DE1401278C - Brennstoffregeleinrichtung fur ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrich- Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist ein Brenn-

tung für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer von stofftank 10 über eine Leitung 12, in der sich eine

diesem angetriebenen Brennstoff-Zentrifugalpumpe, Brennstoff-Förderpumpe 13 befindet, mit dem erfin-

in deren zu den Triebwerksbrennern führender dungsgemäßen Brennstoffregler verbunden. Mit dem Druckleitung ein Regelventil angeordnet ist, dessen 5 Brennstoffregler läßt sich der Brennstoff den nicht

Ventilkolben allein durch zwei gegeneinander wir- gezeigten Brennern eines Gasturbinentriebwerks

kende gleich große Kolbenflächen verstellbar ist, auf entsprechend der Drehzahl und dem Verdichter-

die ein vom Druck in einer Stufe des Triebwerks- enddruck zumessen.

Verdichters abgeleiteter Steuermitteldruck bzw. der Der Brennstoffregler besteht aus einem Gehäuse

von der Pumpe erzeugte, von der Triebwerksdreh- io 14 mit einer Ausnehmung 16, in welcher der Rotor

zahl abhängige Druck einwirken. einer Zentrifugalpumpe 15 angeordnet ist. Der Rotor

An solche Einrichtungen werden verschiedene wird von einer Welle 17 gehalten, welche in einem

Forderungen gestellt, um die Brennstoffzufuhr den angeflanschten Deckel 18 gelagert ist. Dieser ist an

jeweiligen Betriebsbedürfnissen anpassen zu können. das Gehäuse 14 angeschraubt. Der Rotor ist an der

Bisher war es üblich, die in Abhängigkeit von 15 Saugseite 19 der Pumpe mit rippenartigen Flügeln

Betriebskennwerten arbeitenden Geräte als Einzel- ausgestattet.

aggregate auszubilden, die dann in einer räumlich Die Welle 17 ist mit der (nicht gezeigten) Turbinenaufwendigen und verwickelten Anlage zusammen- welle verbunden. Die Welle 17 trägt das Gehäuse 17' gefaßt wurden. eines Drehzahlreglers 20, welcher zwei zueinander

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ao schwenkbar angeordnete Arme 21 aufweist, an wel-

einfache, leichte und kompakte Brennstoffregel- chen Fliehgewichte 22 angebracht sind. Die Arme 21

einrichtung für Gasturbinentriebwerke zu schaffen, stehen mit dem einen Ende eines Bolzens 23 in Be-

die mit der erforderlichen hohen Betriebssicherheit rührung, der vom inneren Ring eines Kugellagers 24

arbeitet. in einer Büchse 25 gehalten wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer 25 Der über das Kugellager 24 hinausreichende Teil

Brennstoffregeleinrichtung der eingangs genannten des Bolzens 23 weist Getriebezähne auf, welche mit

Bauart dadurch gelöst, daß die eine in einem Raum den Zähnen von Planetenrädern 26 kämmen, welche

gelegene Fläche des Ventilkolbens durch eine von Spindelwellen 25' frei drehbar gehalten werden.

Leitung, eine Kammer, eine Steueröffnung und eine Diese werden zwischen der Buchse 25 und einem

weitere Kammer mit der Druckleitung der Pumpe 30 am Ende eines Steuerschiebers 28 gebildeten Flansch

verbunden ist, daß diese Steueröffnung durch einen 27 getragen.

ersten Steuerschieber dadurch änderbar wird, daß Die Planetenräder 26 kämmen mit der Innendieser durch eine von einem Druck des Triebwerks- verzahnung einer Hülse 29, welche in einer Bohrung Verdichters beaufschlagte Druckdose od. dgl. ver- 30 des Gehäuses 14 durch Kerbverzahnung verschiebbar ist, daß die anders in einem Raum ge- 35 schiebbar gelagert ist. In der Hülse 29 liegt eine legene Fläche des Ventilkolbens mit der Druckleitung Feder 31, welche sich zwischen dem einen Ende der der Pumpe durch eine Leitung verbunden ist, in der Hülse und einem Schulterglied 32 abstützt; dieses eine Drossel angeordnet ist, daß der Raum mit der wird vom Außenring des Kugellagers 33 gehalten, Saugseite der Pumpe über eine Ausgleichsöffnung welches vom Steuerschieber 28 getragen wird,
verbunden ist, in der ein zweiter Steuerschieber durch 4° Der Steuerschieber 28 ist durch die Hülse 29 geeinen vom Triebwerk angetriebenen Drehzahlregler führt, erstreckt sich durch eine Ausgleichsöffnung derart verschiebbar ist, daß bei Überschreiten einer 34, welche in der Endwand 35 des Gehäuses 14 einstellbaren Drehzahl der Ventilkolben durch Druck- liegt, und ragt in einen Raum 36 hinein. Dieser wird anstieg im Raum plötzlich in Schließrichtung bewegt durch die Endwand 35, einen ringförmigen Vorwird. 45 sprung 37 an der Endwand 35 und durch einen

