DE1061133B - Steuerventil fuer die Brennstoffleitungen eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein als Einschalt-, Zumeß- und Entleerungsventil ausgebildetes Steuerventil für die Brennstoffleitungen eines Gasturbinentriebwerkes, d. h. auf ein in die Brennstoffleitungen eingeschaltetes- Ventil, das an die von dem Triebwerk angetriebene Brennstoffpumpe angeschlossen und in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine so gesteuert ist, daß die zu den Brennerdüsen führenden Brennstoffleitungen bei Betriebsbeginn rasch gefüllt, dann mit einer dem Betriebszustand des Triebwerks entsprechenden Brennstoffmenge gespeist und bei Abfallen des Förderdruckes, z. B. durch Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl der Turbine oder durch Abschalten der Brennstoffpumpe, auf eine Entleerungsleitung umgesteuert werden.

Es ist bekannt, in den Brennstoff leitungen eines Gasturbinentriebwerks ein Steuerventil mit einem vom Förderdruck der Brennstoffpumpe beaufschlagten, abgefederten Ventilkörper anzuordnen, der erst oberhalb eines bestimmten Förderdruckes in der Brennstoffleitung geöffnet wird und dann gleichzeitig eine Entleerungsleitung verschließt, die in der Schließstellung des Ventilkörpers mit den Brennerleitungen verbunden ist. Ferner ist es bekannt, ein derartiges Steuerventil in der Brennstoffleitung eines Gasturbinentriebwerks in anderer Weise so auszubilden, daß das Ventil die Menge des den Brennerdüsen zugeführten Brennstoffes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine regelt. Das Ventil ist dabei in eine die Brennerdüsen umgehende Nebenleitung der Brennstoffpumpe eingeschaltet und wird durch einen in Abhängigkeit von der -Brehzahl der Gasturbine verstellten Steuerschieber so gesteuert, daß eine mehr oder minder große Teilmenge des geförderten Brennstoffs unter entsprechender Verminderung der den Brennerdüsen zugeführten Brennstoffmenge zur Brennstoffpumpe zurückfließt. Der in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine verstellte Steuerschieber ist hierbei nicht unmittelbar im Ventil der Brennstoffleitung, sondern in einem Nebenventil angeordnet, das ein Druckmittel zur Betätigung des Ventils der Brennstoffleitung steuert, wobei dieses Nebenventil in seinem Ventilgehäuse einen gegen Federwirkung verschiebbaren hülsenförmigen Ventilkörper mit radialen Durchlässen aufweist, die in bestimmter Stellung des Ventilkörpers mit zugeordneten Durchlässen des Ventilgehäuses zur Deckung kommen und bei der Steuerung des Druckmittels für die Betätigung des Steuerventils der Brennstoffleitung mit dem im hülsenförmigen Ventilkörper des Nebenventils verstellbaren Steuerschieber zusammenwirken.

Das Steuerventil nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß es die den bekannten Steuerventilen zugewiesenen Aufgaben vereinigt und einerseits dafür

Steuerventil

für die Brennstoffleitungen
eines Gasturbinentriebwerks

Anmelder:

Her Majesty the Queen in the Right

of Canada,

vertreten

durch den Minister of National Defence,
Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Juli 1956

Kenneth William Jay, Beverly Hills, Ontario (Kanada), ist als Erfinder genannt worden

sorgt, daß im Betriebszustand bei wachsendem Förderdruck der Brennstoffpumpe keine Überspeisung der Brenner düsen stattfindet, die den Betrieb durch übermäßigen Brennstoffverbrauch unwirtschaftlich machen und eine übermäßige Erhitzung des Triebwerks nach sich ziehen würde, andererseits aber auch dafür sorgt, daß bei Unterschreiten des Förderdruckes in der Brennstoffleitung eine Umschaltung der Brennerleitungen auf eine Entleerungsleitung erfolgt. Dabei weist das Steuerventil nach der Erfindung eine verhältnismäßig einfache Gesamtausführung auf. Die Erfindung geht von einem Brennstoffventil für- Gasturbinen aus, das in seinem Ventilgehäuse einen gegen Federwirkung verschiebbaren hülsenförmigen Ventilkörper und einen darin gelagerten Steuerschieber enthält, der durch in Abhängigkeit von der Drehzahl der Gasturbine angetriebene Steuermittel verstellt wird und radiale Durchlässe des verschiebbaren Ventilkörpers steuert, die in bestimmter Stellung mit zugeordneten Durchlässen des Ventilgehäuses zur Deckung kommen, und dem Ventilgehäuse ist dabei auch eine von dem Ventilkörper gesteuerte Entleerungsleitung zugeordnet. Die Erfindung besteht darin, daß der im Ventilgehäuse verschiebbare hülsenförmige Ventilkörper von einer Belastungsfeder gegen einen Anschlag des Ventilgehäuses in eine Stellung gedrückt

