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Füllvorrichtung für die Treibstoffversorgungsanlage von Staustrahltriebwerken
Die Erfindung bezieht sich auf Staustrahl- oder kombinierte Turbo-Staustrahltriebwerke
mit einem oder mehreren aus einer gemeinsamen Hauptleitung ohne Rückförderung in
Rücklaufleitungen gespeisten Einspritzrosten, von dem bzw. denen ein Teil nach Bedarf
ab- und wieder zuschaltbar ist, und betrifft eine Füllvorrichtung, welche das Inbetriebsetzen
des abgeschalteten Rostes bzw. -teiles erlaubt, ohne daß die bereits in Betrieb
befindlichen Roste bzw. Rostteile erlöschen.
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Ohne die Tragweite der Erfindung zu beschränken, wird hier nur der
Fall eines Staustrahltriebwerkes mit zwei konzentrischen Einspritzrosten erörtert,
die im folgenden als innerer und äußerer Rost bezeichnet werden.
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Jeder dieser Roste wird durch eine Leitung gespeist, die wieder von
einer Hauptbrennstoffleitung gespeist wird, deren Durchfluß durch einen Haupthahn
geregelt wird. Außerdem kann der äußere Rost beliebig durch einen Absperrhahn ausgeschaltet
werden, wobei im Nebenschluß zu diesem eine Leitung mit geringem Querschnitt angeschlossen
ist, in der ein Füllventil liegt.
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Eine solche Vorrichtung erlaubt den Betrieb des Staustrahltriebwerkes
mit einem Rost (in diesem Fall dem äußeren Rost) oder mit beiden zugleich, was eine
große Anpassungsfähigkeit im Betrieb ermöglicht, weil zu große Startbeschleunigungen
oder Bremsverzögerungen vermieden werden. Der Betrieb mit einem Rost erlaubt noch
nebenbei eine geringere Schuberzeugung bei Sparflug.
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Sind zwei Roste in Betrieb und soll dann ein Rost (und zwar der äußere
Rost in obengenanntem Fall) zum Drosseln des Staustrahltriebwerkes abgeschaltet
werden, so wird er durch Schließen des Absperrhahnes in seiner Speiseleitung ausgeschaltet,
was praktisch keine bedeutsame Störung des in Betrieb bleibenden Rostes hervorruft.
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Will man hingegen umgekehrt verfahren und, wenn ein Rost in Betrieb
ist, den zweiten Rost hinzuschalten, so muß der Absperrhahn geöffnet werden, und
dieser Eingriff bringt einen schnellen und großen Druckabfall in der Speiseleitung
des in Betrieb befindlichen Rostes mit sich, was zur Folge hat, daß der in Betrieb
befindliche Rost erlischt und das Staustrahltriebwerk total und plötzlich ausfällen
läßt.
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Es ist daher unerläßlich, diesen Nachteil zu beseitigen, und dies
ist die Aufgabe der Erfindung. Sie betrifft Staustrahltriebwerke im allgemeinen
und die Kombination von Turbinen mit Staustrahltriebwerken, die einen oder mehrere
Einspritzroste haben.
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Eine bekannte Füllvorrichtung weist eine automatisch arbeitende Regelvorrichtung
auf, welche auf den Einspritzdruck anspricht und einen weiteren Rost hinzuschaltet,
wenn dieser Druck einen vorgegebenen Wert überschreitet. Sie hat also nur zu gewährleisten,
daß mindestens ein Rost ausreichende Betriebsbedingungen hat, und soll einem Pendeln
des Leitungsdruckes entgegenwirken. Das Auslöschen des in Betrieb befindlichen Rostes
beim Hinzuschalten eines weiteren Rostes kann auf diese Weise jedoch nicht verhindert
werden.
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Demgegenüber sieht die Erfindung eine automatisch arbeitende Füllvorrichtung
vor, welche in Abhängigkeit von dem sich in der Speiseleitung des absperrbaren Rostes
stromab des Absperrhahnes aufbauenden Brennstoffdruck oder von der Füllzeit dieses
Rostes den Absperrhahn öffnet und das im Nebenschluß zu ihm liegende Ventil wieder
schließt. Der Absperrhahn der Speiseleitung wird also erfindungsgemäß erst geöffnet,
wenn der Brennstoffdruck in Durchflußrichtung hinter dem Hahn den nötigen Druck
erreicht hat, so daß dann in der Hauptleitung kein schädlicher Druckabfall mehr
auftreten kann, und das Füllventil der Nebenschlußleitung wird darauf geschlossen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Leitung des in Betrieb
zu setzenden Rostes hinter dem Absperrhahn leer, und die Nebenschlußleitung
hat
den Zweck, diesen Teil bei von Null ansteigendem Druck mit Brennstoff zu füllen.
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Nach einer anderen, bevorzugten Ausführung halten ein oder mehrere
Rückschlagventile den Brennstoffdruck in dem Teil hinter dem Hahn immer auf einem
Mindestwert, und die Nebenschlußleitung hat dann den Zweck, den Treibstoffdruck
in dem hinteren Teil der Leitung bis zum Arbeitsdruck zu erhöhen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele hervor, die in der Zeichnung perspektivisch
dargestellt sind.
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Fig. 1 zeigt das bekannte Schema einer Treibstoffspeiseanlage für
zwei Roste ohne Füllvorrichtung; Fig. 2 stellt das Schema der Treibstoffversorgung
von Fig. 1 dar mit der oben beschriebenen eingebauten Vorrichtung; in Fig. 3 ist
die andere Ausführung der Erfindung mit Rückschlagventilen dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Haupttreibstoffleitung 1 mit einem Haupthahn
2, die sich in die Stichleitung 3 zur Speisung des inneren Rostes
4 mit den Einspritzdüsen 5 und die Stichleitung 6 zum äußeren Rost 7 mit
Einspritzdüsen 8 teilt.
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Ein Absperrhahn 9 teilt die Stichleitung 6 in zwei Teilstücke,
einen in Durchflußrichtung vor dem Hahn liegenden Teil 6a und' einen hinter ihm
liegenden Teil 6 b.
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Aus den weiter oben erwähnten Gründen bringt, wenn nur der Rost
4 in Betrieb ist und man den Rost 7 einschalten will, das Öffnen des Hahnes
9 eine schnelle Treibstoffdrucksenkung in Leitung 3 mit sich, und das Staustrahltriebwerk
erlischt.
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Die erfindungsgemäße Füllvorrichtung schließt diesen Mangel aus und
ist in Fig. 2 und 3 dargestellt.
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In Fig. 2 sind die gleichen Elemente wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszahlen
versehen; eine Nebenschlußleitung 10 von geringem Querschnitt mit einem Ventil
11 ist auf der Stichleitung 6 angebracht. Diese Nebenschlußleitung tritt
bei 12 und 13 in die Leitung 6 ein, einmal bei 12 in das Teilstück
6 a vor dem Hahn 9 und zum anderen bei 13 in das Teilstück 66 hinter dem Hahn
9. Ein Kontaktmanometer 14 und ein Uhrwerk 15 hängen mit der
Bedienung des Füllventils 11 zusammen.
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In Fig.3 sind mit 17 Rückschlagventile bezeichnet, die in die
Einspritzdüsen eingebaut sind oder direkt daran angebaut sein können. Zahl
16 bezeichnet ein Hauptrückschlagventil, das am Einlaß des Rostes 7 angebracht
ist. Dieses Ventil wird verwendet, wenn man die Ventile 17 nicht einbauen
kann.
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Sind das Rückschlagventi116 oder die Rückschlagventile 17 richtig
eingestellt, so schließen sie sich, wenn der Treibstoffdruck im Leitungsstück 6
b auf den eingestellten Druck absinkt, sie öffnen sich, wenn die Nebenschlußleitung
10 den Treibstoffdruck wieder auf den für Rost 7 erforderlichen Wert gebracht
hat.
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Die Arbeitsweise der Füllvorrichtung nach Fig. 2 ist folgende: Das
Staustrahltriebwerk arbeitet nur mit seinem inneren Rost 4. Wenn der Pilot
auf Zweirostbetrieb übergeht, öffnet er das Füllventil 11 durch den Gashebel
des Staustrahltriebwerkes.
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Der zwischen Absperrhahn 9 und Einspritzdüsen 8
des äußeren
Rostes 7 liegende Teil der Leitung 6 ist leer seit der letzten Abschaltung dieser
Einspritzdüsen. Das Leitungsstück 6 b wird durch die Nebenschlußleitung
10 gefüllt, deren Durchflußgröße im Hinblick auf die Zeit, die zur Füllung
des Leitungsstückes 6 b erforderlich ist und hinreichend kurz sein soll, und den
Druck, der in Rost 7 zu erreichen ist, genau abgestimmt ist. Man muß aber
beim Öffnen des Ventils 11 vermeiden, daß der Druck in Leitung 3 zu stark
fällt, denn man würde dann in den von den bestehenden Systemen bekannten Fehler
verfallen und den inneren Rost 4 außer Betrieb setzen.
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Das Ventil 11 spielt hier die Rolle einer Blende: Da man praktisch
ein Ventil mit sehr geringem Durchfluß nicht verwenden kann, kann man am Auslaß
des Ventils 11 eine Blende anbringen, deren Durchfluß genau berechnet ist.
Diese Blende dient dann dazu, den zu großen Durchfluß des Ventils auszugleichen.
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Wenn der nötige Betriebsdruck des Rostes 7 im Leitungsstück
6 b erreicht ist, tritt die automatische Regelvorrichtung nach der Erfindung in
Tätigkeit und öffnet den Absperrhahn 9 der Hauptleitung 6. Das Ende des Öffnungsweges
von 9 bestimmt das Schließen des Füllventils 11.
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Die normale Treibstoffzufuhr zum Rost 7 ist jetzt hergestellt,
und das Staustrahltriebwerk kann mit seinen zwei Rosten funktionieren.
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Das automatische Regelsystem für Absperrhahn 9 und Füllventil
11 kann entweder in Abhängigkeit von dem zu erreichenden Druck im Leitungsstück
66 oder in Abhängigkeit von der nötigen Auffüllzeit von 6 b arbeiten.
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Im ersten Fall ist im Leitungsstück 6b ein Kontaktmanometer 14 angebracht,
und wenn der nötige Arbeitsdruck erreicht ist, erfolgt elektrisch die öffnung des
Absperrhahnes 9.
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Im zweiten Fall ist ein elektrisches oder mechanisches Uhrwerk
15 in die Steuerung des Füllventils 11 eingebaut. Beim Öffnen des
Ventils 11 setzt sich das Uhrwerk in Gang, und nach Ablauf der eingestellten
Zeit wird der Absperrhahn 9 geöffnet.
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In beiden Fällen erfolgt das automatische Schließen des Füllventils
11 am Ende, des öffnens des Hahnes 9.
Eine Vorrichtung gemäß Fig. 2
ist deshalb schwierig herzustellen, weil das Leitungsstück 6 b vor Inbetriebsetzen
des Rostes 7 ganz von Treibstoff leer ist, was totales Auffüllen von 6 b
erfordert. Daraus ergeben sich delikate Probleme, die schwer miteinander zu vereinigen
sind, nämlich einerseits Schnelligkeit beim Auffüllen, und andererseits darf der
Treibstoffdurchfluß durch das Füllventil 11 nicht zu hoch sein.
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Um diesen beiden Beschränkungen Rechnung zu tragen, war es notwendig,
die Leitung 6 b abzuändern, indem man deren Inhalt auf das geringst mögliche
Maß herabsetzt (Hahn 9 so nah wie möglich bei Rost 7) oder indem man den Druck in
6 b auf einer bestimmten Höhe beibehält (niedriger als Arbeitsdruck in Rost 7),
so daß man nicht den vollen Arbeitsdruck herstellen muß.
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Diese letztere Ausführung ist in Fig. 3 dargestellt; sie arbeitet
wie folgt: In die Einspritzdüsen 8 von Rost 7 sind auf den nötigen Druck abgestimmte
Rückschlagventile 17 eingebaut; sie schließen sich sofort, wenn der Druck
in 6 b fällt. Diese Rückschlagventile dienen dazu, den Teil 6 b und den Rost 7 mit
Treibstoff unter niedrigem Druck gefüllt zu halten, wenn Rost 7 nicht in
Betrieb ist.
Bei Inbetriebsetzen des Rostes 7 dienen die Nebenschlußleitung
10 und das Füllventil 11 nicht mehr wie in Fig. 2 dazu, die leere Leitung
aufzufüllen, sondern sie sollen nur einen Druckzuschuß liefern, um den Ansprechdruck
der Rückschlagventile zu überwinden und den Arbeitsdruck von Rost 7 zu erreichen.
Eine derartige Ausführung arbeitet daher viel schneller als die Ausführung nach
Fig. 2.
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Wenn es nicht möglich ist, Rückschlagventile an den Einspritzdüsen
8 anzubringen, kann man sich durch ein einzelnes Rückschlagventil 16 helfen, das
dann am Treibstoffeintritt von Rost 7 angebracht wird. Die Inbetriebsetzungsphase
ist in diesem Fall etwas länger als mit Rückschlagventilen 17, denn zu der Zeit,
die nötig ist, das Leitungsstück 6 b zu füllen, kommt noch die Zeit, um die Rostringleitung
7 anzufüllen, hinzu.
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Die Erfindung erfaßt alle Treibstoffspeiseanlagen für Staustrahltriebwerke
und Kombinationen von Turbinen- mit Staustrahltriebwerken, die mit Einzel-oder Vielfachrosten
ausgerüstet sind. Sie kann in den Einzelheiten auch abgewandelt werden.
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Im allgemeinsten Fall bei einem Triebwerk mit n Rosten hat
ein jeder Komplex aus n -1 Rosten eine Füllvorrichtung nach der Erfindung,
d. h. eine Hauptleitung 6, einen Absperrhahn 9, eine Nebenschlußleitung
10, ein Füllventil 11, eine automatische Regelvorrichtung zum Öffnen
des Hahnes 9 und eventuell Rückschlagventile. Im Fall eines einzelnen Rostes
ist dieser in zwei oder mehrere Teile unterteilt, die jedes eine separate Treibstoffzufuhr
haben.