DE102022211312A1

DE102022211312A1 - Ventilbaugruppe, Kraftstoffsystem und Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe

Info

Publication number: DE102022211312A1
Application number: DE102022211312.8A
Authority: DE
Inventors: Gregor Christoffer Gebel
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe (1) zur Umschaltung des Strömungsweges eines Kraftstoffstromes innerhalb eines Kraftstoffsystems, mit- einem Gehäuse (15) und einem in dem Gehäuse (15) angeordneten, entlang einer Längsachse (L) ausgerichteten Ventilraum (16) mit einem Plenum (17) zur Durchströmung mit dem Kraftstoffstrom,- einer in das Plenum (17) mündenden Kraftstoffzuleitung (10) zur Zuleitung von Kraftstoff in das Plenum (17) sowie zumindest einem ersten Auslass (12) und einem zweiten Auslass (14), zur Ableitung von Kraftstoff aus dem Plenum (17), und- einer Verstellanordnung (20) mit einem Antriebsmittel (30) zur Erzeugung einer Antriebskraft, welche in dem Ventilraum (16) zwischen zumindest zwei Arbeitsstellungen (A, B) verstellbar angeordnet ist, wobei in der ersten Arbeitsstellung (A) der Strömungsweg durch den ersten Auslass (12) und in der zweiten Arbeitsstellung (B) der Strömungsweg durch den zweiten Auslass (14) führt. Vorteilhafterweise ist die Verstellanordnung (20) derart ausgebildet, dass die unterschiedlichen Arbeitsstellungen (A, B) für alternative, unterschiedliche Kraftstofftypen, mit zumindest um einen Faktor 10 unterschiedlicher Dichte, einstellbar oder eingestellt sind, wobei eine Stellkraft zur Positionierung der Verstellanordnung (20) in die erste Arbeitsstellung (A) und/oder in die zweite Arbeitsstellung (B) in Zusammenwirken der Antriebskraft mit einer Druckdifferenz resultiert, wobei der Kraftstoffstrom zumindest eines der Kraftstofftypen die Druckdifferenz bei Durchströmung der Ventilbaugruppe (1) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe zur Umschaltung des Strömungsweges eines Kraftstoffstromes innerhalb eines Kraftstoffsystems, insbesondere zur Kraftstoffversorgung einer Gasturbinenanordnung, z. B. eines Flugzeugtriebwerks, mit

- einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten, entlang einer Längsachse ausgerichteten Ventilraum mit einem Plenum zur Durchströmung mit dem Kraftstoffstrom,
- einer in das Plenum mündenden Kraftstoffzuleitung zur Zuleitung von Kraftstoff in das Plenum sowie zumindest einem ersten Auslass und einem zweiten Auslass, zur Ableitung von Kraftstoff aus dem Plenum, und
- einer Verstellanordnung mit einem Antriebsmittel zur Erzeugung einer Antriebskraft, welche in dem Ventilraum zwischen zumindest zwei Arbeitsstellungen verstellbar angeordnet ist, wobei in der ersten Arbeitsstellung der Strömungsweg durch den ersten Auslass und in der zweiten Arbeitsstellung der Strömungsweg durch den zweiten Auslass führt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffsystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe.
Derartige Ventilbaugruppen sind als Wegeventile zur Änderung der Durchflussrichtung eines Arbeitsmediums bekannt.
In der US 2009/0223226 A1 ist ein 3-Wegeventil mit zwei Einlässen und einem Auslass in einem Brennstoffsystem einer Brennkammer angegeben. Das Brennstoffsystem ist zur Zugabe zweier unterschiedlicher gasförmiger Brennstoffe, mit unterschiedlichen Heizwerten, in die Brennkammer ausgebildet. Mittels des 3-Wegeventils ist wahlweise einer der beiden Brennstoffe aus einem jeweiligen separaten Brennstoffsystem in ein an die Brennkammer führendes Brennstoffsystem einspeisbar.
Die US 6,079,198 A zeigt ein Kraftstoff-Verteilerventil zur gleichmäßigen Verteilung von Mengenströmen an mehrere, durch das Ventil gespeiste Brenner. Innerhalb des Verteilerventils sind federbasierte Steuerventile vorhanden, mittels welchen Änderungen im Systemdruck unter Erhalt gleichmäßiger Durchflussraten kompensiert werden. Dabei liegt an den federbasierten Steuerventilen einerseits jeweils der Versorgungsdruck des Verteilerventils an, andererseits der Vordruck des jeweiligen Brenners. Bei einer Änderung der Druckdifferenz wird eine Strömungsöffnung an dem jeweiligen Steuerventil verstellt, um trotz der Änderung einheitliche Mengenströme zu gewährleisten.
In der US 2011/0101166 A1 ist eine Steuerungseinrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Massenstrom-Verhältnisse zweier verschiedener Kraftstoffe je nach Betriebsphase eines Fahrzeugs, z. B. eines Flugzeugs, angegeben. Die Massenstrom-Verhältnisse werden mittels Einspritzpumpen während des Betriebs entsprechend eingestellt.
Die US 2012/0042657 A1 offenbart eine Einheit zur Mengenstromregulierung eines Brennstoffstromes für eine Gasturbinenanordnung mit zwei Ventilbaugruppen.
Die US 2015/0354823 A1 zeigt ein Kraftstoffsystem zur Kraftstoffversorgung einer Gasturbinenbrennkammer, die simultan mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben wird. Die Brennstoffe werden stromauf der Brennkammer mittels eines Mischers zusammengeführt.
Bei sogenannten „Dual-Fuel“-Antriebssystemen eines Flugzeugs kann die Brennkammer und damit das Triebwerk sowohl mit einem flüssigen Kraftstoff, beispielsweise Kerosin, SAF (Sustainable Aviation Fuel) oder vergleichbar, als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff, beispielsweise Wasserstoff oder vergleichbar, betrieben werden. Der Betrieb kann alternativ, ausschließlich mit dem flüssigen oder mit dem gasförmigen Kraftstoff erfolgen. In einer gewichtsoptimierten Ausbildung können Komponenten des Kraftstoffsystems, wie etwa eine Kraftstoff-Verteilerleitung, mit beiden Kraftstoffen genutzt werden. In der Regel sind jedoch stromab der Verteilerleitung für die unterschiedlichen Kraftstofftypen unterschiedliche Strömungswege vorgesehen, z. B. zur Versorgung unterschiedlicher, kraftstoffspezifischer Injektoranordnungen oder kraftstoffspezifischer Düsen innerhalb einer Injektoranordnung oder kraftstoffspezifischer Einspritzöffnungen innerhalb einer Düsenbaugruppe. Zwischen den Strömungswegen ist je nach Kraftstofftyp umzuschalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige und bedienfreundliche Ventilbaugruppe zur Umschaltung zwischen Strömungswegen unterschiedlicher Kraftstofftypen bereitzustellen, sowie ein entsprechendes Kraftstoffsystem und Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe.