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wird, in der seine axial versetzt liegenden radialen Anordnung des Ventils gemäß der Erfindung erkenn-

Durchlässe mit den Gehäusedurchlässen in Deckung bar ist,

sind, wobei das Ventilgehäuse an dem der Belastungs- Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ventil in der feder abgekehrten Ende des Ventilkörpers einen an Stellung seiner Teile, in der die Leitungen, durch die die Brennstoffzuführungsleitung anzuschließenden Zu- 5 der Brennstoff den Einspritzdüsen unter Druck zugeführungsraum enthält, mit seinen dem Zuführungs- führt wird, mit einer Abflußleitung verbunden sind,
raum nächstgelegenen gesteuerten Durchlässen an die Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch das Brennerdüsen und mit dem entfernteren gesteuerten Ventil in der Stellung seiner Teile, in der die ZuDurchlaß an die Entleerungsleitung angeschlossen ist, führungsleitung für den Brennstoff mit den zu den während der hülsenförmige Ventilkörper in einer vom io Einspritzdüsen führenden Leitungen verbunden ist, Gehäuseanschlag abgehobenen Stellung eine gedrosselte um diese vor dem Anlassen des Triebwerks auf zuVerbindung zwischen dem Zuführungsraum und den füllen,

Gehäusedurchlässen für den Anschluß der Brenner- Fig. 4 einen entsprechenden Schnitt durch das leitungen öffnet und der in dem Ventilkörper gelagerte Ventil in der Stellung seiner Teile, in der der den EinSteuerschieber einen in die - Zuführungskammer des 15 Spritzleitungen unter Druck zugeführte Brennstoff Ventilgehäuses ragenden Verschlußteil trägt, der den zugemessen wird, und

Innenraum des hülsenförmigen Ventilkörpers an Fig. 5 einen Schnitt durch das Ventil nach der

diesem Ende verschließt oder öffnet, so daß der Linie 5-5 in Fig. 4.

Steuerschieber in der einen Endstellung den Ventil- Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Brennstoffkörper an beiden Enden abschließt und eine offene 20 behälter 10 mit einer Pumpe 11 verbunden, die den Verbindung zwischen den. in Deckung liegenden ge- Brennstoff zu einem Hauptsteuerventil 12 pumpt. Eine steuerten Durchlässen des Ventilkörpers und des Umgehungsleitung 13 mit einem Überströmventil 14 Ventilgehäuses herstellt und hierdurch die Brenner- ist in bekannter Weise vorgesehen, damit die Pumpe leitungen mit der Entleefungsleitung verbindet, in 11 auch arbeiten kann, wenn das Steuerventil 12 geeiner Mittelstellung die von der Zuführungskammer 25 schlossen ist. Das Steuerventil ist über eine Leitung des Ventilgehäuses entfernteren gesteuerten Durch- 15 und ein Anschlußstück 16 mit dem gemäß der Erlässe des Ventilkörpers und des Ventilgehäuses ver- findung ausgebildeten Ventil verbunden, das allgemein schließt, zugleich mit seinem Verschlußteil den Innen- mit dem Bezugszeichen 17 versehen ist. Mehrere raum des Ventilkörpers öffnet und dadurch eine offene Leitungen 18 gehen von diesem Ventil aus und führen \^erbindung zwischen dem Zuführungsraum des 30 zu den Brennstoffeinspritzdüsen 19 der Brennkammern Ventilgehäuses und den in Deckung befindlichen, an 20 des Gasturbinentriebwerks. Außerdem ist eine Abdie Brennerleitungen angeschlossenen Durchlässen flußleitung 21 vorgesehen, durch die die Leitungen 18 herstellt und in einer zweiten Endstellung sämtliche entleert werden können, wenn das Triebwerk abgesteuerten Radialdurchlässe des Ventilkörpers ver- gestellt wird. - .~

schließt, so daß der zugeführte Brennstoff den Ventil- 35 Wie die Fig. 2 bis 5 zeigen, ist das Gehäuse 25 des

