DE102010009878A1 - Fluid flow interruption device for fuel supply system for gas turbine, particularly aircraft gas turbine, comprises fluid passage which is formed in housing, where moving interruption element is locked in fluid passage in housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidstromunterbrechungsvorrichtung, welche ähnlich einem Absperrelement oder Ventil dazu dient, einen Fluidstrom, welcher durch eine Rohrleitung oder Ähnliches strömt, zu unterbrechen.The invention relates to a fluid flow interrupting device, which, like a shut-off element or valve, serves to interrupt a flow of fluid passing through a pipeline or the like.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Fluidstromunterbrechungsvorrichtung, welche bei Fluggasturbinen eingesetzt wird, um eine Schnellabschaltung eines Triebwerks zu ermöglichen.In particular, the invention relates to a fluid flow interruption device which is used in aircraft gas turbines to allow an emergency shutdown of an engine.
Bei Fluggasturbinen und ganz allgemein in der Flugzeugtriebwerkstechnik sind Sicherheitssysteme vorgesehen, um Triebwerke während spezieller Fehlerfälle schnell abschalten zu können. Dies betrifft beispielsweise Überdrehzahlzustände von rotierenden Teilen, beispielsweise Turbinenrotoren.In aircraft gas turbines and more generally in aircraft engine technology safety systems are provided to quickly shut down engines during special errors. This applies, for example, to overspeed conditions of rotating parts, such as turbine rotors.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mittels Überwachungs- und/oder Messsystemen Signale zu generieren, mittels derer ein Fluidstrom, beispielsweise die Kraftstoffzufuhr, unterbrochen werden kann. Die Unterbrechung geschieht beim Stand der Technik mittels Ventilen oder Absperrelementen.From the prior art it is known to generate signals by means of monitoring and / or measuring systems, by means of which a fluid flow, for example the fuel supply, can be interrupted. The interruption occurs in the prior art by means of valves or shut-off elements.
Die bekannten Konstruktionen derartiger Ventile arbeiten mechanisch oder elektromagnetisch, wobei beispielsweise federvorgespannte Kolbenelemente mittels Elektromagneten ausgelöst werden können.The known constructions of such valves operate mechanically or electromagnetically, for example, spring-biased piston elements can be triggered by means of electromagnets.
Die
Ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffabschaltventil ist aus der
Ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffabschaltventil mit Federkraftunterstützung zeigt die
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ermöglichen zwar verkürzte Auslösezeiten, diese sind jedoch nicht in allen Betriebsbedingungen und für alle Anwendungszwecke ausreichend kurz.Although the solutions known from the prior art allow for shorter tripping times, these are not sufficiently short in all operating conditions and for all applications.
Ein weiterer, wesentlicher Nachteil der bekannten Konstruktionen liegt darin, dass eine große Anzahl mechanischer Teile (Hebel, Federn oder Ähnliches) vorgesehen sind. Hierdurch erhöht sich das Fehlerrisiko ganz erheblich, da diese mechanischen Teile versagen oder verschleißen können.Another major disadvantage of the known constructions is that a large number of mechanical parts (levers, springs or the like) are provided. As a result, the risk of error increases considerably, since these mechanical parts can fail or wear out.
Weiterhin zeichnen sich die mechanischen Lösungen durch hohes Gewicht und großen Bauraum aus.Furthermore, the mechanical solutions are characterized by high weight and large space.
Ein wesentlicher Nachteil der vorbekannten Lösungen besteht zusätzlich darin, dass diese mechanischen Teile entweder überhaupt nicht oder nur sehr schwer überprüfbar sind. So ist es kaum oder nicht möglich, einen Funktionstest durchzuführen.A major disadvantage of the previously known solutions is additionally that these mechanical parts are either not at all or only very difficult verifiable. So it is hardly or not possible to perform a function test.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidstromunterbrechungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine schnelle Reaktionszeit aufweist und hinsichtlich ihrer Funktionsweise einfach überprüfbar ist.The invention has for its object to provide a fluid flow interrupting device of the type mentioned above, which has a quick reaction time with a simple structure and simple, cost manufacturability and is easily verifiable in terms of their operation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Fluidstromunterbrechungsvorrichtung ein Gehäuse umfasst, in welchem eine Fluidpassage ausgebildet ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse ein Unterbrechungselement angeordnet, bevorzugterweise in Form eines Kolbens. Das Unterbrechungselement ist von einer Freigabeposition in eine Verschlussposition bewegbar. In der Verschlussposition wird das Unterbrechungselement in die Fluidpassage eingebracht und schließt diese dicht ab.According to the invention it is thus provided that the fluid flow interruption device comprises a housing in which a fluid passage is formed. Furthermore, an interruption element is arranged in the housing, preferably in the form of a piston. The interruption member is movable from a release position to a closed position. In the closed position, the interruption element is introduced into the fluid passage and closes it tightly.