Die Aufgabe wird für die Ventilbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Für das Kraftstoffsystem wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Ventilbaugruppe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstellanordnung derart ausgebildet ist, dass die unterschiedlichen Arbeitsstellungen für alternative, unterschiedliche Kraftstofftypen, mit zumindest um einen Faktor 10, insbesondere zumindest um einem Faktor 100 bis z. B. 50000 (auch abhängig vom Lastfall), unterschiedlicher Dichte, einstellbar oder eingestellt sind, wobei eine Stellkraft zur Positionierung der Verstellanordnung in die erste Arbeitsstellung und/oder in die zweite Arbeitsstellung in Zusammenwirken der Antriebskraft mit einer Druckdifferenz resultiert, wobei der Kraftstoffstrom zumindest eines der Kraftstofftypen die Druckdifferenz bei Durchströmung der Ventilbaugruppe erzeugt.
„Alternativ“ bedeutet, dass die Durchströmung der Ventilbaugruppe entweder mit dem einen oder mit dem anderen Kraftstofftyp erfolgt. Ein Mischbetrieb mit simultaner Durchströmung mit beiden Kraftstofftypen ist nicht vorgesehen.
Bei den unterschiedlichen Kraftstofftypen handelt es sich insbesondere um zumindest einen flüssigen Kraftstoff (insbesondere Kerosin oder kerosinverwandt) als ersten Kraftstofftyp, mit hoher Dichte, und zumindest einen gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Wasserstoff, Methan oder zumindest eines dieser Gase oder ein anderes Gas aufweisend) als zweiten Kraftstofftyp, mit geringerer Dichte.
Das Antriebsmittel erzeugt insbesondere eine mechanische Antriebskraft.
Der Strömungsquerschnitt der Kraftstoffzuleitung ist vorzugsweise auf den Kraftstoff mit geringerer Dichte, den zweiten Kraftstofftyp, ausgelegt, da hier größere Volumenströme auftreten. Dabei ist der Strömungsquerschnitt derart, dass sich mit dem zweiten Kraftstofftyp vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Kraftstoffzuleitung, z. B. zwischen etwa 10 m/s und 100 m/s, ergeben. Die Auslässe können aufgrund ihrer Kraftstoffspezifität unterschiedliche Strömungsdurchmesser aufweisen.
So wird zumindest eine der Arbeitsstellungen mittels einer aus der Druckdifferenz resultierenden Kraft eingestellt. Die Einstellung der Arbeitsstellungen erfolgt somit vorteilhafterweise automatisch aufgrund von Kräfteverhältnissen mechanischer Kräfte, die sich für jeden der Kraftstofftypen unterschiedlich einstellen. Eine elektrische Kraft wie beispielsweise bei einem Magnetventil ist nicht erforderlich. Auf diese Weise wird eine einfach bedienbare, sichere und zuverlässige Ventilbaugruppe bereitgestellt.
Vorzugsweise ist die Verstellanordnung mit einem ersten Kraftstofftyp, mit höherer Dichte, in der ersten Arbeitsstellung derart positionierbar oder positioniert, dass der erste Auslass freigegeben und der zweite Auslass mittels der Verstellanordnung fluiddicht verschlossen ist. Bei der ersten Arbeitsstellung handelt es sich beispielhaft um eine Nullstellung, die bei geringer oder (praktisch) nicht vorhandener Druckdifferenz, also auch außerhalb des Betriebs, eingenommen wird. Dabei ist z. B. in dem Ventilraum ein erster Anschlag vorhanden, gegen den die Verstellanordnung, insbesondere mit einer Kolbenanordnung, mittels der Antriebskraft gedrückt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Verstellanordnung mit einem zweiten Kraftstofftyp, mit geringerer Dichte (als der erste Kraftstofftyp), in der zweiten Arbeitsstellung mittels der Stellkraft derart positionierbar oder positioniert, dass der zweite Auslass freigegeben und der erste Auslass fluiddicht verschlossen ist. Die Stellkraft resultiert vorzugsweise aus einem Zusammenwirken der Kraft aus der Druckdifferenz und der entgegenwirkenden Antriebskraft, wobei die Kraft aus der Druckdifferenz die Antriebskraft, z. B. je nach Lastfall um ein Vielfaches, überwiegt oder (in der zweiten Arbeitsstellung) der Antriebskraft entspricht. Vorteilhafterweise kann in dem Ventilraum ein rückseitiger, zweiter Anschlag vorhanden sein, gegen den die Verstellanordnung, insbesondere mit einer Kolbenanordnung, mittels der Stellkraft gedrückt wird.
Vorzugsweise ist die Ventilbaugruppe derart ausgebildet, dass die Druckdifferenz aus der Differenz zwischen einem einerseits auf die Verstellanordnung wirkenden, über die Kraftstoffzuleitung anliegenden Totaldruck (auch Gesamtdruck oder Staudruck genannt) des Kraftstoffstroms und einem andererseits auf die Verstellanordnung wirkenden, in der Kraftstoffzuleitung vorliegenden statischen Druck des Kraftstoffstroms erzeugbar oder erzeugt ist. Der Totaldruck setzt sich zusammen aus einem dynamischen Druckanteil des strömenden Kraftstoffes und einem statischen Druckanteil (hier: statischer Druck), d. h. die Druckdifferenz entspricht dem dynamischen Druckanteil. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes, desto höher wird der dynamische Druckanteil. Bei den sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten des flüssigen Kraftstoffes (erster Kraftstofftyp) ist der dynamische Druckanteil vernachlässigbar, sodass der Totaldruck quasi dem statischen Druck entspricht und die Druckdifferenz nicht vorhanden ist. Bei den vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Kraftstoffes (zweiter Kraftstofftyp) in der Kraftstoffzuleitung ergibt sich eine vergleichsweise hohe Druckdifferenz. Somit nutzt die Ventilbaugruppe vorteilhaft den vergleichsweise großen Unterschied zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten, bedingt durch die großen Dichteunterschiede, zwischen den beiden Kraftstofftypen.
Zur Erzeugung der Druckdifferenz ist vorteilhafterweise in dem Ventilraum zusätzlich zu dem Plenum eine Kammer gebildet, die mittels der Verstellanordnung strömungsmechanisch von dem Plenum getrennt ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die Ventilbaugruppe derart ausgebildet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Plenum und der Kammer erzeugbar oder erzeugt ist, wobei insbesondere der Totaldruck in dem Plenum anliegt und der statische Druck in der Kammer anliegt.
In einer bevorzugten Ausbildungsvariante ist zur Übertragung des statischen Drucks in die Kammer eine Verbindungsleitung zwischen der Kraftstoffzuleitung und der Kammer vorhanden, die insbesondere rechtwinklig an der Kraftstoffzuleitung, senkrecht zur Hauptströmungsrichtung, angeordnet ist. Durch die rechtwinklige Anordnung an der Kraftstoffzuleitung wird ausschließlich der statische Druckanteil, nicht der dynamische Druckanteil, aus der Kraftstoffzuleitung übertragen. Bei nicht rechtwinkliger Anordnung wird zusätzlich zu dem statischen Druck auch ein Teil des dynamischen Druckanteils übertragen, wodurch die Druckdifferenz zwischen dem Totaldruck und dem übertragenen Druck entsprechend kleiner ausfällt.
