteigendem Kraftstoffbedarf des Triebwerks einen grösseren Teil des Kraftstoffs von der zweiten Pumpstufe zum Kraftstoffaustritt und einen kleineren Teil des Kraftstoffs zurück zum Pumpeneintritt. Wenn der Kraftstoffbedarf des Triebwerks abnimmt, so leitet das Kraftstoffventil umgekehrt einen grösseren Teil des Kraftstoffs zur Eintrittskammer und einen geringeren Teil des Kraftstoffs zum Pumpenaustritt.

Ein Druckentlastungsventil ist gleichfalls vorgesehen und mit dem Kraftstoffventil und der Eintrittskammer in Reihe geschaltet. Dieses Entlastungsventil wird normalerweise durch den Kraftstoffdruck geöffnet gehalten, so dass der in das Entlastungsventil fliessende Kraftstoff in die Eintrittskammer gelangt. Im Leerlauf des Triebwerks schliesst das Entlastungsventil, wodurch Kraftstoff zum Pumpenaustritt befördert wird, um das Triebwerk im Leerlaufzustand weiter mit Kraftstoff zu versorgen. Ein manuell betätigbares Mischventil ist mit dem Kraftstoffaustritt in Reihe geschaltet, so dass der Pilot das Kraftstoff-Luftgemisch nach Bedarf einstellen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Blockdarstellung einer Kraftstoffpumpe nach der Erfindung,

Figur 2 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels, Figur 3 die Ansicht 3-3 gemäss Figur 2,

Figur 4 den Schnitt 4-4 nach Figur 3, um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, und

Figur 5 die Ansicht 5-5 gemäss Figur 2.

In Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffpumpe dargestellt, die nach der Erfindung aufgebaut ist. Es ist ein Pumpengehäuse 10 mit einer zylindrischen Eintritts- oder Wirbelkammer 12 vorgesehen. Ein Kraftstoffeintritt 14 öffnet sich zur Eintrittskammer 12 hin und liegt mit seiner Achse tangential zur Achse der Eintrittskammer 12. Dadurch wird der in den Eintritt 14 eintretende und zur Eintrittskammer 12 fliessende Kraftstoff in der Eintrittskammer 12 verwirbelt, so dass diese als Wirbelkammer anzusehen ist.

Die Verwirbelung des Kraftstoffs in der Eintrittskammer 12 führt dazu, dass der dichtere flüssige Kraftstoff infolge der Fliehkraft zum Aussenumfang der Eintrittskammer 12 wandert, während die leichteren Kraftstoffdämpfe zur Mitte der Eintrittskammer 12 wandern. Diese Kraftstoffdämpfe werden durch eine nicht dargestellte Saugwirkung über einen Anschluss 16 am oberen Ende der Eintrittskammer 12 abgeführt.

Eine erste Pumpstufe 18 und eine zweite koaxiale Pumpstufe 20 sind in einer Bohrung 22 des Gehäuses 10 drehbar angeordnet. Die Bohrung verläuft radial zur Achse der Eintrittskammer 12. Vorzugsweise sind die Pumpstufen 18 und 20 Flügelverdrängungspumpen, wobei die erste Pumpstufe 18 grösser als die zweite Pumpstufe 20 ist.

Wie aus Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, sind die Pumpstufen 18 und 20 durch ein Abstandsstück 24 voneinander getrennt, das an jeder Pumpstufe 18 und 20 befestigt ist, so dass diese mit dem Abstandsstück 24 gemeinsam gedreht werden. Eine Antriebswelle 26 ist an einem Ende 28 der zweiten Pumpstufe 20 befestigt, während ihr anderes Ende 30 mit einer Vierkantbohrung 32 versehen ist, die durch eine Öffnung 34 des Pumpengehäuses 10 zugänglich ist. Eine nicht dargestellte Antriebsabzweigung des Triebwerks ist mechanisch nahe der Vierkantbohrung 32 mit der Welle 26 gekoppelt, so dass die Pumpstufen 18 und 20 gedreht werden können. Übliche Dichtungen 36 sind zwischen dem Pumpengehäuse 10 und der Welle 26 vorgesehen, um einen unerwünschten Kraftstoffaustritt aus der Pumpe zu verhindern.

In Figur 2 ist ein Ring 38 dargestellt, der in der Gehäusebohrung 22 das Abstandsstück 24 umgibt und somit zwischen den Pumpstufen 18 und 20 liegt. Dieser Ring 38 hat einen Umfangskanal 40 an seiner Aussenseite, der eine ringförmige Zwischenkammer 40 zwischen den Pumpstufen 18 und 20 bildet. Ein Nebenstromkanal 42 ist im Pumpengehäuse 10 ausgebildet und mit einem Ende 44 an die Zwischenkammer 40, mit dem anderen Ende 46 an die Eintrittskammer angeschlossen. Ein Ventilsitz 48 ist an der mittleren Stelle des Neben-stromkanals 42 vorgesehen und wird im folgenden noch näher erläutert.

