Oblast techniky

Vynález se týká regulátoru palivových trysek s obtokem, který zajišťuje uzavírání obtoku při zvyšování vstupního tlaku a slouží k vyrovnávání tlakové diference u paliva v přívodním a odpouštěcím vedení.

Dosavadní stav techniky

Palivové trysky s obtokem se používají mimo jiné pro tvorbu směsi v tepelných zařízeních jako jsou hořáky a turbínové motory. Konstrukčním uspořádáním patří do skupiny trysek s vírovou komůrkou a centrálním vstřikovacím otvorem, u nichž se část paliva odpouští otvory, mezikružím apod. v zadní stěně vírové komůrky a vrací se zpět do sání čerpadla nebo nádrže.

Obtoková tryska může být provozována při konstantním průtoku nebo tlaku na vstupu a regulace vstřikovaného množství se provádí škrcením obtoku nebo při proměnném vstupním tlaku škrcením odpouštěné větve regulátorem v závislosti na tlaku paliva v odpouštěcí větvi.

Problémy při provozování obtokové trysky spočívají v tom, že je:

- velká změna úhlu vstřiku při změně vstřikovaného množství

- nutnost vyššího průtoku paliva při startování

- velké změny celkového průtoku - nárůst - pokles - nárůst při uzavírání obtoku, což vyvolává nestability v regulaci

- regulace je závislá na tlaku ve spalovacím prostoru.

Tyto problémy jsou do určité míry řešeny opatřeními známými ze stavu techniky.

Ve spise GB 921 934 je představeno provedení, kdy je mezi přívodní potrubí vedoucí palivo k obtokovým tryskám a odvodní potrubí, kterým se vrací palivo od obtokových trysek, umístěna vyrovnávací ventilová komora. K této vyrovnávací komoře vede přívodní vedení, které odbočuje z hlavního přívodního vedení hned za čerpadlem a proud pálívaje tedy směrem od čerpadla přes ventilovou komoru do potrubí, které pak ústí do potrubí, kterým se vrací palivo do obtokových trysek. Ve válcovém plášti této komory má uvnitř blízko výstupu z komory uspořádaný zúžený průchod, kterým je provlečena hřídel ventilu a jeho hlava je nad zúžením průchodu. Hlava je pod vlivem předpětí od tlačné pružiny, která odtlačuje hřídel ventilu tak, aby hlava ventilu dosedala do zúženého průchodu a tím bránila toku paliva. Teprve při větším tlaku paliva, než je tlak pružiny, je tato překonána, ventil se posune po proudu paliva a tím se průchod otevře a palivo může protékat. Jakmile tlak poklesne, ventilová hlava opět průchod uzavře. Takto se vyrovnávají tlaky mezi přívodní větví, kudy jde palivo k tryskám a odvodní větví. Tento způsob regulace však pracuje na principu jednosměrného ventilu a řeší přetlak ve výstupní větvi pouhým přepouštěním paliva do odpouštěcí větve, aniž by ovlivňoval palivový režim na odpouštěcí větvi.

Ve spise GB 930 692 je představen regulátor umístěný mezi přívodní potrubí vedoucí palivo k obtokovým tryskám a odvodní potrubí, kterým se vrací palivo od obtokových trysek. K tomuto regulátoru také vede přívodní vedení, které odbočuje z hlavního přívodního vedení hned za čerpadlem. Nicméně proud paliva z odbočky do regulátoru je ukončen u omezovače, který má tvar servo-pístu aje posuvně uspořádán v servo-válci regulátoru, přičemž odtlačením pružně předpjaté hlavy pístu vznikne prostor pro natečení paliva v případě, že má takový tlak, že je překonáno předpružení hlavy pístu. V té chvíli pak další pohyblivý člen přeruší proud v potrubí, kterým se vrací palivo do obtokových trysek. Toto řešení představuje komplexnější regulaci palivového režimu na odpouštěcí větvi, ale pouze je nadhozen princip bez popisu přesnějšího provedení dílců

-1 CZ 304401 B6 servo-píst/servo-válec a tedy vzájemného uspořádání regulačních prvků a jejich součinnost v rámci přívodního a odpouštěcího vedení.

Cílem vynálezu je představit regulátor palivových trysek s obtokem, který by umožnil vyrovnávat tlakové diference u paliva v přívodním a odpouštěcím vedení, a to při zajištění lineárního nárůstu vstřikovaného množství s narůstajícím vstupním tlakem.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry regulátor palivových trysek s obtokem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z hlavního odtlačného prvku, tělesa vstupního tlaku a tělesa výstupního tlaku, přičemž tělesa jsou spolu pevně spojeny šrouby, přičemž těleso vstupního tlaku je opatřeno středovým výklenkem s vyrovnávacím prostorem a těleso výstupního tlaku je uzavřeno krycím tělesem, s kterým je spojeno šrouby, přičemž do krycího tělesa je zašroubováno vedení jehly pístu a pružiny, přičemž pružina se opírá o dosedací výstupek a o hlavu pístu, přičemž těleso vstupního tlaku je opatřeno přívodní tryskou, pro přívod paliva do vyrovnávacího prostoru ve středovém výklenku z vnější strany membrány, přičemž jehla je opatřena vybráním, které má drážku a náběhovou část, orientovanou k hlavě pístu pro zajištění plynulého přechodu z plně otevřeného obtoku do plně uzavřeného obtoku.

Ve výhodném provedení je mezi zpětným vedením paliva a pístem uspořádán filtr pro zachycení případných nečistot před vstupem do vybrání jehly.

V jiném výhodném provedení je hlavní odtlačný prvek proveden jako pryžová membrána, jejíž okraj je pevně sevřen v kruhovém vybrání v tělese výstupního tlaku.

V dalším výhodném provedení je hlavní odtlačný prvek proveden jako pístová hlava uspořádaná na pístové přírubě, v klidové poloze dosedá na vnitřní plochu tělesa vstupního tlaku a mezi tělesy vstupního a výstupního tlaku je uspořádáno těsnění.

V jiném výhodném provedení je zdvih pístu větší než je délka vybrání jehly.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále představen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje principiální schéma okruhu vedení paliva u obtokových trysek včetně řezu regulátorem palivových trysek s obtokem podle vynálezu, a to v otevřeném stavu regulátoru, obr. 2 představuje řez regulátorem v uzavřeném stavu průtoku paliva a obr. 3 představuje další provedení regulátoru.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je vidět, že regulátor tlakové diference u paliva v přívodním a odpouštěcím vedení trysky 14 s obtokem sestává z pryžové membrány i, tělesa 2 vstupního tlaku a tělesa 3 výstupního tlaku. Tělesa 2 a 3 jsou spolu pevně spojena šrouby 16, které jednak obě tělesa 2 a 3 vzájemně spojují a jednak svírají okraj membrány I, který je uložen v kruhovém vybrání 17 v tělese 3 výstupního tlaku. Těleso 2 vstupního tlaku je opatřeno středovým výklenkem 18, s vyrovnávacím prostorem 13, o jehož funkci bude pojednáno později.

Těleso 3 výstupního tlaku je potom uzavřeno krycím tělesem 19, s kterým je spojeno šrouby 20. Do krycího tělesa 19 je zašroubováno vedení 6 jehly 5 pístu 4 a pružiny 7. Pružina 7 se opírá o dosedací výstupek 21 a o hlavu 22 pístu 4.

-2CZ 304401 B6

Těleso 2 vstupního tlaku je opatřeno přívodní tryskou 8, která přivádí palivo do prostoru 13 ve středovém výklenku 18 z vnější strany membrány J_. Přivádění paliva tryskou 8 do prostoru 13 zajišťuje tlumení regulátoru. Jehla 5 je opatřena vybráním 25, které má drážku 23 a náběhovou část 9, která zajišťuje plynulý přechod z plně otevřeného obtoku do plně zavřeného obtoku. Filtr 10 zachycuje případné nečistoty před vstupem do vybrání jehly 5. Na obr. 1 je situace, kdy je prostor 13 prázdný, pružina 7 natlačuje přes hlavu 22 pístu 4 membránu i na vnitřní plochu kruhového vybrání 17 a přes náběhovou část 9 může dále drážkou 23 proudit palivo do vratného vedení 24.

Na obr. 2 je zase situace, kdy je tryskou 8 přiváděno palivo do středového výstupku 18, respektive vyrovnávacího prostoru 13 a tlak paliva překonává odpor pružiny 7 a odtlačuje membránu 1, respektive hlavu 22 pístu až na konec vedení 6. Při tomto pohybu zajede jehla 5 do vedení a s ní i drážka 23 s náběhovou částí 9. Pak už palivo do vratného vedení 24 neproudí a proud paliva zpět k čerpadlu lije přerušen.

Vybrání jehly určuje množství odpouštěného paliva v režimu zapálení, kdy je zdvih pístu nulový. Zvyšováním vstupního tlaku dochází k nárůstu tlakového rozdílu mezi vstupem a obtokem z trysek. Při dosažení zvolené tlakové diference na membráně I dané předpětím pružiny 7 dojde k posunu pístu a jehly 5.

Regulátor pracuje následovně:

Palivo jde od čerpadla JT a v odbočce 27 vstupuje do regulátoru. Větší část paliva odchází do trysky 14 s obtokem a menší část paliva jde do trysky 8 a zaplňuje vyrovnávací prostor 13 ve středovém výklenku 18 pod membránou 1. Když je tlak paliva ve vyrovnávacím prostoru 13 vyšší než předpětí membrány i, respektive pružiny 7, která tlačí na píst 22, co tlačí na membránu i, tato se vydouvá dovnitř a tlačí před sebou píst s jehlou 5 a uzavírá tak průtok paliva přes vybrání 25. Až tlak ve vyrovnávacím prostoru 13 poklesne, tlačná pružina 2 odtlačí píst 22a s ním i membránu i a vybrání 25 je průchozí pro tok paliva.

Na obr. 3 je zobrazeno jiné možné provedení, kdy je membrána nahrazena pístovou hlavou 26, umístěnou na jehle 5. Pístová hlava 26 je tedy alternativním provedením hlavního odtlačného prvku. Těleso 2 vstupního tlaku je opět opatřeno středovým výklenkem 18, s vyrovnávacím prostorem 13.

Pružina 7 se opírá o dosedací výstupek 21 a o pístovou přírubu 29, na které je upevněna pístová hlava 26.

Na obr. 3 je situace, kdy je prostor 13 prázdný, pružina 7 natlačuje přes pístovou přírubu 29 pístovou hlavu 26 na vnitřní plochu tělesa 2 vstupního tlaku. Mezi tělesy 2 a 3 je uspořádáno těsnění 28.

Když je tryskou 8 přiváděno palivo do středového výstupku 18, respektive vyrovnávacího prostoru 13, tlak paliva překonává odpor pružiny 7 a odtlačuje pístovou hlavu 26 až na konec vedení 6. Při tomto pohybu zajede jehla 5 do vedení 6 a s ní i drážka 23 s náběhovou částí 9. Pak už palivo do vratného vedení 24 neproudí a proud paliva zpět k čerpadlu JT je přerušen.

Předpětí a charakteristika pružiny 7 definuje tlakový spád, při kterém začíná a končí škrcení průtoku obtokového paliva. Díky tomu je regulován a udržován konstantní spád mezi tlakem na vstupu a obtoku palivových trysek 14, což má za následek i konstantní průtok na vstupu do trysek 14. Při dalším zvyšování vstupního tlaku dojde k úplnému uzavření obtoku a začne vzrůstat i celkový průtok přes trysky 14 a trysky se chovají jako jednootvorové. Pomocí regulátoru tlakové diference lze realizovat jednoduchý palivový systém turbínového motoru, který sestává z čerpadla JT paliva a elektropohonem 12, jedné nebo více obtokových trysek 14 a jednosměrného ventilu 15.

-3CZ 304401 B6

Jednosměrný ventil umožňuje průtok paliva z obtoku trysek do sání čerpadla 11 a jeho otevírací tlak definuje i maximální sací schopnost čerpadla 1J_ paliva.

Regulátor tlakové diference příznivě změní charakteristiky trysek:

- nárůst vstřikovaného množství je téměř lineární se vstupním tlakem

- celkové množství na vstupu do trysek má pouze narůstající tendenci, což je podmínka pro stabilní regulaci

- úhel vstřiku se mění minimálně a lze jej měnit volbou hodnoty tlakového spádu konkrétní trysky

- otáčky čerpadla paliva mají trvale vzrůstající tendenci s vyšším vstřikovaným množstvím

- regulátor tlakové diference nahrazuje regulátory průtoku nebo tlaku a umožňuje pouhou změnou otáček nebo příkonu čerpadla paliva dávkovat vstřikované množství paliva ve velkém rozsahu

- charakteristiky trysek nejsou závislé na protitlaku ve spalovací komoře

- trysky lze jednoduše párovat pro paralelní spolupráci podle tlakového spádu mezi vstupem a obtokem, funkce regulátoru tlakové diference je nezávislá na počtu trysek

Regulátor palivových trysek s obtokem podle vynálezu umožňuje měnit v širokém rozmezí množství vstřikovaného paliva pouze změnou otáček čerpadla nebo příkonu čerpadla paliva nezávisle na protitlaku ve spalovací komoře.

U regulátoru palivových tiysek s obtokem otáčky a příkon čerpadla paliva s nárůstem vstřikovaného množství paliva rovněž narůstají, což je příznivé pro systém regulace.

U regulátoru palivových trysek s obtokem je vstřikované množství závislé jen na množství paliva na vstupu do trysky a není ovlivněno tlakem v prostoru, kam je palivo vstřikováno.

U regulátoru palivových trysek s obtokem jeho funkce není závislý na počtu paralelně připojených trysek.

Regulátor palivových trysek s obtokem umožňuje realizovat velmi jednoduchý nízkotlaký palivový systém turbínového motoru sestávající z čerpadla paliva, palivových trysek, regulaci tlakové diference jednosměrného ventilu umožňující při změně tlaku paliva od 2 do 16 baru měnit vstřikované množství v poměru 1:8.