Um eine Verunreinigung der Kammer insbesondere bei Betrieb mit den unterschiedlichen Kraftstofftypen zu vermeiden, ist vorzugsweise zwischen der Kraftstoffzuleitung und der Kammer, insbesondere innerhalb der Verbindungsleitung, eine Fluid-Trennvorrichtung zur fluidwirksamen Trennung der Kraftstoffzuleitung und der Kammer vorhanden, wobei die Fluid-Trennvorrichtung als, insbesondere hydraulische oder pneumatische, Druckübertragungsvorrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die kolbenrückseitige Kammer mechanisch von dem Kraftstoff isoliert. In Funktion der Druckübertragungsvorrichtung weist die Fluid-Trennvorrichtung vorzugsweise eine bewegliche, volumenverändliche Ausbildung auf, beispielsweise in Form eines Faltenbalgs oder mittels einer Kolbenvorrichtung, die sich innerhalb eines z. B. mittels Anschlägen definierten Volumens bewegt. Die Kammer ist entsprechend mit einem hydraulischen bzw. pneumatischen Arbeitsmedium zur Übertragung des statischen Drucks von der Kraftstoffzuleitung in die Kammer auf der Rückseite der Kolbenanordnung in dem Ventilraum dauerhaft gefüllt.
In einer vorteilhaften Ausbildungsvariante umfasst die Verstellanordnung eine innerhalb des Ventilraums axial verschiebbare Kolbenanordnung, auf welche die Antriebskraft, insbesondere eine Federkraft, wirkt, wobei die Kolbenanordnung einen fluiddurchströmbaren Kolben mit einem Kolbenraum, einer (den Kolbenraum eintrittsseitig begrenzenden) fluiddurchströmbaren Eintrittsseite, einer (der Eintrittsseite gegenüberliegenden) fluidundurchlässigen Rückseite, einer, insbesondere an der Wandung des Ventilraums verschieblich anliegenden, Mantelfläche und zumindest einer Öffnung in der Mantelfläche zum Ausströmen von Kraftstoff aus dem Kolbenraum umfasst. Die Mantelfläche weist insbesondere eine zu einer Mantelseite des Ventilraums korrespondierende Querschnittskontur auf, zur formschlüssigen, axial verschieblichen Aufnahme der Kolbenanordnung in dem Ventilraum, beispielsweise mit einer zumindest abschnittsweise zylindrischen Ausgestaltung.
Die Kolbenanordnung ist vorzugsweise möglichst leicht ausgelegt, und zudem chemisch mit den verwendeten Kraftstofftypen kompatibel (gegenüber diesen resistent vor chemischen Änderungen, etwa durch katalytische Reaktionen) ausgebildet. Der Kolben kann einen Kunststoff umfassen oder aus einem solchen gebildet sein, beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen), und/oder geeignetes Metall umfassen oder aus einem Metall gebildet sein, und kann mittels eines additiven Fertigungsverfahrens (3D-Druck) hergestellt sein.
Vorzugsweise umfasst das Antriebsmittel eine, insbesondere in der Kammer angeordnete, Federanordnung zur Aufbringung der Antriebskraft in Form einer an der Kolbenanordnung (insbesondere auf die Rückseite der Kolbenanordnung) wirkenden Federkraft, aus welcher im Betrieb mit zumindest einem Kraftstofftyp in Zusammenwirken mit der Druckdifferenz die Stellkraft resultiert. Die Federanordnung ist insbesondere innerhalb der Kammer an einer rückseitigen Stirnseite des Ventilraums festgelegt und setzt die Kolbenanordnung gegebenenfalls unter Vorspannung.
Vorzugsweise sind die Auslässe axial versetzt zueinander an dem Ventilraum angeordnet und sind die Mantelfläche und die Öffnung derart dimensioniert und/oder angeordnet, dass in der ersten Arbeitsstellung die Öffnung axial an dem ersten Auslass positioniert ist, wobei die Öffnung den ersten Auslass, insbesondere vollständig, freigibt, und die Mantelfläche axial an dem zweiten Auslass zu deren fluiddichtem Verschluss positioniert ist und/oder in der zweiten Arbeitsstellung die Öffnung axial an dem zweiten Auslass positioniert ist, wobei die Öffnung den zweiten Auslass, insbesondere vollständig, freigibt, und die zumindest eine Mantelfläche axial an dem ersten Auslass zu dessen fluiddichtem Verschluss positioniert ist. Dabei ist beispielsweise der erste Auslass, für den Kraftstoff mit hoher Dichte (erster Kraftstofftyp), axial vor dem zweiten Auslass, für den Kraftstoff mit geringerer Dichte (zweiter Kraftstofftyp), bezüglich der Hauptströmungsrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann der jeweilige Kraftstoff durch das Plenum umfassend den Kolbenraum in den jeweiligen Auslass einströmen. Das Plenum weist entsprechend für die unterschiedlichen Arbeitsstellungen eine unterschiedliche Größe auf, wobei es in der ersten Arbeitsstellung kleiner ist.
In einer beispielhaften, bevorzugten Ausführungsvariante weist der Kolben einen ersten Kolbenabschnitt auf, der die fluiddurchströmbare Eintrittsseite bildet und dessen erster Mantelflächenabschnitt in der zweiten Arbeitsstellung den ersten Auslass verschließt, und/oder weist der Kolben einen zweiten Kolbenabschnitt auf, der die fluidundurchlässige Rückseite bildet und dessen zweiter Mantelflächenabschnitt in der ersten Arbeitsstellung den zweiten Auslass verschließt, wobei die Kolbenabschnitte mit zumindest einem, insbesondere auf der Längsachse angeordneten, Verbindungselement, z. B. in Form eines stabartigen Zwischenstücks, kraftübertragungswirksam verbunden sind.
In einer besonders gewichtsoptimierten Ausbildungsvariante, insbesondere bei Verwendung von Metall als Werkstoff, können die Kolbenabschnitte und/oder das zumindest eine Verbindungselement als Hohlkörper ausgebildet sein.
In einer anderen beispielhaften, bevorzugten Ausbildungsvariante ist der Kolben als (vorzugsweise genau ein) Hohlkörper, insbesondere Hohlzylinder, mit der fluiddurchströmbaren Eintrittsseite, der fluidundurchlässigen Rückseite und der Mantelfläche ausgebildet, wobei die Öffnung als Ausschnitt in der Mantelfläche ausgebildet ist. Abgesehen von dem Ausschnitt ist die Mantelfläche beispielsweise zumindest teilweise durchgängig ausgebildet.
In einer besonders volumen- und gewichtsoptimierten Ausbildungsvariante mit kurzem Verstellweg zwischen den Arbeitsstellungen weisen die Auslässe zumindest mit Anschlussflächen an den Ventilraum eine geringere axiale Ausdehnung als Ausdehnung in Umlaufrichtung um die Längsachse auf, d. h. eine schlitzartige Ausbildung.