Eine druckempfindliche Ventilanordnung 50 ist in einem Ventilgehäuse 52 angeordnet und am Pumpengehäuse 10 mit Schrauben 54 befestigt. Die Ventilanordnung 50 hat ein Ventilelement 56, das an dem Ventilsitz 48 den Nebenstromkanal '42 wahlweise öffnet und schliesst.

Die Bypass-Ventilanordnung 50 enthält vorzugsweise einen Aneroidkörper 58, der auf den Druck in der Zwischenkammer 40 anspricht. Wenn dieser Druck einen vorbestimmten Betrag von beispielsweise 0,3 kg/cm2 übersteigt, so zieht sich der Aneroidkörper 58 zusammen, wodurch das Ventilelement 56 aus seiner in Figur 2 gezeigten Schliessstellung gezogen wird und den Nebenstromkanal 42 öffnet. Eine Gewindeachse 60 mit Mutter 62 ermöglicht ein Einstellen des Öffnungsdrucks der Nebenstromventilanordnung 50.

Wie Figur 1 zeigt, ist der Eintritt der ersten Pumpstufe 18 über einen Strömungskanal 64 mit der Eintrittskammer 12 verbunden, während ihr Austritt mit einem Kanal 66 zur Zwischenkammer 40 verbunden ist. Ähnlich ist der Eintritt zur zweiten Pumpstufe 20 über einen Strömungskanal 68 mit der Zwischenkammer 40 verbunden, während der Austritt der zweiten Pumpstufe 20 in einen Austrittskanal 70 mündet. Die Strömungskanäle 64,66, 68 und 70 sind vorzugsweise im Pumpengehäuse 10 ausgebildet.

Wie die Figuren 1,2 und 4 zeigen, ist der von dem Austritt der zweiten Pumpstufe 20 ausgehende Kanal 70 mit der unteren Kammer 72 eines Kraftstoffventils 74 verbunden. Das Ventil 74 hat eine obere Kammer 76, die mit der unteren Kammer 72 über eine Öffnung 78 verbunden ist.

Wie Figuren 1 und 2 zeigen, ist die obere Kammer 76 des Kraftstoffventils 74 über einen Kanal 80 mit einer Kammer 82 (Fig. 2) eines Druckentlastungsventils 84 verbunden. Während aller Betriebszustände des Triebwerks mit Ausnahme des Leerlaufs hält der Kraftstoffdruck in der Kammer 82 das Entlastungsventil 84 geöffnet, so dass der durch den Kanal 80 fliessende Kraftstoff durch die Kammer 82 und den Kanal 86 (Fig. 1) strömt und zur Eintrittskammer 12 zurückgeführt wird. Die Arbeitsweise des Entlastungsventils wird im folgenden noch deutlicher beschrieben. Ein weiterer Kanal 88 verbindet die untere Kammer 72 des Kraftstoffventils 74 mit einer Kraftstoffaustrittskammer 90 (Fig. 2), die in dem Pumpengehäuse 10 ausgebildet ist. Die Kraftstoffaustrittskammer 90 ist dann über ein Mischventil 92 mit dem Kraftstoffaustritt 94 verbunden.

Wie Figuren 1 und 4 zeigen, enthält das Kraftstoffventil 74 einen Steuerstab 96, der in einer Bohrung 98 des Ventilgehäuses 100 verschiebbar angeordnet ist. Der Kraftstoffsteuerstab 96 hat einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 102, der mit der Öffnung 78 koaxial und nahe dieser angeordnet ist, so dass eine axiale Verlagerung die Öffnung 78 mehr oder weniger verschliesst, wie es in Figur 4 strichpunktiert dargestellt

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ist. Wenn der Kraftstoffsteuerstab 96 angehoben wird, so fliesst ein grösserer Anteil des Kraftstoffs von der zweiten Pumpstufe 20 über den Kanal 88 (Fig. 1) zur Austrittskammer 90 (Fig. 2). Wenn der Kraftstoffsteuerstab 96 nach unten verlagert wird und somit die Öffnung 78 freigibt, so wird ein grösserer Anteil des Kraftstoffs von dem Austritt der zweiten Pumpstufe 20 zur Eintrittskammer 12 über die Entlastungsventilkammer 82 zurückgeführt, als er zum Kraftstoffaustritt 94 durch die Kammer 90 (Fig. 2) geliefert wird.

Figur 4 lässt erkennen, dass die Position des Kraftstoffsteuerstabes 96 durch einen Aneroidkörper 104 gesteuert wird, der mit dem Stab 96 verbunden ist. Dieser Aneroidkörper 104 ist in einer Kammer 106 des Ventilgehäuses 100 angeordnet. Eine Öffnung 108 ist mit der Kammer 106 verbunden und steht weiter mit einer Druckquelle in Verbindung, die proportional der Triebwerksdrehzahl arbeitet. Eine solche Druckquelle kann beispielsweise ein Anschluss an den Druckaustritt eines Turboladers sein. Wenn der Druck in der Kammer 106 zunimmt, zieht sich der Aneroidkörper 104 zusammen, wodurch mehr Kraftstoff an den Kraftstoffaustritt 94 geliefert wird. Wenn der Druck in der Kammer 106 abnimmt, was auf eine niedrigere Triebwerksdrehzahl zurückzuführen ist, so dehnt sich der Aneroidkörper 104 aus, wodurch ein grösserer Anteil des Kraftstoffs zurück zur Eintrittskammer 112 geleitet wird. Eine Gewindeachse 110 mit Mutter 112 ermöglicht das Einstellen der Ruhestellung des Kraftstoffsteuerstabes 96 und somit des Betrages der Kraftstoffrückführung.

Das aus Figuren 2 und 5 zu erkennende Mischventil 92 ermöglicht ein manuelles Anreichern oder Abmagern des dem Triebwerk zugeführten Kraftstoffs. Das Mischventil 92 hat einen Ventilkörper 114, der an dem Pumpengehäuse 10 drehbar befestigt ist, so dass sein eines Ende 116 für den Piloten zugänglich ist. Eine Bohrung 118 ist am anderen Ende des Ventilkörpers 114 vorgesehen und steht mit der Austrittskammer 90 in Verbindung, während ein Schlitz 120 in dem Ventilkörper 114 auf die Bohrung 118 ausgerichtet ist und diese somit mit dem Kraftstoffaustritt 94 verbindet. Wie aus Figur 5 hervorgeht, führt eine Drehung des Ventilkörpers 114 wahlweise zum Zunehmen oder Abnehmen des Abschnitts, mit dem der Schlitz 120 auf den Kraftstoffaustritt 94 ausgerichtet ist, wodurch die Kraftstoffströmung von der Austrittskammer 90 zum Pumpenaustritt 94 einstellbar ist. Wie Figur 2 zeigt, ist an dem Ventilkörper 114 ein Anschlag 122 befestigt, der zusammen mit einem Anschlagstift 124 am Pumpengehäuse 10 den Grad der Drehung des Ventilkörpers 114 zwischen einer Anreicherungsstellung und einer Abmagerungsstellung begrenzt.

Wie Figur 2 zeigt, enthält das Entlastungsventil 84 eine 5 Membran 128, die an einem Ventilkörper 130 befestigt ist. Bei allen Betriebszuständen des Triebwerks, ausser Leerlauf, hält der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 82, der auf die Membran 128 einwirkt, den Ventilkörper 130 in seiner in Figur 2 gezeigten Öffnungsstellung. In dieser Stellung wird io praktisch der gesamte in die Ventilkammer 82 fliessende Kraftstoff zur Eintrittskammer 12 über den Kanal 86 (Fig. 1) zurückgeführt.

Im Leerlauf des Triebwerks reicht der Druck in der Entlastungsventilkammer 82 nicht aus, um den Ventilkörper 130 in i5 seiner Öffnungsstellung zu halten, so dass er aus seiner in Figur 2 gezeigten Stellung nach links bewegt wird. Dabei schliesst er den Kanal 86 (Fig. 1) und erzeugt einen Gegendruck in dem Kanal 80. Dieser Gegendruck befördert den Kraftstoff vom Austritt der zweiten Pumpstufe 20 durch den 20 Kanal 88 zum Kraftstoffaustritt 94 über die Austrittskammer 90 und das Mischventil 92. Eine Schraube 134 und eine Feder 136 ermöglichen ein Einstellen des Öffnungsdrucks des Entlastungsventils 84.

Beim Betrieb der Anordnung ist in relativ geringer Höhe 25 der Austrittsdruck der ersten Pumpstufe grösser als der Druck der Nebenstromventilanordnung 50, so dass diese öffnet und einen Teil des Kraftstoffs von der Zwischenkammer 40 zur Eintrittskammer 12 zurückleitet. Der restliche Kraftstoff läuft durch die zweite Pumpstufe 20 und das Mischventil 94, wel-30 ches abhängig von dem einzustellenden Betriebszustand einen variablen Kraftstoffanteil dem Triebwerk zuführt. Der Rest des Kraftstoffs, der durch das Mischventil 94 läuft, wird der Eintrittskammer 112 wieder zugeführt.