Zur Auslösung der erfindungsgemäßen Fluidstromunterbrechungsvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein elektrisch zündbarer, auf das Unterbrechungselement in Einwirkung bringbarer Druckgenerator angeordnet ist. Dieser Druckgenerator ist bevorzugterweise in Form einer elektrisch zündbaren pyrotechnischen Treibladung ausgebildet.To trigger the fluid flow interrupting device according to the invention, it is provided according to the invention that an electrically ignitable pressure generator, which can be brought into contact with the interruption element, is arranged in the housing. This pressure generator is preferably designed in the form of an electrically ignitable pyrotechnic propellant charge.
Erfindungsgemäß ist es somit mittels des Druckgenerators möglich, innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes einen Druck aufzubauen, welcher das Unterbrechungselement (den Kolben) aus der Freigabeposition in die Verschlussposition bringt. Durch den explosionsartigen Druckaufbau ist dabei eine extrem kurze Reaktionszeit zu erzielen, welche sich durch mechanische oder elektromechanische Vorrichtungen in keiner Weise realisieren lässt.According to the invention it is thus possible by means of the pressure generator to build up a pressure within a very short period of time, which brings the interruption element (the piston) from the release position into the closed position. Due to the explosive pressure build-up is here To achieve an extremely short reaction time, which can be realized by mechanical or electromechanical devices in any way.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit beispielsweise, durch die kurze Systemauslösezeit zu gewährleisten, dass bei Überdrehzahlen von Rotoren von Fluggasturbinen keine Beschädigung der Fluggasturbine möglich ist. Insbesondere bei Rotorscheiben besteht in Fluggasturbinen die Gefahr, dass diese, beispielsweise bei einem Wellenbruch, extrem schnell auf eine hohe Drehzahl beschleunigt werden. Dabei besteht die Gefahr, dass die Rotorscheiben zerplatzen. Insbesondere im Hinblick auf gewichtsoptimierte Rotoren, welche trotz ständig steigender Antriebsleistung einer Gasturbine immer leichter werden und deshalb ein geringes Massenträgheitsmoment aufweisen, ist die erfindungsgemäße Fluidstromunterbrechungsvorrichtung mit besonderem Vorteil einsetzbar.The device according to the invention thus makes it possible, for example, to ensure by the short system release time that no damage to the aircraft gas turbine is possible at overspeed rotors of aircraft gas turbines. In the case of rotor disks, there is the danger in aircraft gas turbines that they are accelerated extremely rapidly to a high rotational speed, for example in the case of a shaft break. There is a risk that the rotor disks burst. Especially with regard to weight-optimized rotors, which are always easier despite constantly increasing drive power of a gas turbine and therefore have a low mass moment of inertia, the fluid flow interrupting device according to the invention can be used with particular advantage.
Die erfindungsgemäße Fluidstromunterbrechungsvorrichtung weist noch einen erheblichen, zusätzlichen Vorteil auf. Durch die Verwendung eines elektrisch zündbaren Druckgenerators ist die Zahl der mechanischen Teile auf ein Minimum reduziert. Das einzige mechanisch zu bewegende Teil ist das Unterbrechungselement selbst. Somit sinkt die Fehleranfälligkeit, da die Teilezahl erheblich reduziert ist. Dies führt nicht nur zu geringerem Gewicht und geringerer Baugröße, sondern auch zu der im Stand der Technik nicht gegebenen Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung elektronisch zu überprüfen. Diese Überprüfung kann während des Betriebs oder während jeder Inbetriebnahme des Systems stattfinden. Erfindungsgemäß ist es lediglich erforderlich, die elektrischen Zuleitungen zu dem elektrisch zündbaren Druckgenerator sowie den Druckgenerator selbst zu überprüfen. Dies ist mit einfachen Maßnahmen möglich.The fluid flow interruption device according to the invention still has a considerable, additional advantage. By using an electrically ignitable pressure generator, the number of mechanical parts is reduced to a minimum. The only part to be moved mechanically is the interruption element itself. Thus, the susceptibility to errors decreases because the number of parts is considerably reduced. This leads not only to lower weight and smaller size, but also to the possibility not given in the prior art to electronically check the device according to the invention. This check may take place during operation or during each start-up of the system. According to the invention, it is only necessary to check the electrical supply lines to the electrically ignitable pressure generator and the pressure generator itself. This is possible with simple measures.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Unterbrechungselement zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass in dem Gehäuse angeordnet ist. Hierbei ist es konstruktiv besonders einfach möglich, einen fluiddichten Verschluss oder ein fluiddichte Unterbrechung der Fluidpassage zu gewährleisten.In a particularly favorable embodiment of the invention it is provided that the interruption element between a fluid inlet and a fluid outlet is arranged in the housing. Here, it is structurally particularly easy to ensure a fluid-tight closure or a fluid-tight interruption of the fluid passage.