körper entgegen der Kraft seiner Belastungsfeder von Ventils 17 mit einer axialen Bohrung 26 versehen, die

dem Gehäuseanschlag abhebt und so weit verschiebt, in eine Bohrung 27 etwas geringeren Durchmessers

daß der Ventilkörper die gedrosselte Verbindung zwi- übergeht, so daß eine Schulter 28 entsteht, gegen die

sehen dem Zuführungsraum und den Gehäuse- ein in der Bohrung 26 vorgesehener Ventilkörper 29

durchlassen herstellt. 4° durch eine Feder 30 gedrückt wird. Auf diese Weise

Vorzugsweise ist der in dem hülsenförmigen Ver- wird die Bewegung des Ventilkörpers in Richtung auf

schlußkörper des Ventils gelagerte Steuerschieber so den mit Gewinde versehenen Anschlußstutzen25a, an

ausgebildet, daß er mit seinem in den Zuführungs- dem die Leitung 15 mittels einer Verschraubung 16

raum des Ventilgehäuses ragenden Verschlußteil den angeschlossen wird, begrenzt.

hülsenförmigen Ventilkörper hintergreift, wobei der 45 Der Ventilkörper 29 weist eine axiale Bohrung 31

Verschlußteil des Steuerschiebers zweckmäßig eine auf, in die vier radiale Bohrungen 32 einmünden, die

kegelförmige Sitzfläche aufweist und in der Schließ- sämtlich in der gleichen Querebene liegen. In einigem

stellung mit Axialdruck am hülsenförmigen Ventil- Abstand von diesen Bohrungen ist in Richtung auf

körper abdichtet. die Feder 30 noch eine weitere radiale Bohrung 33 in

Der Gehäuseanschlag für den abgefederten Ventil- 50 dem Ventilkörper vorgesehen. Liegt der Ventilkörper

körper ist weiterhin durch eine Abstufung der Innen- gegen die Schulter 28 an, so decken sich die Bohrun-

fläche des Ventilgehäuses gebildet, an der sich der gen 32 mit den öffnungen 34 und die Bohrung 33 mit

hülsenförmige Ventilkörper mit seiner dem Zuführungs- einer öffnung 35 im Ventilgehäuse 25. Die Öffnungen

raum des Ventilgehäuses zugekehrten Stirnfläche ab- 34 und 35 sind mit Gewinde versehen, damit an sie

stützt. Der Ventilkörper weist eine der Zahl der 55 die Leitungen 18 bzw. die Leitung 21 angeschlossen

Durchlässe des Ventilgehäuses zu den Brennerdüsen werden können. Außerdem ist noch eine Nut 35 α in

entsprechende Zahl von axialen Nuten auf, die sich der Innenwand des Gehäuses 25 vorgesehen, die die

von der dem Gehäuseanschlag zugekehrten Stirn- Öffnung 35 an dem Ventilkörper 29 entlang mit dem

fläche des Ventilkörpers in seine Umfangsfläche hinter diesem Ventilkörper befindlichen freien Raum

erstrecken und deren axiale Länge kleiner als der Ab- 60 der Bohrung 26 verbindet.

stand dieser Gehäusedurchlässe von dem Gehäuse- An dem der Bohrung.27 zugekehrten Ende des anschlag ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Ventilkörpers 29 befinden sich vier Zumeßnuten 36, verminderte Brennstoffzufuhr für den normalen Be- die vorzugsweise in die Umfangsfläche des Ventiltriebszustand erst eingeschaltet wird, wenn die Brenn- körpers eingefräst sind. Diese Nuten verbinden die stoffpumpe einen bestimmten und ausreichenden 65 Bohrung 27 mit den öffnungen 34, wenn der Ventil-Förderdruck erreicht hat. körper entgegen der Kraft der Feder 30 etwas von

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht, der Schulter 28 wegbewegt worden ist.

und zwar zeigt Innerhalb der Längsbohrung 31 des Ventilkörpers

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brenn- 29 befindet sich ein Schieber 38 mit zwei tragenden

Stoffsystems für ein Gasturbinentriebwerk, aus der die 70 Teilen 39 und 40. Er ist in Längsrichtung durch

irgendwelche Steuermittel 41 verstellbar, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des Triebwerks arbeiten, daß sie den Kolben aus der in Fig. 2 dargestellten Lage in die in Fig. 4 dargestellte Lage bewegen, wenn der Rotor des Triebwerks vom Stillstand bis zur Startdrehzahl beschleunigt wird. Die in Fig. 4 gezeigte Stellung wird dabei so lange beibehalten, bis die Drehzahl wieder unter ein bestimmtes Minimum absinkt und das Triebwerk abgeschaltet wird. Dann kehrt der Kolben wieder in die Stellung gemäß Fig. 2 zurück. Die Pumpe 11 wird von dem Triebwerksrotor angetrieben, wie dies üblich ist, so daß ihre Förderleistung mit größer werdender Rotordrehzahl zunimmt, und umgekehrt.

Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende:

Befinden sich die Teile des Ventils 17 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, so decken sich die Bohrungen 32 mit den Öffnungen 34 und die Bohrung 33 mit der Öffnung 35. Die Leitungen 18 stehen daher über den zwischen den beiden tragenden Teilen 39 und 40 des Schiebers 38 befindlichen Ringraum und die Bohrung 33 sowie die öffnung 35 mit der Abflußleitung 21 in unbehinderter Verbindung. Hierdurch wird die Möglichkeit abgemildert, daß Brennstoff oder Brennstoffdämpfe in die heißen Brennkammern gelangen, wo ihre Anwesenheit bedenklich ist. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß beide Enden der Bohrung 31 des Ventilkörpers 29 durch die Teile 39 und 40 abgeschlossen sind und daß der Teil 40, der kegelstumpfförmig ist, verhindert, daß Brennstoff aus der Leitung 15 in die Abflußleitung 21 gelangt.

Wird das Triebwerk vom Stillstand auf die Startdrehzahl beschleunigt, so beginnt die Pumpe 11 Brennstoff zu fördern, und die Steuermittel 41 bewegen den Schieber 38 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, in der der Teil 40 das Ende der Bohrung 31 nicht mehr abschließt, während der Teil 39 die Bohrung 33 abdeckt und dadurch die Leitung 21 abschließt. Der durch die Leitung 15 in die Bohrung 27 eintretende Brennstoff hat infolgedessen über die Bohrungen 32 und die öffnungen 34 unbehinderten Zutritt zu den Leitungen 18, so daß diese für das Starten des Triebwerks mit Brennstoff aufgefüllt werden.

Nähert sich die Drehzahl des Triebwerks der Startdrehzahl, so bewegen die Steuermittel 41 den Schieber

38 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung, wobei der Teil

39 auch die Bohrungen 32 abdeckt und den weiteren Zutritt von Brennstoff in die Leitungen 18 verhindert. In dieser Stellung der Teile (d. h. wenn der Ventilkörper 29 in der in Fig. 3 gezeigten Lage und der Schieber 38 in der in Fig. 4 gezeigten Lage sind) hat die Bohrung 27 keine Auslaßöffnung. Infolgedessen entsteht in ihr ein Überdruck, der auf die linke Stirnfläche des Ventilkörpers 29 wirkt und diesen entgegen der "Kraft der Feder 30 nach rechts bewegt. Dadurch kommen die Zumeßnuten 36 in Deckung mit den Öffnungen 34 des Ventilgehäuses, so daß der Brennstoff- zuüuß zu den Einspritzdüsen während des nun folgenden tvoTtrvalea Betriebes des Triebwerks in durch die Nuten bestimmter Menge erfolgt.