Wenn die Höhe zunimmt und beispielsweise über 6000 bis 35 6600 Meter liegt, so nimmt der Druck in der Zwischenkammer 40 durch hohen negativen Eintrittsdruck und Dampfbildung ab. Diese Druckabnahme in der Zwischenkammer 40 bewirkt, dass die Nebenstromventilanordnung 50 in ihre Schliessstellung bewegt wird, wodurch der Nebenstromka-40 nal 42 verengt oder auch geschlossen wird. Hierdurch wird ein grösserer Kraftstoffanteil von der ersten Pumpstufe 18 zur zweiten Pumpstufe 20 befördert, wodurch das Triebwerk auch bei grösserer Höhe von beispielsweise 6600 Meter ausreichend mit Kraftstoff versorgt wird, ohne dass eine elektri-45 sehe Hilfspumpe erforderlich wäre.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Kraftstoffpumpe, insbesondere für Luftfahrzeugtriebwerke, mit einem Pumpengehäuse mit Kraftstoffeintritt und Kraftstoffaustritt, gekennzeichnet durch eine an den Kraftstoffeintritt (14) angeschlossene Eintrittskammer (12), die in dem Pumpengehäuse (10) ausgebildet ist, durch eine erste Pumpstufe (18), die an ihrem Eintritt mit der Eintrittskammer (12) und an ihrem Austritt mit einer Zwischenkammer (40) verbunden ist, die in dem Pumpengehäuse (10) ausgebildet ist, durch eine zweite Pumpstufe (20), die mit ihrem Eintritt an die Zwischenkammer (40) angeschlossen und deren Austritt mit dem Kraftstoffaustritt (94) verbunden ist, und durch eine Begrenzungsanordnung (42, 50) zum Halten des Drucks in der Zwischenkammer (40) unter einem vorbestimmten Maximalwert.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsanordnung (42, 50) eine Strömungsverbindung (42) zwischen der Zwischenkammer (40) und der Eintrittskammer (12) aufweist, die dann wirksam wird, wenn der Druck in der Zwischenkammer (40) den vorbestimmten Wert überschreitet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsanordnung (42, 50) einen Nebenstromkanal (42) zwischen der Zwischenkammer (40) und der Eintrittskammer (12), einen eine Strömungsöffnung an der Mitte des Nebenstromkanals (42) bildenden Ventilsitz (48), ein zwischen einer Schliessstellung und einer Öffnungsstellung bewegliches Ventilelement (56) und eine druckempfindliche Anordnung (58) zur variablen Bewegung des Ventilelements (56) zwischen der Öffnungsstellung und der Schliessstellung umfasst.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Triebwerk, das eine die Drehzahl angebende Grösse liefert, gekennzeichnet durch eine mit dem Austritt der zweiten Pumpstufe (20) in Strömungsverbindung stehende und auf die die Drehzahl angebende Grösse ansprechende Anordnung (74) zur variablen Verbindung des Austritts der zweiten Pumpstufe (20) mit der Eintrittskammer (12).

5. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (74) zur variablen Verbindung einen Strömungskanal (70) zwischen dem Austritt der zweiten Pumpstufe (20) und der Eintrittskammer (12), eine in dem Strömungskanal (70) angeordnete Öffnung (78) und eine auf die genannte Grösse ansprechende Vorrichtung (96) zum variablen Verschliessen der Öffnung (78) umfasst.

6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Drehzahl angebende Grösse ein Druck ist und dass die die Öffnung (78) variabel verschliessende Vorrichtung (96) einen in der Öffnung (78) in axialer Richtung verschiebbaren Ventilkegel (102) hat, der mit einem mit dem Druck in Verbindung stehenden Aneroidkörper (104) verbunden ist.

7. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittskammer (12) zylindrisch ist, dass der Kraftstoff eintritt (14) tangential zur Eintrittskammer (12) angeordnet ist und dass ein Ende der Eintrittskammer (12) mit einer Anordnung (16) zum Absaugen von Dampf verbunden ist.

8. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch ein Druckentlastungsventil (84), dessen Ventilkammer (82) mit der Öffnung (78) und mit der Eintrittskammer (12) in Reihe geschaltet ist und das zwischen einer Öffnungsstellung, in der eine ihm zugeleitete Strömung zur Eintrittskammer (12) geleitet wird, und einer Schliessstellung, in der es eine Strömung aus seiner Ventilklammer (82) zur Eintrittskammer (12) unterbricht, bewegbar ist.

9. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass ein druckempfindlicher Aneroidkörper (58) mit dem Ventilelement (56) verbunden ist.

10. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pumpstufe (18, 20) eine Flügelverdrängungspumpe ist.

11. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstufen (18,20) koaxial angeordnet sind.