Das Kraftstoffsystem ist zur Kraftstoffversorgung einer Gasturbinenanordnung, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, ausgebildet, mit einer Kraftstoff-Verteilerleitung, insbesondere einer Kraftstoff-Ringleitung, und zumindest einer Verbindungsvorrichtung, insbesondere einer Verbindungsleitung, zum Anschluss an eine Injektoranordnung zur Eindüsung von Kraftstoff in eine Brennkammer, wobei das Kraftstoffsystem zum Betrieb mit zwei unterschiedlichen Kraftstofftypen ausgebildet ist, und mit zumindest einer Ventilbaugruppe des vorstehend beschriebenen Aufbaus, wobei die Ventilbaugruppe zwischen der Kraftstoff-Verteilerleitung und der Injektoranordnung angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens sind in Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungen zu der Ventilbaugruppe sinngemäß beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 Teile einer Triebwerkanordnung und eines Kraftstoffsystems sowie einer innerhalb des Kraftstoffsystems angeordneten, erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe in schematischer seitlicher Ansicht,
2 die Ventilbaugruppe gemäß 1 in schematischer seitlicher Ansicht,
3A, B zwei alternative Ausbildungsvarianten einer Eintrittsseite einer Kolbenanordnung der Ventilbaugruppe, mit alternativen Strömungsöffnungen, in schematischer Darstellung in axialer Draufsicht,
4A, B die Ventilbaugruppe gemäß 1 bzw. 2 im Betrieb in einer ersten Arbeitsstellung (4A) und in einer zweiten Arbeitsstellung (4B) in schematischer seitlicher Ansicht,
5 eine weitere Ausbildungsvariante der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe, wobei die Kolbenanordnung mehrere Hohlkörper umfasst, in schematischer seitlicher Ansicht,
6 Teile der Ventilbaugruppe gemäß 1 bzw. 2, wobei die Formgebung von Anschlussflächen ersichtlich ist, in perspektivischer seitlicher Ansicht, und
7 eine weitere Ausbildungsvariante der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe, wobei die Kolbenanordnung als einzelner Hohlkörper ausgebildet ist, in schematischer seitlicher Ansicht.

1 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht Komponenten einer Gasturbinenanordnung, hier ein Brennkammermodul innerhalb einer Triebwerkanordnung 8 eines Flugzeugs. Die Triebwerkanordnung 8 umfasst in dem Brennkammermodul eine Brennkammer 6 und eine Injektoranordnung 7 mit einem Düsenhalter 4 und einer Injektorvorrichtung 5, durch welche im Betrieb Kraftstoff in die Brennkammer 6 zugegeben wird.
Zur Kraftstoffversorgung der Triebwerkanordnung 8 ist ein in 1 teilweise dargestelltes Kraftstoffsystem 9 vorhanden. Das Kraftstoffsystem 9 umfasst eine (hier nicht gezeigte) Kraftstoff-Verteilerleitung, insbesondere in Ausbildung einer Kraftstoff-Ringleitung zur Aufteilung des Kraftstoffes auf mehrere Injektoranordnungen 7 (wobei in 1 eine gezeigt ist), sowie vorzugsweise pro Injektoranordnung 7 eine starr oder flexibel ausgebildete Verbindungsleitung 2 zum Anschluss der jeweiligen Injektoranordnung 7 an die Kraftstoff-Verteilerleitung.
Die Triebwerkanordnung 8 und das Kraftstoffsystem 9 sind als „Dual-Fuel“-Systeme zum Betrieb mit zwei unterschiedlichen Kraftstofftypen ausgebildet, insbesondere einem flüssigen Kraftstoff (z. B. Kerosin oder vergleichbar) als erstem Kraftstofftyp und einem gasförmigen Kraftstoff (z. B. Wasserstoff oder vergleichbar) als zweitem Kraftstofftyp.
Das Kraftstoffsystem 9 und die Triebwerkanordnung 8 sind insbesondere zum alternativen Betrieb mit den unterschiedlichen Kraftstofftypen ausgebildet, wobei die Triebwerkanordnung 8 entweder mit dem ersten Kraftstofftyp oder mit dem zweiten Kraftstofftyp betrieben wird, nicht simultan, in einem Mischbetrieb.
Zu diesem Zweck ist vorzugsweise die Kraftstoff-Verteilerleitung von beiden Kraftstofftypen durchströmbar angeordnet und/oder ausgebildet. Eine Einstellung unterschiedlicher Strömungswege in Abhängigkeit des Kraftstofftyps erfolgt stromab der Kraftstoff-Verteilerleitung. Die unterschiedlichen Strömungswege sind beispielsweise innerhalb unterschiedlicher Strömungskanäle innerhalb derselben Injektoranordnung 7 gebildet. Möglich ist auch das Vorhandensein jeweils einer Injektoranordnung 7 für einen jeweiligen Kraftstofftyp pro Brennkammer 6, wobei je nach Betrieb entweder die eine oder die andere Injektoranordnung 7 mit dem dafür vorgesehenen Kraftstofftyp versorgt wird (in 1 nicht gezeigt).
Die Aufteilung auf die unterschiedlichen Strömungswege nach Art eines Wegeventils erfolgt mittels einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe 1. Die Ventilbaugruppe 1 ist in 1 beispielhaft an der Schnittstelle zwischen der Kraftstoff-Verteilerleitung, hier stromab der Verbindungsleitung 2, und der Injektoranordnung 7 angeordnet. Dabei ist die Ventilbaugruppe 1 mit einer eintrittsseitigen Kraftstoffzuleitung 10 am stromabseitigen Ende der Verbindungsleitung 2 angeordnet. Mit zwei austrittsseitigen Auslässen, einem ersten Auslass 12 für den ersten Kraftstofftyp und einem zweiten Auslass 14 für den zweiten Kraftstofftyp, ist die Ventilbaugruppe 1 mittels einer Anschlussanordnung 3, insbesondere über einen Flansch der Injektoranordnung 7 mit Anschlüssen für die Kraftstoffversorgung, an die Injektoranordnung 7 angeschlossen.
Die Ventilbaugruppe 1 dient zur Umschaltung des Strömungsweges eines Kraftstoffstromes innerhalb des Kraftstoffsystems 9 in Abhängigkeit des Kraftstofftyps. Dazu ist die Kraftstoffzuleitung 10 von beiden Kraftstofftypen durchströmbar ausgebildet, wobei sich der Strömungsquerschnitt nach dem größeren Volumenstrom der beiden Kraftstofftypen, insbesondere dem gasförmigen Kraftstoff, richtet. Je nach Kraftstofftyp wird der Kraftstoffstrom austrittsseitig durch den ersten Auslass 12 oder den zweiten Auslass 14 geleitet, welche entsprechend spezifisch des jeweiligen Kraftstofftyps ausgelegt sind und daher vorzugsweise unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.
2 zeigt in einer schematischen, nicht maßstäblichen Ansicht den genaueren Aufbau der Ventilbaugruppe 1. Die Ventilbaugruppe 1 weist stromab der Kraftstoffzuleitung 10 ein Gehäuse 15 und einen in dem Gehäuse 15 angeordneten Ventilraum 16 auf. Der Ventilraum 16 ist insbesondere zylindrisch um eine Längsachse L ausgebildet und umfasst eine eintrittsseitige Stirnseite 161, eine rückseitige Stirnseite 162 und eine Mantelseite 163, die den Ventilraum 16 zumindest großteils (z. B. abgesehen von den Auslässen 12, 14) umlaufend umgrenzt.
