DE1148412B - Gas turbine jet engine - Google Patents

Gas turbine jet engine

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DE1148412B
DE1148412B DER27877A DER0027877A DE1148412B DE 1148412 B DE1148412 B DE 1148412B DE R27877 A DER27877 A DE R27877A DE R0027877 A DER0027877 A DE R0027877A DE 1148412 B DE1148412 B DE 1148412B
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gas turbine
branch
jet engine
temperature
turbine jet
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DER27877A
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German (de)
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Frederick William Walto Morley
Castle Donington
Donald Maynard Anley
Geoffrey Peter Torrance
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce PLC
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
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Description

Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem mit zwei Zweigen ausgestatteten Kanal zum Durchtritt eines heißen Gases (z. B. heiße Luft) und mit einem Steuerschieber, der durch eine Einstelleinrichtung derart einstellbar ist, daß wahlweise der eine oder der andere der Zweige abgesperrt wird, wobei gleichzeitig eine Öffnung des anderen Zweiges erfolgt.Gas turbine jet engine The invention relates to a gas turbine jet engine with a channel equipped with two branches for the passage of a hot gas (e.g. hot air) and with a control slide that is controlled by an adjusting device is adjustable in such a way that either one or the other of the branches is blocked off at the same time an opening of the other branch takes place.

Es ist bekannt, bei einer Gasturbinenanlage einen Kanal für die heißen Abgase des Triebwerkes vorzusehen, der zwei Zweige und ein einstellbares Zweiwegeventil aufweist, durch welches wahlweise die eine oder die andere der Zweige abgesperrt werden kann, während gleichzeitig der andere Zweig freigegeben wird. Dieses bekannte Zweiwegeventil dient dazu, die Abgase wahlweise nach verschiedenen Gasauslaßöffnungen zu führen, z. B. zu einer feststehenden Strahlauslaßdüse und einer auf einem Rotor angeordneten Rückstoßdüse. Bei dieser bekannten Anordnung war es nicht erforderlich, irgendwelche speziellen Anordnungen betreffend der Arbeitsweise des einstellbaren Zweiwegeventils zu treffen.It is known to have a duct for the hot in a gas turbine system Provide exhaust gases from the engine, the two branches and an adjustable two-way valve has, by which either one or the other of the branches is blocked off while the other branch is released at the same time. This well-known Two-way valve is used to selectively divert the exhaust gases to various gas outlet openings to lead, e.g. B. to a fixed jet outlet nozzle and one on a rotor arranged thrust nozzle. With this known arrangement it was not necessary any special arrangements regarding the operation of the adjustable To meet two-way valve.

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine solche Ventilanordnung, bei der es erforderlich ist, in gewissen Betriebsfällen ein sicheres Schließen des einen Zweiges zu gewährleisten, vorzugsweise auf eine Ventilanordnung, bei der ein Zweig nach einem Wärmeaustauscher führt und diesem heiße Abgase liefert, die zur Erwärmung des dem Triebwerk zuzuführenden Brennstoffs dienen.In contrast, the invention relates to such a valve arrangement, where it is necessary, in certain operating cases, to safely close the to ensure a branch, preferably on a valve arrangement in which a Branch leads to a heat exchanger and this supplies hot exhaust gases to the Serve heating of the fuel to be fed to the engine.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es in diesen Fällen zweckmäßig ist, Vorsorge dafür zu treffen, daß der nach dem Wärmeaustauscher füh- rende Zweig durch das Ventil augenblicklich abgeschlossen werden kann, wenn die Temperatur der heißen Gase einen Wert übersteigt, der aus Sicherheitsgründen für die Erwärmung des Brennstoffs in dem Wärmeaustauscher zulässig ist.The invention is based on the knowledge that in these cases it is expedient to take precautions so that the branch leading to the heat exchanger can be closed immediately by the valve when the temperature of the hot gases exceeds a value that is off Safety reasons for heating the fuel in the heat exchanger is permitted.