Zur Betätigung des Unterbrechungselements ist es besonders günstig, wenn in dem Gehäuse zwischen dem Unterbrechungselement und dem Druckgenerator eine Druckkammer ausgebildet ist. Durch geeignete Dimensionierung der Druckkammer kann ein ausreichender Druck zur Bewegung des Unterbrechungselements aufgebracht werden. Weiterhin kann der Druck in der Druckkammer über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden, so dass sichergestellt ist, dass das Unterbrechungselement sicher in der Verschlussposition verbleibt. Hierzu kann zusätzlich eine mechanische Sicherung vorgesehen sein, die eine Rückbewegung des Unterbrechungselements, beispielsweise durch auftretende Schwingungen oder Ähnliches, verhindert. Eine derartige mechanische Lösung kann beispielsweise in Form einer Klinke, einer Rastnase oder Ähnlichem ausgebildet sein.To actuate the interruption element, it is particularly advantageous if in the housing between the interruption element and the pressure generator, a pressure chamber is formed. By suitable dimensioning of the pressure chamber, a sufficient pressure for movement of the interruption element can be applied. Furthermore, the pressure in the pressure chamber can be maintained for a longer period, so that it is ensured that the interruption element remains securely in the closed position. For this purpose, a mechanical fuse may additionally be provided which prevents a return movement of the interruption element, for example due to vibrations occurring or the like. Such a mechanical solution can be designed, for example, in the form of a pawl, a detent nose or the like.
In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein Entlastungsauslass vorgesehen ist, durch welchen ein Fluiddruck in dem Fluidauslass abgebaut wird, wenn sich das Unterbrechungselement in der Verschlussposition befindet. Hierdurch wird verhindert, dass das in dem Fluidauslass und in einer nachfolgenden Leitung befindliche Fluid weiter unter Druck steht und nachströmt, wenn das Unterbrechungselement in die Verschlussposition gebracht wurde. Bevorzugterweise weist das Unterbrechungselement einen Druckentlastungsdurchlass auf, welcher den Fluidauslass mit dem Entlastungsauslass verbindet. In der Verschlussposition wird somit während der extrem kurzen Reaktionszeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Bewegen des Unterbrechungselements von der Freigabeposition in die Verschlussposition zugleich das Fluid druckentlastet. Hierdurch wird beispielsweise bei Gasturbinentriebwerken die zur Brennkammer führende Kraftstoffleitung entspannt. Es kann kein Nachtropfen des Kraftstoffs in die Brennkammer erfolgen, so dass der Abschaltvorgang des gesamten Triebwerks weiter beschleunigt wird. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Sicherheit des gesamten Systems.In a particularly favorable development of the invention it is provided that in the housing a relief outlet is provided, through which a fluid pressure in the fluid outlet is reduced, when the interruption element is in the closed position. This prevents the fluid in the fluid outlet and in a subsequent line from being further pressurized and flowing after the interruption element has been brought into the closed position. Preferably, the interruption member has a pressure relief passage connecting the fluid outlet to the relief outlet. Thus, during the extremely short reaction time of the device according to the invention, the fluid is relieved of pressure during the movement of the interruption element from the release position into the closure position in the closure position. As a result, for example, in gas turbine engines, the leading to the combustion chamber fuel line is relaxed. There can be no dripping of the fuel into the combustion chamber, so that the shutdown of the entire engine is further accelerated. This leads to a considerable increase in the security of the entire system.
Erfindungsgemäß ergeben sich somit folgende Vorteile:
- – sehr schnelle Betätigung
- – keine mechanischen Teile zur Kolbenbetätigung nötig
- – Entspannung des Druckes in der kraftstoffführenden Leitung
- – geringes Bauvolumen
- – geringes Gewicht
- – Zündkreis elektronisch überprüfbar, monitorbar
- – sehr gute Kombinierbarkeit mit elektronischen Wellenbruch-Detektionssystemen
- - very fast operation
- - No mechanical parts needed for piston actuation
- - Relaxation of the pressure in the fuel-carrying line
- - low construction volume
- - low weight
- - Ignition circuit electronically verifiable, monitorable
- - Very good compatibility with electronic wave breakage detection systems
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of an embodiment in conjunction with the drawing. Showing:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Gehäuse
Weiterhin ist in dem Gehäuse
Weiterhin ist in dem Gehäuse ein Entlastungsauslass
An der der Fluidpassage
In dem Gehäuse
Es ergibt sich somit, dass lediglich ein mechanisch zu betätigendes Element vorgesehen ist, nämlich das kolbenartige Unterbrechungselement
Die
Nach Zündung der Treibladung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Fluidpassagefluid passage
- 33
- Unterbrechungselement/KolbenInterruption element / plunger
- 44
- Druckgenerator/GasgeneratorPressure generator / inflator
- 55
- Fluideinlassfluid inlet
- 66
- Fluidauslassfluid outlet
- 77
- Druckkammerpressure chamber
- 88th
- DruckentlastungsdurchlassPressure relief passage
- 99
- Entlastungsauslassrelief outlet
- 1010
- Treibladungpropellant
- 1111
- elektrische Leitungelectrical line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 1891361 B1 [0007] EP 1891361 B1 [0007]
- DE 10357423 A1 [0008] DE 10357423 A1 [0008]
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