Innerhalb des Ventilraums 16 ist seitens der eintrittsseitigen Stirnseite 161 ein Plenum 17 vorhanden. Das Plenum 17 schließt sich stromab an die Kraftstoffzuleitung 10 an und wird im Betrieb von Kraftstoff durchströmt.
Die Auslässe 12, 14 sind axial versetzt zueinander an der Mantelseite 163 des Ventilraums 16 angeordnet.
Weiterhin weist die Ventilbaugruppe 1 eine Verstellanordnung 20 mit einem Antriebsmittel 30 zur Erzeugung einer mechanischen Antriebskraft auf. Die Verstellanordnung 20 ist innerhalb des Ventilraums 16 zwischen zumindest zwei Arbeitsstellungen, einer ersten Arbeitsstellung A und einer zweiten Arbeitsstellung B (vgl. 4A und 4B), verstellbar angeordnet.
Die Verstellanordnung 20 umfasst eine innerhalb des Ventilraums 16 axial (entlang der Längsachse L) verschiebbare Kolbenanordnung 21. Die Kolbenanordnung 21 weist einen fluiddurchströmbaren Kolben 22 auf, wobei ein Kolbenraum 25 des Kolbens 22, als Teil des Plenums 17, von dem Kraftstoffstrom durchströmbar ausgebildet und angeordnet ist. Zu diesem Zweck weist der Kolben 22 weiterhin eine fluiddurchströmbare Eintrittsseite 26 auf, durch welche im Betrieb der Kraftstoffstrom in den Kolbenraum 25 einströmt. Die Eintrittsseite 26 ist auf der der Kraftstoffzuleitung 10 zugewandten Seite des Kolbens 22 angeordnet. Weiterhin weist der Kolben 22 auf seiner der Kraftstoffzuleitung 10 abgewandten Seite eine fluidundurchlässige Rückseite 24 auf. Weiterhin weist der Kolben 22 eine abschnittsweise um den Kolben 22 umlaufende Mantelfläche 23 auf. In der Mantelfläche 23 ist zumindest eine Öffnung 27 vorhanden, durch welche der Kraftstoffstrom insbesondere rechtwinklig zu der Eintrittsseite 26 und der Kraftstoffzuleitung 10 aus dem Kolbenraum 25 ausströmen kann. Mit der Mantelfläche 23 steht der Kolben 22 mit der Mantelseite 163 des Ventilraums 16 zumindest abschnittsweise in fluiddichtender Wirkverbindung.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Kolbenanordnung 21 ist die Eintrittsseite 26 durch einen ersten Kolbenabschnitt 261 mit einem ersten umlaufenden Mantelflächenabschnitt 262 gebildet. Der erste Kolbenabschnitt 261 weist zur Durchströmbarkeit Strömungsöffnungen 263, vorliegend beispielhaft in Form von Bohrungen 264, auf.
3A und 3B zeigen in einer schematischen Draufsicht auf die Eintrittsseite 26 bzw. auf den ersten Kolbenabschnitt 261 mögliche Alternativen von Strömungsöffnungen 261. 3A zeigt beispielhaft vier kreisförmige Bohrungen 264. In 3B sind die Strömungsöffnungen 263 beispielhaft in Form zweier teilkreisartiger Aussparungen bezüglich der Kreisfläche des ersten Kolbenabschnitts 261 ausgebildet.
Der Gesamtströmungsquerschnitt der Strömungsöffnungen 261 ist vorzugsweise gleich oder größer als der Strömungsquerschnitt der Kraftstoffzuleitung 10, um einen übermäßigen Druckverlust über die Eintrittsseite 26 zu vermeiden.
Die fluidundurchlässige Rückseite 24 ist durch einen zweiten Kolbenabschnitt 241 mit einem zweiten, umlaufenden Mantelflächenabschnitt 242 gebildet.
Die beiden Kolbenabschnitte 241, 261 sind mit einem starren Verbindungselement 28, vorliegend in Ausbildung eines auf der Längsachse L angeordneten, sich axial erstreckenden stabartigen Zwischenstücks, kraftübertragungswirksam miteinander verbunden. Der Kolbenraum 25 und die Öffnung 27 sind zwischen den beiden Kolbenabschnitten 241, 261 angeordnet.
Das Antriebsmittel 30 ist insbesondere als Federanordnung 32 zur Aufbringung der Antriebskraft in Form einer an der Verstellanordnung 20 axial wirkenden Federkraft ausgebildet. Die Federanordnung 32 ist innerhalb des Ventilraums 16 in einer rückseitig der Kolbenanordnung 21 vorhandenen Kammer 18 eingebracht, wodurch die Kolbenanordnung 21 beweglich und federgespannt in dem Ventilraum 16 angeordnet ist.
Die Kammer 18 ist mittels der Kolbenanordnung 21 innerhalb des Ventilraums 16 von dem Plenum 17 fluiddicht getrennt.
Gemäß dem Funktionsprinzip der Ventilbaugruppe 1 ist die Verstellanordnung 20 derart ausgebildet, dass sich die unterschiedlichen Arbeitsstellungen A, B für die beiden unterschiedlichen Kraftstofftypen im Betrieb alleine aufgrund strömungsmechanischer Verhältnisse in Zusammenwirken mit der Antriebskraft einstellen, wobei mit zumindest einem der Kraftstofftypen eine Druckdifferenz erzeugt wird.
Zu diesem Zweck ist die Kammer 18 mittels einer Verbindungsleitung 40 mit der Kraftstoffzuleitung 10 zur Übertragung des in der Kraftstoffzuleitung 10 vorliegenden statischen Drucks in die Kammer 18 gekoppelt. Die Verbindungsleitung 40 ist stromauf des Ventilraums 16 vorzugsweise rechtwinklig an der Kraftstoffzuleitung 10 angeordnet, um im Betrieb lediglich den statischen Anteil des Totaldrucks, der einen dynamischen Anteil und den statischen Anteil aufweist, in die Kammer 18 zu übertragen. Mit dem stromabseitigen Ende mündet die Verbindungsleitung 40 beispielsweise koaxial zu dem Ventilraum 16 an deren rückseitiger Stirnwand 162, die zum Zwecke der Druckübertragung z. B. großteils offen ausgebildet ist.
Im Betrieb liegt in dem Plenum 17 der Totaldruck, in der Kammer 18 der statische Druck an. Die erzeugte Druckdifferenz entspricht somit dem dynamischen Druckanteil in der Kraftstoffzuleitung 10.
Um eine Einströmung von Kraftstoff in die Kammer 18, und damit eine Verunreinigung der Kammer 18, zu verhindern, ist innerhalb der Verbindungsleitung 40 vorzugsweise eine Fluid-Trennvorrichtung 42 zur strömungsmechanischen Trennung der Kraftstoffzuleitung 10 von der Kammer 18 angeordnet. Die Fluid-Trennvorrichtung 42 ist dabei als Druckübertragungsvorrichtung ausgebildet, wobei der statische Druck aus der Kraftstoffzuleitung 10 hydraulisch oder pneumatisch in die Kammer 18 übertragen wird. In 2 ist die Fluid-Trennvorrichtung 42 beispielhaft mit einem beweglichen Faltenbalg 44 ausgebildet.
4A und 4B zeigen das Funktionsprinzip der Ventilbaugruppe 1 im Betrieb. Der Strömungsweg des Kraftstoffstroms ist jeweils durch Pfeile verdeutlicht. Bereiche, in welchen Totaldruck anliegt, sind mit pt gekennzeichnet. Bereiche, in welchen der statische Druck anliegt, sind mit ps gekennzeichnet.
In 4A befindet sich die Verstellanordnung 20 in der ersten Arbeitsstellung A, die sich im Betrieb mit dem ersten Kraftstofftyp, dem flüssigen Kraftstoff, einstellt. Dabei wird der Kolben 22 mittels der rückseitig wirkenden Antriebskraft, insbesondere Federkraft, an einen vorderen Anschlag gedrückt, der z. B. durch einen Querschnittssprung 164 in der Mantelseite 163 gebildet ist. Der Querschnittssprung 164 ist derart stromab der ersten Stirnseite 161 positioniert, dass der Kraftstoffstrom ohne übermäßigen Druckverlust in den Ventilraum 16 und die Strömungsöffnungen 263 einströmen kann.
Der Kraftstoffstrom strömt in das Plenum 17 ein, wird dort zum Aufstauen gebracht und wirkt somit mit seinem Totaldruck (Gesamtdruck, Staudruck) auf die Kolbenanordnung 21 in entgegengesetzter Richtung zu der Antriebskraft. In der Kammer 18 wirkt, in entgegengesetzter Richtung, der statische Druck, der aufgrund des geringen dynamischen Druckanteils im Betrieb mit dem flüssigen Kraftstoff praktisch dem Totaldruck entspricht. Der Faltenbalg 44 ist entsprechend komprimiert. Es ergibt sich keine Druckdifferenz, die der Antriebskraft zur Erzeugung einer die Kolbenanordnung verschiebenden Stellkraft entgegenwirkt. Daher bildet die erste Arbeitsstellung A auch eine sogenannte Nullstellung, die sich auch außerhalb des Betriebs, ohne die Wirkung strömungsmechanisch erzeugter Kräfte, einstellt.
In der ersten Arbeitsstellung A deckt sich die Öffnung 27 axial und in Umlaufrichtung mit dem ersten Auslass 12 derart, dass der Auslass 12 vollständig freigegeben ist. Der zweite Mantelflächenabschnitt 242 deckt sich axial mit dem zweiten Auslass 14 zu dessen fluiddichtem Verschluss. Der Strömungsweg, durch welchen der Kraftstoffstrom im Betrieb ausströmt, führt somit lediglich durch den ersten Auslass 12.
In 4B befindet sich die Verstellanordnung 20 in der zweiten Arbeitsstellung B, die sich im Betrieb mit dem zweiten Kraftstofftyp, dem gasförmigen Kraftstoff, einstellt. Der gasförmige Kraftstoff weist insbesondere eine sehr viel, z. B. um mehr als einen Faktor 100, geringere Dichte auf als der flüssige Kraftstoff. Daher ergibt sich in der Kraftstoffzuleitung 10 eine sehr viel höhere Strömungsgeschwindigkeit, z. B. zwischen 10 m/s und 100 m/s, die mit einem hohen dynamischen Druckanteil einhergeht. Dies resultiert in einer vergleichsweise hohen Druckdifferenz zwischen dem in dem Plenum 17 wirkenden Totaldruck und dem in der Kammer 18 wirkenden statischen Druck.
Die durch die Druckdifferenz aufgebrachte Kraft ist aufgrund der Auslegung der Federanordnung 32, z. B. je nach Lastfall um ein Vielfaches, größer als die Antriebskraft und wirkt auf die Kolbenanordnung 21 in entgegengesetzter Richtung, wobei eine Stellkraft auf die Kolbenanordnung 21 zur axialen Verstellung in Richtung der rückseitigen Stirnseite 162 des Ventilraums 16 resultiert. Die resultierende Stellkraft verschiebt die Kolbenanordnung 21 um einen axialen Verstellweg in die axiale Position der zweiten Arbeitsstellung B. Dabei wird die Kolbenanordnung 21 durch die Stellkraft gegen einen hinteren Anschlag gedrückt, der z. B. durch die vollständig eingeschobene Federanordnung 32 und deren Festlegung an der rückseitigen Stirnseite 162 gebildet wird. Der Faltenbalg 44 ist entsprechend dekomprimiert.
In der zweiten Arbeitsstellung B deckt sich die Öffnung 27 axial und in Umlaufrichtung mit dem zweiten Auslass 14 derart, dass der zweite Auslass 14 vollständig freigegeben ist. Der erste Mantelflächenabschnitt 262 deckt sich axial mit dem ersten Auslass 12 zu dessen fluiddichtem Verschluss. Der Strömungsweg, durch welchen der Kraftstoffstrom im Betrieb ausströmt, führt somit lediglich durch den zweiten Auslass 14.
Die axiale Ausdehnung der Mantelflächen 262, 242 und der Öffnung 27 sind jeweils entsprechend auf die axialen Ausdehnungen der Auslässe 12, 14 und deren axialer Beabstandung abgestimmt. Die Antriebskraft, insbesondere die Federkonstante der Federanordnung 32, ist derart ausgelegt, dass mittels der erzeugten Druckdifferenz der erforderliche Verstellweg zur Verstellung zwischen den Arbeitsteilungen A, B zurückgelegt wird.
Insbesondere in Luftfahrtanwendungen können unterschiedliche, teils erhebliche Beschleunigungskräfte auf die Gasturbinenanordnung wirken. Um ein nicht beabsichtigtes Umschalten durch ein Einwirken äußerer Beschleunigungskräfte zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Kolbenanordnung 21 möglichst leicht auszulegen. Beispielsweise besteht die Kolbenanordnung aus Kunststoff, z. B. PTFE, oder weist Kunststoff auf und/oder ist aus Metall gebildet oder weist Metall auf. Als Fertigungsverfahren eignet sich insbesondere ein additives Fertigungsverfahren (3D-Druck). Das Material ist zudem chemisch (resistent bzw.) mit den verwendeten Kraftstofftypen kompatibel auszuwählen, um Veränderungen der Materialeigenschaften durch Kontakt mit den Kraftstoffen zu vermeiden.
Eine besonders gewichtsoptimierte Ausbildung insbesondere bei Verwendung von Metall als Werkstoff ist beispielsweise in 5 gezeigt. Dabei sind die Kolbenabschnitte 241, 261 und das Verbindungselement 28 als Hohlkörper ausgebildet.
In 5 ist weiterhin beispielhaft eine andere Ausbildung der Fluid-Trennvorrichtung 42 gezeigt. Dabei weist die Fluid-Trennvorrichtung 42 eine Kolbenvorrichtung 46 auf, die innerhalb der Verbindungsleitung 40 in einem definierten Volumen zwischen einem Anschlag 461 und einem Anschlag 462 verschiebbar gelagert ist.