Gemäß der Erfindung ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk der eingangs genannten Bauart zu diesem Zweck in der Weise ausgebildet, daß eine in Abhängigkeit von der Temperatur des durch den Kanal hindurchtretenden Gases betätigte Steuereinrichtung dem Steuerschieber zugeordnet ist und daß die Steuereinrichtung den Steuerschieber von der Einstelleinrichtung freigibt und den Steuerschieber derart bewegt, daß ein vorbestimmter Zweig abgesperrt wird, wenn die Temperatur des durch den Kanal hindurchtretenden Gases einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Steuereinrichtung kann hierbei eine Auslöseeinrichtung aufweisen, die normalerweise die Einstelleinrichtung mit dem Steuerschieber verbindet und den durch den Kanal strömenden Gasen ausgesetzt ist, wobei diese Auslöseeinrichtung die Verbindung zwischen den Teilen unterbricht, wenn die Temperatur des durch den Kanal strömenden Gases einen vorbestimmten Wert überschreitet. Diese Auslöseeinrichtung ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Schmelzstift ausgebildet, dessen Schmelzpunkt so gewählt ist, daß er abscbmilzt, wenn die Temperatur des durch den Kanal strömenden Gases einen vorbestimmten Wert Überschreitet.According to the invention, a gas turbine jet engine is the initially described named design for this purpose designed in such a way that one in dependence control means operated by the temperature of the gas passing through the duct is assigned to the control slide and that the control device controls the control slide releases from the adjusting device and moves the spool so that a predetermined branch is shut off when the temperature of the passage through the channel Gases exceeds a predetermined value. The control device can have a triggering device, which normally includes the setting device connects to the control slide and exposed to the gases flowing through the channel is, whereby this release device interrupts the connection between the parts, when the temperature of the gas flowing through the channel is a predetermined value exceeds. This triggering device is according to an advantageous embodiment of the invention designed as a fusible pin, the melting point of which is selected so that it melts when the temperature of the gas flowing through the channel one Exceeds predetermined value.

Die Steuereinrichtung weist eine Federanordnung auf, die beim Ansprechen des Auslösers bzw. Ab- schmelzen des Stiftes den Steuerschieber im Sinne einer Absperrung des einen Zweiges betätigt.The control device comprises a spring assembly which operates in response of the trip device or waste of the pin to melt the spool in the sense of a blocking of a branch.

Gemäß der bevorzugten Ausführung, bei welcher ein Zweig mit einem Wärmeaustauscher zur Erwärmung des dem Triebwerk zuzuführenden Brennstoffes verbunden ist und der andere Zweig nach der Atmosphäre hin offen ist, wird die Einstelleinrichtung in an sich bekannter Weise durch einen Temperaturfühler gesteuert, der auf die Temperatur des flüssigen Brennstoffs anspricht.According to the preferred embodiment, in which a branch with a Heat exchangers connected to heat the fuel to be fed to the engine and the other branch is open to the atmosphere, becomes the adjusting device controlled in a manner known per se by a temperature sensor, which is based on the temperature of the liquid fuel responds.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teiles des erfindungsgemäßen Gasturbinentriebwerkes, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung eines vollständigen Gasturbinentriebwerkes, welches mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattet ist.Further advantages and details of the invention emerge from the description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows a sectional view of part of the gas turbine engine according to the invention, FIG. 2 shows a section along the line 2-2 according to FIG. 1, FIG. 3 shows a diagrammatic representation of a complete gas turbine engine which is equipped with the device according to the invention.

Gemäß Fig. 3 weist ein Gasturbinenstrahltriebwerk in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlaß 10, einen Kompressor 11, eine Verbrennungseinrichtung 12, eine Turbine 13 und ein Strahlrohr 14 auf.According to FIG. 3 , a gas turbine jet engine has an air inlet 10, a compressor 11, a combustion device 12, a turbine 13 and a jet pipe 14 one behind the other in the direction of flow.

Der Brennstoff für die Verbrennungseinrichtung 12 wird von einem Brennstoffbehälter 15 zugeführt und mittels einer Hilfspumpe 16 durch - ein Rohr 17 gepumpt, das durch einen Wärmeaustauscher 18 hindurchführt.The fuel for the combustion device 12 is supplied from a fuel tank 15 and by means of an auxiliary pump 16 through - a pumping pipe 17 which passes through a heat exchanger 18th

Der Brennstoff, der infolge seines Durchtritts durch den Wärmeaustauscher 18 enteist ist, wird einer Brennstoffsteuereinrichtung zugeführt, die aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung in Fig. 3 als Regelorgan 19 dargestellt ist, welches durch den Gashebel 20 des Flugzeugführers gesteuert wird. Von diesem Brennstoffregelorgan wird der Brennstoff einer Ringleitung 21 zugeführt, von welcher er nach den nicht dargestellten Brennem der Verbrennungseinrichtung 12 strömt.The fuel, which has been de-iced as a result of its passage through the heat exchanger 18 , is fed to a fuel control device which, for the sake of simplicity of the drawing, is shown in FIG. 3 as a control element 19 which is controlled by the pilot's throttle lever 20. From this fuel control element, the fuel is fed to a ring line 21, from which it flows to the burners, not shown, of the combustion device 12.

In dem Wärmeaustauscher 18 steht ein Rohr 22 in Wärmeaustausch mit dem Rohr 17. Durch dieses Rohr 22 wird heiße Luft geführt. Das Rohr 22 ist an einen Zweig 23 eines Ventils 24 angeschlossen, das auf dem Triebwerksgehäuse 25 befestigt ist. Der andere Zweig 26 des Ventils ist offen, so daß er mit der Außenluft in Verbindung steht.In the heat exchanger 18 , a pipe 22 is in heat exchange with the pipe 17. Hot air is passed through this pipe 22. The pipe 22 is connected to a branch 23 of a valve 24 which is fastened on the engine housing 25. The other branch 26 of the valve is open so that it is in communication with the outside air.

Ein Steuerschieber 27 ist durch eine weiter unten im einzelnen beschriebene Einrichtung allmählich von der in Fig. 1 dargestellten Stellung, in welcher er den Zweig 23 abschließt und eine Strömung durch den Zweig 26 zuläßt, in eine in der Zeichnung nicht dargestellte Stellung verstellbar, in welcher er den Zweig 26 abschließt und eine Strömung durch den Zweig 23 ermöglicht. Die Gesamtströmung der heißen Luft durch das Ventil 24 bleibt bei der dargestellten Bauart des Ventils konstant.A control slide 27 is gradually adjustable from the position shown in FIG. 1 , in which it closes off branch 23 and allows flow through branch 26 , into a position not shown in the drawing, in which it closes off branch 26 and enables flow through branch 23. The total flow of hot air through valve 24 remains constant in the illustrated type of valve.

Das eine Ende 28 einer Führung 29 ist am Triebwerksgehäuse 25 derart befestigt, daß es mit dem Ventil 24 in Verbindung steht. Das andere oder innere Ende 30 der Führung 29 steht mit einem Kanal 31 in Verbindung, durch welchen Luft hindurchströmt, die entweder durch den Staudruck verdichtete Luft oder durch den Kompressor 11 verdichtete Luft ist.One end 28 of a guide 29 is fastened to the engine housing 25 in such a way that it is in communication with the valve 24. The other or inner end 30 of the guide 29 is connected to a channel 31 through which air flows, which is either air compressed by the dynamic pressure or air compressed by the compressor 11 .

Die durch den Kanal 31 strömende Luft ist erhitzt, und zwar als Folge davon, daß sie über heiße Ober-:flächen innerhalb des Triebwerkes geströmt ist, wo sie zwecks Kühlung und Abdichtung benutzt wurde.The air flowing through duct 31 is heated as a result of having passed over hot surfaces within the engine where it was used for cooling and sealing.

Ein Beispiel der Benutzung der Luft für Dichtungszwecke ist in Fig. 1 dargestellt.# Gemäß Fig. 1 ist in der Nähe einer Turbinenscheibe 33 eine Labyrinthdichtung 32 vorgesehen. Die Verbrennungseinrichtung 12 weist Brennkammern 34 auf. Wenn die in den Brennkammem 34 erzeugten heißen Gase infolge einer Undichtigkeit auf die Stim 35 der Turbinenscheibe 33 gelangen sollten, verhindert die Dichtung 32 ein Einströmen der heißen Gase in den Kanal 31. Dies ist eine Folge davon, daß der Luftdruck in dem Kanal 31 größer ist als der Druck der heißen Gase, so daß durch die Dichtung 32 nur Luft, nicht aber heiße Gase hindurchtreten.An example of the use of the air for sealing purposes is shown in Fig. 1. According to Fig. 1 , a labyrinth seal 32 is provided in the vicinity of a turbine disk 33. The combustion device 12 has combustion chambers 34. If the hot gases generated in the combustion chambers 34 should reach the end 35 of the turbine disk 33 as a result of a leak, the seal 32 prevents the hot gases from flowing into the channel 31. This is a consequence of the fact that the air pressure in the channel 31 is greater is than the pressure of the hot gases, so that only air but not hot gases pass through the seal 32.

Der Steuerschieber 27 ist mittels eines Schmelzstiftes 36 an einem Arm 37 befestigt, der auf einer drehbar gelagerten Welle 38 mittels Keilverzahnung aufgesetzt ist. Der Arm 37 wird durch eine Verriegelungsmutter 40 gegen eine Schulter 39 auf der Welle 38 gehalten. Die Welle 38 ist an gegenüberliegenden Enden in Lagern 41, 42 gelagert, die von dem Ventil 24 getragen werden.The control slide 27 is fastened by means of a fusible pin 36 to an arm 37 which is placed on a rotatably mounted shaft 38 by means of splines. The arm 37 is held against a shoulder 39 on the shaft 38 by a locking nut 40. The shaft 38 is supported at opposite ends in bearings 41, 42 carried by the valve 24.

Der Ventilschieber 27 weist einen rohrförmigen Teil 43 auf, der in einer rohrförmigen Einschnürung 44 des Ventils 24 drehbar gelagert ist. Ein topfartig gestalteter Teil 45 weist einen zylindrischen Ansatz 46 auf, der mittels Keilverzahnung oder auf andere Art und Weise mit dem rohrförmigen Teil 43 des Ventilschiebers 27 verbunden ist.The valve slide 27 has a tubular part 43 which is rotatably mounted in a tubular constriction 44 of the valve 24. A pot-shaped part 45 has a cylindrical extension 46 which is connected to the tubular part 43 of the valve slide 27 by means of splines or in some other way.

Auf der Welle 38 ist ein kreisringförmiges Federgehäuse 47 mittels Keilverzahnung befestigt, und zwischen diesem Gehäuse 47 und dem topfartig gestalteten Teil 45 liegt eine Spiralfeder 48.An annular spring housing 47 is fastened to the shaft 38 by means of splines, and a spiral spring 48 is located between this housing 47 and the cup-shaped part 45.

Auf der Welle 48 ist ein Arm 49 befestigt, der von dieser Welle radial nach außen steht. Der Arm 49 ist über in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen mit einer auf die Temperatur ansprechenden Vorrichtung 18' verbunden, die auf dem Wärineaustauscher 18 befestigt ist.An arm 49 is attached to the shaft 48 and projects radially outward from this shaft. The arm 49 is connected via devices not shown in the drawing to a temperature-responsive device 18 ′ which is fastened on the heat exchanger 18.

Wenn im Betrieb die Temperatur des durch das Rohr 17 strömenden Brennstoffes auf einem vorbestimmten niedrigen Wert lieg bewirkt die auf Temperatur ansprechende Einrichtung 18' auf dem Wärmeaustauscher 18 eine Drehung der Welle 38 in eine Stellung, in welcher der Ventilschieber 27 den Zweig 26 absperrt. So wird verhindert, daß die durch die Führung 29 strömende Luft in die Atmosphäre austritt, und sie wird durch den Zweig 23 und das Rohr 22 abgezogen, so daß eine Enteisung des Brennstoffes bewirkt wird.If, during operation, the temperature of the fuel flowing through the pipe 17 is at a predetermined low value, the temperature-responsive device 18 ' on the heat exchanger 18 causes the shaft 38 to rotate into a position in which the valve slide 27 closes the branch 26 . The air flowing through the guide 29 is thus prevented from escaping into the atmosphere and it is drawn off through the branch 23 and the pipe 22, so that defrosting of the fuel is effected.

Wenn jedoch die Temperatur der heißen, durch die Führung 29 strömenden Luft übermäßig ansteigt (z. B. weil eine Dichtung ausfällt und die Luft mit den Gasen aus der Verbrennungseinrichtung 12 oder der Turbine 13 gemischt wird), schmilzt der Schmelzstift 36. Demgemäß wird gleichzeitig der Steuerschieber 27, wenn er gerade den Zweig 26 absperrt, durch die Feder 48 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung gedrückt, in welcher er den Zweig 23 absperrt. Dadurch wird verhindert, daß übermäßig heiße Luft in den Zweig 23 eintritt, und diese heiße Luft wird statt dessen nach außen geleitet. Dies ist notwendig, da die übermäßig heiße Luft sonst eine Verdampfung des Brennstoffes bewirken könnte, was wiederum eine Explosion zur Folge haben könnte.However, if the temperature of the hot air flowing through the duct 29 rises excessively (e.g., because a seal fails and the air is mixed with the gases from the combustor 12 or turbine 13 ), the fusible pin 36 will melt. Accordingly, at the same time the control slide 27, when it is just shutting off the branch 26 , is pressed by the spring 48 into the position shown in FIG. 1 , in which it shuts off the branch 23. This prevents excessively hot air from entering branch 23 and instead directs that hot air outside. This is necessary because the excessively hot air could otherwise cause the fuel to evaporate, which in turn could result in an explosion.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem mit zwei Zweigen ausgestatteten Kanal zum Durchtritt eines heißen Gases (z. B. heißer Luft) und mit einem Steuerschieber, der durch eine Einstelleinrichtung derart einstellbar ist, daß wahlweise der eine oder der andere der Zweige abgesperrt wird, wobei gleichzeitig eine öffnung des anderen Zweiges erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Abhängigkeit von der Temperatur des durch den Kanal (29) hindurchtretenden Gases betätigte Steuereinrichtung (36, 46, 48) dem Steuerschieber (27) zugeordnet ist und daß die Steuereinrichtung den Steuerschieber von der Einstelleinrichtung (37, 38) freigibt und den Steuerschieber derart bewegt, daß ein vorbestimmter Zweig (23) abgesperrt wird, wenn die Temperatur des durch den Kanal hindurchtretenden Gases einen vorbestimmten Wert Überschreitet. 2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Auslöseeinrichtung(36) aufweist, die normalerweise die Einstelleinrichtung (37, 38) mit dem Steuerschieber (27) verbindet und den durch den Kanal strömenden Gasen ausgesetzt ist, und daß diese Auslöseeinrichtung die Verbindung zwischen den Teilen unterbricht, wenn die Temperatur des durch den Kanal strömenden Gases einen vorbestimmten Wert überschreitet. 3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (36) als Schmelzstift ausgebildet ist, dessen Schmelzpunkt so gewählt ist, daß er abschmilzt, wenn die Temperatur des durch den Kanal strömenden Gases einen vorbestimmten Wert überschreitet. 4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Feder (48) aufweist, die beim Ansprechen der Auslöseeinrichtung (36) und Aufhebung der Verbindung zwischen der Einstelleinrichtung (37, 38) und dem Schieber (27) den letzteren derart bewegt, daß ein vorbestimmter Zweig (23) der beiden Zweige des Kanals abgesperrt wird. 5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (48) die Einstelleinrichtung (37, 38) mit dem Schieber (27) verbindet. 6. Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Zweig mit einem Wärineaustauscher verbunden ist und der andere Zweig nach der Atmosphäre hin offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (18) flüssigen, dem Triebwerk zuzuführenden Brennstoff erhitzt und daß die Einstelleinrichtung (37, 38) in an sich bekannter Weise durch einen Temperaturfühler (18) gesteuert wird, der auf die Temperatur des flüssigen Brennstoffs anspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 873 628; deutsche Auslegeschrift Nr. 1. 035 977; schweizerische Patentschrift Nr. 321658; britische Patentschriften Nr. 737 521, 659 151. PATENT CLAIMS: 1. Gas turbine jet engine with a duct equipped with two branches for the passage of a hot gas (e.g. hot air) and with a control slide which can be adjusted by an adjusting device in such a way that either one or the other of the branches is blocked, the other branch being opened at the same time, characterized in that a control device (36, 46, 48) actuated as a function of the temperature of the gas passing through the channel (29) is assigned to the control slide (27) and that the control device is assigned to the control slide of the adjusting device (37, 38) and moves the control slide in such a way that a predetermined branch (23) is shut off when the temperature of the gas passing through the channel exceeds a predetermined value. 2. Gas turbine jet engine according to claim 1, characterized in that the control device has a triggering device (36) which normally connects the adjusting device ( 37, 38) to the control slide (27) and is exposed to the gases flowing through the channel, and that this triggering device the connection between the parts is interrupted when the temperature of the gas flowing through the channel exceeds a predetermined value. 3. Gas turbine jet engine according to claim 2, characterized in that the triggering device (36) is designed as a fusible pin, the melting point of which is selected so that it melts when the temperature of the gas flowing through the channel exceeds a predetermined value. 4. Gas turbine jet engine according to claim 2 and 3, characterized in that the control device has a spring (48) which, when the triggering device (36) responds and the connection between the adjusting device (37, 38) and the slide (27) is triggered, the latter moved in such a way that a predetermined branch (23) of the two branches of the channel is shut off. 5. Gas turbine jet engine according to claim 4, characterized in that the spring (48) connects the adjusting device (37, 38) to the slide (27) . 6. Gas turbine jet engine according to one of the preceding claims, in which one branch is connected to a heat exchanger and the other branch is open to the atmosphere, characterized in that the heat exchanger (18) heats liquid fuel to be supplied to the engine and that the adjusting device ( 37, 38) is controlled in a manner known per se by a temperature sensor (18) which responds to the temperature of the liquid fuel. Documents considered: German Patent No. 873 628; German Auslegeschrift No. 1 035 977; Swiss Patent No. 321658; British Patent Nos. 737 521, 659 151.
DER27877A 1959-05-01 1960-04-29 Gas turbine jet engine Pending DE1148412B (en)

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