Soll das Triebwerk abgestellt werden, so wird der Brennstoffzufluß durch Schließen des Ventils 12 unterbrochen. Inio\ge aes sich, dadurch ergebenden Druckabfalls in der Bohrung 27 wird der Ventilkörper 29 durch die Feder 30 wieder in die in Fig. 3 gezeigte Stellung zurückbewegt. Da außerdem auch die Triebwerksdrehzahl unter das bestimmte Minimum absinkt, bewegen die Steuermittel 41 den Schieber 38 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung zurück, wodurch die Leitungen 18 wieder mit der Abflußleitung 21 verbunden werden und die Bohrung 31 des Ventilkörpers 29 wieder an dem der Leitung 15 zugewendeten Ende abgeschlossen wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einschalt-, Zumeß- und Entleerungsventil für die Brennstoffleitungen eines Gasturbinentriebwerks, das in seinem Ventilgehäuse einen gegen Federwirkung verschiebbaren hülsenförmigen Ventilkörper und einen darin gelagerten Steuerschieber enthält, der in Abhängigkeit von der Drehzahl der Gasturbine verstellt wird und radiale Durchlässe des verschiebbaren Ventilkörpers steuert, die in bestimmter Stellung mit zugeordneten Durchlässen des Ventilgehäuses zur Deckung kommen und bei nachlassendem Druck in der Brennstoffzuführungsleitung die Brennerleitungen auf eine Entleerungsleitung umsteuern, dadurch gekennzeichnet, daß der im Ventilgehäuse (25) verschiebbare hülsenförmige Ventilkörper (29) von einer Belastungsfeder (30) gegen einen Anschlag (28) des Ventilgehäuses in eine Stellung gedrückt wird, in der seine axial versetzt liegenden radialen Durchlässe (32, 33) mit den Gehäusedurchlässen (34, 35) in Deckung sind, wobei das Ventilgehäuse an dem der Belastungsfeder (30) abgekehrten Ende des Ventilkörpers (29) einen an die" Brennstoffzuführungsleitung (15) anzuschließenden Zuführungsraum (27) enthält, mit seinen dem Zuführungsraum (27) nächstgelegenen gesteuerten Durchlässen (34) an die Brennerdüsen (19) und mit dem entfernteren gesteuerten Durchlaß (35) an die Entleerungsleitung (21) angeschlossen ist, während der hülsenförmige Ventilkörper in einer vom Gehäuseanschlag (28) abgehobenen Stellung eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Zuführungsraum (27) und den Gehäusedurchlässen (34) für den Anschluß der Brennerleitungen öffnet, und der in dem Ventilkörper (29) gelagerte Steuerschieber (38, 39) einen in die Zuführungskammer (27) des Ventilgehäuses ragenden Verschlußteil (40) trägt, der den Innenraum des hülsenförmigen Ventilkörpers an diesem Ende verschließt oder öffnet, so daß der Steuerschieber (38, 39) in der einen Endstellung den Ventilkörper (29) an beiden Enden abschließt und eine offene Verbindung zwischen den in Deckung liegenden gesteuerten Durchlässen (32, 33 bzw. 34, 35) des Ventilkörpers und des Ventilgehäuses herstellt und hierdurch die Brennerleitungen (18) mit der Entleerungsleitung (21) verbindet, in einer Mittelstellung die von der Zuführungskammer (27) des Ventilgehäuses entfernteren gesteuerten Durchlässe (33., 35) des Ventilkörpers und des Ventilgehäuses verschließt, zugleich mit seinem Verschlußteil (40) den Innenraum des Ventilkörpers öffnet und dadurch eine offene Verbindung zwischen dem Zufuhrungsraum (27) des Ventilgehäuses und den in Deckung befindlichen, an die Brenner leitungen angeschlossenen Durchlässen (32, 34) herstellt und in einer zweiten Endstellung sämtliche gesteuerten Radialdurchlässe (32,33) des Ventilkörpers (29) verschließt, so daß der zugeführte Brennstoff den Ventilkörper

(29) entgegen der Kraft seiner Belastungsfeder

(30) von dem Gehäuseanschlag (28) abhebt und so weit verschiebt, daß der Ventilkörper (29) die gedrosselte Verbindung zwischen dem Zuführungsraum (27) und den Gehäusedurchlässen (34) herstellt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Zuführungs raum (27) ragende Verschlußteil (40) des Steuerschiebers (38, 39) eine kegelförmige Sitzfläche aufweist und in der Schließstellung mit Axialdruck am hülsenförmigen Ventilkörper (29) abdichtet.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Anschlagstellung des abgefederten, hülsenförmigen Ventilkörpers (29) bestimmende Gehäuseanschlag durch eine Abstufung (28) der Innenfläche des Ventilgehäuses (25) gebildet ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Abheben des hülsenförmigen Ventilkörpers (29) von dem Gehäuseanschlag (28) hergestellte verengte Verbindung zwischen dem Zuführungsraum (27) des Ventil-

gehäuses und den Gehäusedurchlässen (34) als im Ventilkörper (29) angeordnete Axialnuten (36) ausgebildet ist.

5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Ventilkörper (29) eine der Zahl der Durchlässe (34) des Ventilgehäuses (25) zu den Brennerdüsen entsprechende Zahl von Axialnuten (36) aufweist, die sich von seiner dem Gehäuseanschlag (28) zugekehrten Stirnfläche in die Umfangsfläche erstrecken und deren axiale Länge kleiner als der Abstand dieser Gehäusedurchlässe (34) von dem Gehäuseanschlag (28) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 859 839;
britische Patentschrift Nr. 694 083.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen