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Regeleinrichtung für die Brennstoffzufuhr bei mit einer Nachverbrennungskammer
versehenen Rückstoßantrieben Es ist bekannt, daß Rückstoßantriebe und insbesondere
Turbinenstrahltriebwerke einen erhöhten Schub liefern, wenn im Strom der noch, an
Sauerstoff reichen. Auspuffgase eine zusätzliche oder Nachverbrennung herbeigeführt
wird. Zu diesem Zweck werden im Weg der Auspuffgase Brennstoffinjektoren angeordnet,
die jedoch nur in dem Augenblick gespeist werden., in welchem ein solcher erhöhter
Schub gewünscht wird, beispielsweise beim Starten des Luftfahrzeuges. Im nachstehenden.
wird der für die Nachverbrennung bestimmte Brennstoff zum Unterschied von dem den
Brennkammern des Triebwerkes vor der Turbine zugeführten Hauptbrennstoff mit »Nachbrennstoff
« bezeichnet.
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Es ist andererseits bekannt, die Zufuhr des Hauptbrennstoffes allgemein
in Abhängigkeit von gewissen Parametern, wie z. B. der Drehzahl der Turbine und
der Temperatur oder dem Druck der umgebenden Luft, zu regeln. Diese Parameter werden
in irgendeiner zweckentsprechenden Weise mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen, wie-
z. B. Fliehkraftreglern oder manometrischen. Dosen, die mit Druckentnahmestellen
verbunden sind, ermittelt, wobei diese Vorrichtungen derart angeordnet werden, daß
sie auf die Zufuhr des Hauptbrennstoffes einwirken.
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Zweck der Erfindung ist die Regelung der Zufuhr des Nachbrennstoffes
gleichzeitig mit derjenigen des Hauptbrennstoffes unter Ausnutzung des Umstandes,
claß der Hauptbrennstoff gemäß einem bestimmten (xesetz in Abhängigkeit von, den
vorstehend genannten Parametern geregelt wird, um die Zufuhr des Nachbrennstoffes
dem gleichen Gesetz zu unterwerfen. Mit anderen Worten ausgedrückt, für einen Betriebszustand.
des Triebwerkes, der durch eine bestimmte Brennstoffzufuhr zu der Hauptbrennkammer
gekennzeichnet ist, erfolgt eine entsprechende Brennstoffzufuhr in die Nachverbrennungskammer.
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Es ist eine Regeleinrichtung für die Brennstoffzufuhr bei mit einer
Na.chverbrennunLskammer versehenen Rückstoßantrieben bekannt, bei welcher die Menge
des Nachbrennstoffes so: geregelt wird, daß sie proportional dem Quadrat der Menge
des Hauptbrennstoffes ist. Dies bedingt die Anordnung einer komplizierten Kette
von Übertragungsgliedern zwischen den Reglern.
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In einer Regeleinrichtung für die Brennstoffzufuhr bei mit einer Nachverbrennungskammer
versehenen lZiicksto:ßantrieben wird erfindungsgemäß das Regelorgan für den. 'Nachbrennstoff
unmittelbar durch das Regelorgan für den Hauptbrennstoff so gesteuert, daß die beiden
Brennstoffmengen stets in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen.
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Dadurch, daß gemäß der Erfindung die beiden Brennstoffmengen stets
in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen und die beiden Regler in unmittelbarer
Abhängigkeit voneinander arbeiten, wird der bekannten Einrichtung gegenüber der
wichtige Vorteil erzielt, daß die Einrichtung sehr einfach ist, weil zwischen den
Reglern keine komplizierte Kette von Übertragungsgliedern erforderlich ist, welche
Ungenauigkeiten, Ansprechv erzögerungen usw. ausgesetzt ist, so daß ein, äußerst
sicheres und stets einwandfreies Arbeiten der Regeleinrichtung gewährleistet ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weisen die Regler
für die Zufuhr des Hauptbrennstoffes und des zusätzlichen bzw. Nachbrennstoffes
je einen Dosierschieber auf, wobei die beiden Dosierschieber unmittelbar oder durch
eine Übertragungseinrichtung miteinander verbunden sind, sc, daß die Verlagerung
des einen Schiebers automatisch eine entsprechende Verlagerung des anderen Schiebers
bewirkt.
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Die Erfindung' wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. I ist ein schematischer Schnitt durch eine Ausführungsform der
Regeleinrichtung gemäß der Erfindung; Fig.2 ist eine ähnliche Schnittansicht einer
abgeänderten Ausführungsform;
Fig.3 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform.
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Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist mit 1 ein Turbinenstrahltriebwerk
bezeichnet, dessen Brennkammern 2 mit Hilfe von Brennern. 3 mit Brennsto@ft gespeist
werden, der durch eine Zahnradpumpe 4 gefördert wird, welche durch die Welle 5 der
Turbine des Strahltriebwerkes angetrieben wird. In die Verbindungsleitung; welche
die- Pumpe 4 mit einer Sammelleitung 6 zum- Speisen der Brenner 3 verbindet, ist
ein. Regler 7 bekannter Art für die Regelung des Brennstoffes.eingeschaltet.
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Dieser Regler 7 weist eine Dosiervorrichtung 8 auf, die mit einem
Schieber -9 verseben ist. Ein zweiter Schieber 10 steuert eine die Pumpe 4 umgehende
Nebenleitung 11 und regelt so die der Dosiervorrichtung 8 - zugeführte Brennstoffmenge.
Der zweite Schieber 10, der unter der Wirkung einer Rückstellfeder 12 steht, ist
mit einer. Membran 13 verbunden. auf deren gegenüberliegende Seiten die Drücke wirken,
welche vor und hinter dem-Schieber 9 herrschen.
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Bei einem Zufuhrregler der vorstehenden Art ist die der Sammelleitung
6 zugeführte Brennstoffmenge eine im wesentlichen lineare Funktion der Stellung
des Dosierschiebers 9. Es sind zahlreiche andere Zufuhrregler, mit einer solchen
Charakteristik bekannt, und es ist ersichtlich, daß die Anwendung der Erfindung
nicht auf einen Regler beschränkt ist, wie er hier beispielsweise beschrieben und.
dargestellt ist.
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Der Do.sierschieber 9 steht außerdem unter dem Einfluß eines Hebels
14, dessen Stellung einerseits durch einen die Drehzahl der Welle 5 messenden Fliehkraftregler
15 und andererseits durch einen 'fempera,turfühler 16 bestimmt wird, welcher indirekt
die Temperatur der Luft auf Grund der Differenz der Drücke vor und hinter dem Verdichter
17 des Turbinenstrahltriehwerkes inißt, wobei für diesen Zweck eine vor dem Verdichter
angeordnete Druckentnahineleitung 18 und eine hinter dem Verdichter angeordnete
Druckentnahineleitung 19 vorgesehen sind. Der Fliehkraftregler 15 hält unabhängig
von den Umgebungsbedingungen den jeweiligen Betriebszustand des Strahltriebwerkes
aufrecht, indem er die Menge an einzuspritzendem Brennstoff durch Änderung der Stellung
des Dosierschiebers 9 verkleinert bzw. vergrößert. Die Spannung der Feder 20 des
Flielikraftreglers 15 kann mit Hilfe eines beweglichen Anschlages 21 geändert werden,
der durch den Gassteuerhebel 22 Tiber .eine zweckentsprechende Übertragungseinrichtung
23 verstellt wird. Auf diese Weise kann von dem Gassteuerliebel 22 aus die Drehzahl
der Turbine geregelt werden.
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Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist bekannt
und braucht nicht im einzelnen erläutert zu werden. Es genügt für das Verständnis
der Erfindung, darauf hinzuweisen, daß die Stellung der Dosiervorrichtung eine lineare
Funktion der Zufuhrmenge des Hauptbrennstoffes ist und daß diese Stellung überdies
von der Drehzahl sowie von anderen Parametern, wie- der Temperatur oder dein Druck
der Vingebungsluft, abhängig ist.
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In der Auspuffleitung der Brennkammern 2 des Triebwerkes 1 ist ein
Injektorring 24 angeordnet, dem Flammenstabilisatoren 25 zugeordnet sind und. der
mit von einer Pumpe 26 gefördertem Nachbrennstoff über einen Zufuhrregler 27 gespeist
wird, der dem vorstehend beschriebenen Regler 7 für den Hauptbrennstoff ähnlich
.ist und insbesondere eine Dosiervorrichtung 28 aufweist, deren Schieber 29 mit
dem Schieber 9 des Reglers 7 durch eine Stange 30 zwangläufig verbunden ist. Wie
vorher ist die Stellung dieses Schielfers 29 eine lineare Funktion der Brennstoffinenge,
und diese Charakteristik wird erhalten, indem die Differenz der Drücke vor und hinter
der Dosiervorrichtung 28 konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck ist eine dieser
Druckdifferenz ausgesetzte Membran 31 mit einem Schieber 32 gekuppelt, welcher die
durch die Dosiervorrichtung 28 hindurchgehende Brennstoffmenge derart regelt, daß
die Differenz der Drücke vor und hinter der Dosiervorrichtung konstant bieibt. Diese
Druckdifferenz kann jedoch geändert werden. indem die Vorspannung einer Feder 33
über ein zwischengefügtes Gestänge 34, «-elches in zweckeiitsprechendcr Weise mit
dem Gassteuerhebel 22 gekuppelt ist, geändert wird.
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Bei dieser Anordnung kann die Abgabe der Pumpe 26 allein durch Drosselung
auf ihrer Förderseite geregelt werden, jedoch kann auch eine Regelung mit Hilfe
einer die Pumpe umgehende .Nebenleitung ver-@z7endet werden, wie sie in Fig. 1 bei
11 dargestellt ist.
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Ein auf der Ansaugseite der Pumpe 26 angeordneter Hahn 35 kann von
dem Hebel 22 aus mit Hilfe eines Gestänges 36 gleichzeitig mit einem Hahn 37 betätigt
werden, der auf der Förderseite der Pumpe 4 vorgesehen ist.
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Der Temperaturfühler 16 kann auf verschiedene bekannte Weisen Regelorgane
beeinflussen, beispielsweise indem er eine Steuervorrichtung 38 betätigt, welche
auf Klappen 39 zum Regeln des Ausgangsquerschnittes der Düse des Strahltriebwerkes
einwirkt. Bei dein vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ird der Schieber
29 der Dosiervorrichtung 28 des Nachbrennstoffes gleichzeitig mit dem Schieber 9
der Dosiervorrichtung 8 für den Hauptbrennstoff unter dem Einfluß der verschiedenen
in Betracht kommenden Parameter, wie der Drehzahl der Turbine und der Temperatur
der Luft, verschoben. Da die Stellung des Schiebers 29 eine lineare Funktion der
Brennstoffmenge ist, ist das Verhältnis der Menge des Nachbrennstoffes zu der Menge
des Hauptbrennstoffes immer im wesentlichen konstant.
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In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Regeleinrichtung
dargestellt, bei welcher der Schieber 9 der Dosiervorrichtung 8 für den Hauptbrennstoff
der kombinierten Wirkung eines von Aneroiddosen gehildeten Druckfühlers 401 und.
eines aus Bimetallteilen bestehenden Temperaturfühlers 41 unterworfen ist. Der Druckfühler
40 und der Temperaturfühler 41 sind in einer Kammer 42 angeordnet, welche über Leitungen
43, 44 mit einer Temperatur- und Drucksonde 45 verbunden ist, die am Eingang des
Luftverdichters 17 des Turbinenstrahltriebwerkes 1 angeordnet ist. Auf diese Weise
wird die Stellung des Dosierschiebers 9 in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen
geregelt, die ihrerseits eine Funktion der Flughöhe usw. sind. Die Dosiervorrichtung
8 liefert eine Abgabe, welche durch die Regelmembran 13 beeinflußt wird. die mit
dem den Nebenweg 11 zur Pumpe 4 steuernden Schieber 10 verbunden, ist, welcher der
Wirkung der Rückstellfeder 12 unterwo.rfen ist, deren Vorspannung in dem vorliegenden
Fall mittels eines von dem Gassteuerhebel 22 betätigten Gestänges 46 verändert werden
kann.
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Wie in dein vorhergehend beschriebenen Fall ist der Schieber 9 der
Dosiervorrichtung für den Hauptbrennstoff durch eine Stange 30 mit dem Schieber
29 der Dosiervorrichtung 28 für den Nachbrennstoff zwangläufig verbunden.
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Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 steht der mit der Regelmembran 31 verbundene
Schieber 32 unter dem
Einfluß einer Feder 33 mit unveränd!erbarer
Vorspannung. Eine abgewandelte Ausführungsform würde in der Anwendung einer Feder
33 mit veränderbarer Vorspannung bestehen.
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Bei der in Fig.3 wiedergegebenen Ausführungsform ist der Regler für
den Nachbrennstoff mit dem Regler für den Hauptbrennstoff vereinigt, und in diesem
Fall wird eine Dosiervorrichtung verwendet, welche gleichzeitig für den Hauptbrennstoff
und den Nachbrennstoff bestimmt ist. Die gesamte Brennstoffmenge wird. von der Pumpe
4 geliefert. Die beiden Mengen werden mittels eines Spitzenventils 48 in konstantem
Verhältnis geregelt. Die Feder 49 des Nebenwegreglers 50 ist mit dem Steuergestänge
derart gekuppelt, daß der Injektionsdruck für die Anordnung im wesentlichen glei-chbleib.t,
gleichgültig, ob, die Nachverbrennungseinrichtung im Betrieb ist oder nicht. Die
Feder 49 wird beim Arbeiten ohne Nachverbrennung entspannt, so daß demzufolge der
Nebenweg eine größere Menge an Brennstoff zurückkehren liißt.