Ebenfalls zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Umschaltens ist es vorteilhaft, eine Federanordnung 32 mit möglichst hoher Federkonstante zu verwenden, vorzugsweise in Kombination mit einem möglichst kurzen axialen Verstellweg der Kolbenanordnung 21 beim Verstellen zwischen den unterschiedlichen Arbeitsstellungen A, B. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die Auslässe 12, 14 zumindest mit Anschlussflächen 121, 141 (vgl. 6) an den Ventilraum 16 eine geringere axiale Ausdehnung als Ausdehnung in Umlaufrichtung um die Längsachse L aufweisen, d. h. insbesondere schlitzartig ausgebildet sind. Eine entsprechende Ausbildung ist in 6 gezeigt, die Teile der Ventilbaugruppe 1 in perspektivischer seitlicher Ansicht darstellt. In 6 sind die Auslässe 12, 14 beispielhaft zumindest teilweise an gleicher Position bzgl. der Umlaufrichtung angeordnet. Möglich ist z. B. je nach Einbausituation auch eine andere Anordnung.
7 zeigt eine weitere Ausbildungsvariante der Ventilbaugruppe 1. Dabei ist der Kolben 22 als einzelner Hohlkörper 29, insbesondere als Hohlzylinder, ausgebildet. Die fluiddurchströmbare Eintrittsseite 26 ist offen und die fluidundurchlässige Rückseite 24 geschlossen ausgebildet. Der erste Anschlag ist an der eintrittseitigen Stirnseite 161 gebildet. Die Mantelfläche 23 ist zumindest abschnittsweise durchgängig ausgebildet. Die Öffnung 27 ist beispielhaft durch einen entsprechend dimensionierten Ausschnitt 291 gebildet. Dabei ist der Ausschnitt 291 so ausgelegt, dass er je nach Position lediglich einen der Auslässe 12, 14 freigibt, während der jeweils andere durch die Mantelfläche 23 fluiddicht verschlossen ist. Möglich sind z. B. auch zwei separate Ausschnitte 291 für die Auslässe 12, 14, beispielsweise bei umfänglich versetzten Auslässen 12, 14 oder wenn die Auslässe 12, 14 eine sehr geringe axiale Ausdehnung, d. h. schlitzartige Ausbildung aufweisen.
Zusammenfassend ist die Ventilbaugruppe 1 dazu in der Lage, zuverlässig und selbstständig in Abhängigkeit des Kraftstofftyps mittels des Kraftstoffstromes beeinflusster mechanischer Kräfteverhältnisse (in Abhängigkeit des jeweilig dichtebedingten Volumenstroms und damit der Strömungsgeschwindigkeit) den Strömungsweg zwischen dem ersten Auslass 12 und dem zweiten Auslass 14 umzuschalten. Die Umschaltung erfolgt insbesondere unter Einwirkung mechanischer Energie, ohne Einwirkung elektrischer Energie an der Ventilbaugruppe 1.
Bezugszeichenliste

1: Ventilbaugruppe
2: Verbindungsleitung
3: Anschlussanordnung
4: Düsenhalter
5: Injektorvorrichtung
6: Brennkammer
7: Injektoranordnung
8: Triebwerkanordnung
9: Kraftstoffsystem
10: Kraftstoffzuleitung
12: erster Auslass
121: Anschlussfläche
14: zweiter Auslass
141: Anschlussfläche
15: Gehäuse
16: Ventilraum
161: eintrittseitige Stirnseite
162: rückseitige Stirnseite
163: Mantelseite
164: Querschnittssprung
17: Plenum
18: Kammer
20: Verstellanordnung
21: Kolbenanordnung
22: Kolben
23: Mantelfläche
24: Rückseite
241: zweiter Kolbenabschnitt
242: zweiter Mantelflächenabschnitt
25: Kolbenraum
26: Eintrittsseite
261: erster Kolbenabschnitt
262: erster Mantelflächenabschnitt
263: Strömungsöffnung
264: Bohrung
265: Aussparung
27: Öffnung
28: Verbindungselement
29: Hohlkörper
291: Ausschnitt
30: Antriebsmittel
32: Federanordnung
40: Verbindungsleitung
42: Fluid-Trennvorrichtung
44: Faltenbalg
46: Kolbenvorrichtung
461: Anschlag
462: Anschlag
A: erste Arbeitsstellung
B: zweite Arbeitsstellung
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20090223226 A1 [0004]
US 6079198 A [0005]
US 20110101166 A1 [0006]
US 20120042657 A1 [0007]
US 20150354823 A1 [0008]

Claims

Ventilbaugruppe (1) zur Umschaltung des Strömungsweges eines Kraftstoffstromes innerhalb eines Kraftstoffsystems, insbesondere zur Kraftstoffversorgung einer Gasturbinenanordnung, z. B. eines Flugzeugtriebwerks, mit - einem Gehäuse (15) und einem in dem Gehäuse (15) angeordneten, entlang einer Längsachse (L) ausgerichteten Ventilraum (16) mit einem Plenum (17) zur Durchströmung mit dem Kraftstoffstrom, - einer in das Plenum (17) mündenden Kraftstoffzuleitung (10) zur Zuleitung von Kraftstoff in das Plenum (17) sowie zumindest einem ersten Auslass (12) und einem zweiten Auslass (14), zur Ableitung von Kraftstoff aus dem Plenum (17), und - einer Verstellanordnung (20) mit einem Antriebsmittel (30) zur Erzeugung einer Antriebskraft, welche in dem Ventilraum (16) zwischen zumindest zwei Arbeitsstellungen (A, B) verstellbar angeordnet ist, wobei in der ersten Arbeitsstellung (A) der Strömungsweg durch den ersten Auslass (12) und in der zweiten Arbeitsstellung (B) der Strömungsweg durch den zweiten Auslass (14) führt, wobei die Verstellanordnung (20) derart ausgebildet ist, dass die unterschiedlichen Arbeitsstellungen (A, B) für alternative, unterschiedliche Kraftstofftypen, mit zumindest um einen Faktor 10, insbesondere zumindest um einem Faktor 100 bis z. B. 50000, unterschiedlicher Dichte, einstellbar oder eingestellt sind, wobei eine Stellkraft zur Positionierung der Verstellanordnung (20) in die erste Arbeitsstellung (A) und/oder in die zweite Arbeitsstellung (B) in Zusammenwirken der Antriebskraft mit einer Druckdifferenz resultiert, wobei der Kraftstoffstrom zumindest eines der Kraftstofftypen die Druckdifferenz bei Durchströmung der Ventilbaugruppe (1) erzeugt.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellanordnung (20) - mit einem ersten Kraftstofftyp, mit hoher Dichte, in der ersten Arbeitsstellung (A) derart positionierbar oder positioniert ist, dass der erste Auslass (12) freigegeben und der zweite Auslass (14) mittels der Verstellanordnung (20) fluiddicht verschlossen ist und/oder - mit einem zweiten Kraftstofftyp, mit geringerer Dichte, in der zweiten Arbeitsstellung (B) mittels der Stellkraft derart positionierbar oder positioniert ist, dass der zweite Auslass (14) freigegeben und der erste Auslass (12) fluiddicht verschlossen ist.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe (1) derart ausgebildet ist, dass die Druckdifferenz aus der Differenz zwischen einem einerseits auf die Verstellanordnung (20) wirkenden, über die Kraftstoffzuleitung (10) anliegenden Totaldruck des Kraftstoffstroms und einem andererseits auf die Verstellanordnung (20) wirkenden, in der Kraftstoffzuleitung (10) vorliegenden statischen Druck des Kraftstoffstroms erzeugbar oder erzeugt ist.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilraum (16) zusätzlich zu dem Plenum (17) eine Kammer (18) gebildet ist, die mittels der Verstellanordnung (20) strömungsmechanisch von dem Plenum (17) getrennt ausgebildet ist.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe (1) derart ausgebildet ist, dass die Druckdifferenz zwischen dem Plenum (17) und der Kammer (18) erzeugbar oder erzeugt ist, wobei insbesondere der Totaldruck in dem Plenum (17) anliegt und der statische Druck in der Kammer (18) anliegt.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des statischen Drucks in die Kammer (18) eine Verbindungsleitung (40) zwischen der Kraftstoffzuleitung (10) und der Kammer (18) vorhanden ist, die insbesondere rechtwinklig an der Kraftstoffzuleitung (10) angeordnet ist.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraftstoffzuleitung (10) und der Kammer (18), insbesondere innerhalb der Verbindungsleitung (40), eine Fluid-Trennvorrichtung (42) zur fluidwirksamen Trennung der Kraftstoffzuleitung (10) und der Kammer (18) vorhanden ist, wobei die Fluid-Trennvorrichtung (42) als, insbesondere hydraulische oder pneumatische, Druckübertragungsvorrichtung ausgebildet ist.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellanordnung (20) eine innerhalb des Ventilraums (16) axial verschiebbare Kolbenanordnung (21) umfasst, auf welche die Antriebskraft wirkt, wobei die Kolbenanordnung (21) einen fluiddurchströmbaren Kolben (22) mit einem Kolbenraum (25), einer fluiddurchströmbaren Eintrittsseite (26), einer fluidundurchlässigen Rückseite (24), einer, insbesondere an einer Mantelseite (163) des Ventilraums (16) verschieblich anliegenden, Mantelfläche (23) und zumindest einer Öffnung (27) in der Mantelfläche (23) zum Ausströmen von Kraftstoff aus dem Kolbenraum (25) umfasst.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (30) eine, insbesondere in der Kammer (18) angeordnete, Federanordnung (32) zur Aufbringung der Antriebskraft in Form einer an der Kolbenanordnung (21) wirkenden Federkraft umfasst, aus welcher im Betrieb mit zumindest einem Kraftstofftyp in Zusammenwirken mit der Druckdifferenz die Stellkraft resultiert.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (12, 14) axial versetzt zueinander an dem Ventilraum (16) angeordnet sind und dass die Mantelfläche (23) und die Öffnung (27) derart dimensioniert und/oder angeordnet sind, dass - in der ersten Arbeitsstellung (A) die Öffnung (27) axial an dem ersten Auslass (12) positioniert ist, wobei die Öffnung (27) den ersten Auslass (12), insbesondere vollständig, freigibt, und die Mantelfläche (23) axial an dem zweiten Auslass (14) zu deren fluiddichtem Verschluss positioniert ist und/oder - in der zweiten Arbeitsstellung (B) die Öffnung (27) axial an dem zweiten Auslass (14) positioniert ist, wobei die Öffnung (27) den zweiten Auslass (14), insbesondere vollständig, freigibt, und die zumindest eine Mantelfläche (23) axial an dem ersten Auslass (12) zu dessen fluiddichtem Verschluss positioniert ist.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) einen ersten Kolbenabschnitt (261) aufweist, der die fluiddurchströmbare Eintrittsseite (26) bildet und dessen erster Mantelflächenabschnitt (262) in der zweiten Arbeitsstellung (B) den ersten Auslass (12) verschließt, und/oder dass der Kolben (22) einen zweiten Kolbenabschnitt (241) aufweist, der die fluidundurchlässige Rückseite (24) bildet und dessen zweiter Mantelflächenabschnitt (242) in der ersten Arbeitsstellung (A) den zweiten Auslass (14) verschließt, wobei die Kolbenabschnitte (241, 261) mit zumindest einem, insbesondere auf der Längsachse (L) angeordneten, Verbindungselement (28) kraftübertragungswirksam verbunden sind.
Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenabschnitte (241, 261) und/oder das zumindest eine Verbindungselement (28) als Hohlkörper ausgebildet sind.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) als Hohlkörper (29), insbesondere Hohlzylinder, mit der fluiddurchströmbaren Eintrittsseite (26), der fluidundurchlässigen Rückseite (24) und der Mantelfläche (23) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (27) als Ausschnitt (291) in der Mantelfläche (23) ausgebildet ist.
Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (12, 14) zumindest mit Anschlussflächen (121, 141) an den Ventilraum (16) eine geringere axiale Ausdehnung als Ausdehnung in Umlaufrichtung um die Längsachse (L) aufweisen.
Kraftstoffsystem (9) zur Kraftstoffversorgung einer Gasturbinenanordnung, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, mit einer Kraftstoff-Verteilerleitung, insbesondere einer Kraftstoff-Ringleitung, und zumindest einer Verbindungsvorrichtung, insbesondere einer Verbindungsleitung (2), zum Anschluss an eine Injektoranordnung (7) zur Eindüsung von Kraftstoff in eine Brennkammer (6), wobei das Kraftstoffsystem zum Betrieb mit zwei unterschiedlichen Kraftstofftypen ausgebildet ist, und mit zumindest einer Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilbaugruppe (1) zwischen der Kraftstoff-Verteilerleitung und der Injektoranordnung (7) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe (1), die insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist, bei dem ein Kraftstoffstrom durch eine Kraftstoffzuleitung (10) in ein innerhalb eines Ventilraums (16) angeordnetes Plenum (17) einströmt und aus dem Plenum (17), in Abhängigkeit einer Arbeitsstellung (A, B) einer innerhalb des Ventilraums (16) angeordneten Verstellanordnung (20), mit der ersten Arbeitsstellung (A) durch einen ersten Auslass (12) ausströmt oder mit der zweiten Arbeitsstellung (B) durch einen zweiten Auslass (14) ausströmt, wobei sich die unterschiedlichen Arbeitsstellungen (A, B) für alternative, unterschiedliche Kraftstofftypen, mit zumindest um einen Faktor 10, insbesondere zumindest um einem Faktor 100 bis z. B. 50000, unterschiedlicher Dichte, einstellen, wobei eine Stellkraft zur Positionierung der Verstellanordnung (20) in die erste Arbeitsstellung (A) und/oder in die zweite Arbeitsstellung (B) in Zusammenwirken einer Antriebskraft eines Antriebsmittels (30) der Verstellanordnung (20) mit einer Druckdifferenz resultiert, die der Kraftstoffstrom zumindest eines der Kraftstofftypen, insbesondere eines zweiten Kraftstofftyps, mit geringerer Dichte, bei Durchströmung der Ventilbaugruppe (1) erzeugt.