Zweckmäßigerweise ist bei dieser Brennstoffregel- Deckel 38 begrenzt. Das in den Raum 36 hineineinrichtung nach der Erfindung Vorsorge zum Aus- ragende Ende des Steuerschiebers 28 trägt ein Angleich verschiedener Brennstoffdichten getroffen, in- triebsritzel 39 und wird von einem Kugellager 40 dem die Drossel verstellbar ausgebildet ist. gehalten, dessen Außenring im Deckel 38 axial gleit-

Zur Vermeidung des Festfressens sind in an sich 50 bar angeordnet ist. Verstellbare Anschläge 41 und 42

bekannter Weise Steuerschieber und Ventilkolben mit dienen zur Begrenzung der axialen Bewegung des

einem Satz Antriebsräder verbunden, so daß sie Steuerschiebers 28, während der in der Ausgleioas-

ständig in Drehung befindlich sind. Öffnung 34 angeordnete Teil des Steuerschieber:: 28

Der erster Steuerschieber weist zweckmäßigerweise mit mehreren Kerben 43 versehen ist, deren Tiefe

ringförmige Lippendichtungen auf, an denen Rück- 55 sich in axialer Richtung auf den Raum 36 zu ver-

schlagventile vorgesehen sind, die den Aufbau eines größen.

Druckunterschieds in verkehrter Richtung verhindern. Die Vorspannung der Feder 31 dient zur Belastung

Der erste Steuerschieber und der zweite Steuer- der Fliehgewichte 22. Dazu kann die Außenfläche

schieber tragen zweckmäßigerweise keilförmige der Hülse 29 mit einer nicht gezeigten Zahnstange

Kerben, die in Verbindung mit im Gehäuse ausgebil- 60 versehen sein, die mit einer ebenfalls nicht gezeigten

deten Steuerkanten die Steueröffnung bzw. die Aus- Schnecke in Verbindung steht. Dieses Schnecken-

gleichsöffnung bilden. Hierdurch wird eine sehr fein- getriebe ist mit dem Gashebel des Piloten verbunden,

fühlige Einstellung gewährleistet. so daß die Hülse 29 axial bewegt werden kann, um

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines die Feder 31 bei Drehung de3 Schneckenrads zu-Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Sj sammenzupressen. Damit der Steuerschieber 28 von einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor- der Welle 17 gedreht wird, ist die Feder 31 so anrichtung wiedergebenden Zeichnung näher beschrie- geordnet, daß sie den Bolzen 23 dauernd an die ben werden. . Regierarme 21 andrückt.

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Im Gehäuse 14 sind Kammern 44 und 45 an- Bei Höchstdrehzahl fällt jedoch der Pumpengeordnet, die miteinander über eine Steueröffnung 46 einlaßdruck ab, und der Verdichterenddruck steigt in Verbindung stehen. Die Kammer 45 ist über eine an. Um nun diesen Druckabfall an den Dichtungen Bohrung 47 mit den Auslaßöffnungen des Rotors der 58 und 59 in entgegengesetzter Richtung mit entPumpe 15 verbunden. Um den Brennstoffdurchfluß 5 sprechendem Verschleiß der Dichtungen zu verdurch die Steueröffnung 46 zu regeln, ist ein Steuer- hindern, sind nicht gezeigte Rückschlagventile in schieber 48 im Gehäuse 14 derart angebracht, daß Bohrungen 58' und 59' vorgesehen, welche mit dem er durch die Steueröffnung 46 führt. Das eine Ende Einlaß der Pumpe 15 in Verbindung stehen,
des Steuerschiebers 48 wird von einem Lager 49 im Ein Kolben 60, dessen axiale Stellung unter anGehäuse gehalten, während das andere Ende des io derem vom Druckabfall an der Steueröffnung 46 ab-Steuerschiebers durch die Endwand 35 und durch hängt, ist in einer Bohrung 61 im Gehäuse 14 anden Raum 36 führt und über ein dazwischen- gebracht. Die Bohrung 61 ist innerhalb des Kolbens liegendes Kugellager 49' mit einer evakuierten 60 über eine Leitung 62 mit der Kammer 44 ver-Druckdose 50 verbunden ist, die in einem am bunden. Diese Bohrung 61 hat einen Auslaß 63, wel-Deckel 38 angebrachten Gehäuse 51 angeordnet ist. 15 eher mit den Brennern des Triebwerks über eine

Die Druckdose 50 ruft eine axiale Bewegung des nicht gezeigte Leitung in Verbindung steht. Das eine Steuerschiebers 48 hervor, wenn sich der im Ge- Ende des Kolbens 60 liegt im Raum 36 und ist mit häuse 51 herrschende, vom Raum zwischen den einem Zahnrad 64 versehen, welches mit dem Drosselstellen 52 und 53 zugeführte Druck ändert. Zwischenzahnrad 56 kämmt, wodurch der Kolben 60 Die Drosselstelle 53 ist über eine nicht gezeigte ao in der Bohrung 61 gedreht wird. Diese Drehung des Leitung mit der Endstufe des Triebwerksverdichters, Kolbens verringert die Gefahr des Festsetzens,
die Drosselstelle 52 mit der Umgebungsluft verbunden. Bei gleichem Druck im Raum 36 und in der Boh-

Das Innere der Druckdose SO kann statt eines rung 61 befindet sich der Kolben 60 in einer ausVakuums vom Eintrittsdruck oder vom Druck einer geglichenen Lage. Wenn jedoch zwischen diesem Zwischenstufe des Verdichters beaufschlagt werden, as Raum 36 und der Bohrung 61 ein Druckunterschied

Mehrere Kerben 54 sind in dem Teil des Steuer- auftritt, so bewegt sich der Kolben 60 in Richtung Schiebers 48 ausgebildet, welcher durch die Steuer- auf den Bereich kleineren Drucks,
öffnung 46 führt; jede Kerbe 54 wird in axialer Rieh- Der Brennstoff wird über eine Leitung 65 dem

tung um so tiefer, je.mehr sie sich von der Steuer- Raum36 zugeführt. Diese Leitung65 steht mit einer öffnung 46 in Richtung auf die Kammer 45 entfernt. 30 Bohrung 47 oberhalb der öffnung 46 in Verbindung Wenn sich die Druckdose 50 zusammenzieht und der und hat eine Drossel 66. In der Leitung 65 kann sich Steuerschieber 48 (in der Zeichnung) nach links be- noch ein Filter (hier nicht gezeigt) befinden. Ein Teil wegt, bilden die Kerben 54 in der Steueröffnung 46 des im Raum 36 befindlichen Brennstoffs wird der eine größere Tiefe und erlauben einen stärkeren Saugseite 19 der Pumpe 15 über die Ausgleichs-Brennstoffdurchlaß durch die öffnung. Ein Zahnrad 35 öffnung 34 wieder zugeführt. Die relativen Flächen 55 ist an demjenigen Teil des Steuerschiebers 48 an- der Drossel 66 und der Ausgleichsöffnung 34 sind so gebracht, welcher sich im Raum 36 befindet. Dieses bemessen, daß ein bestimmter Druckabfall zwischen Zahnrad kämmt mit einem im Raum 36 befindlichen dem Pumpenförderdruck und dem im Raum 36 Zwischenzahnrad 56. Dieses wird vom Ritzel 39 auf herrschenden Druck erhalten wird. Die Pumpe 15 ist dem Steuerschieber 28 gedreht. Wenn somit der 40 so ausgebildet, daß der Pumpenförderdruck etwa Steuerschieber 28 von der Turbinenwelle gedreht proportional dem Quadrat der Turbinendrehzahl mal wird, dreht sich auch der Steuerschieber 48. Die der Brennstoffdichte ist.

Drehung der Steuerschieber 28 und 48 verringert die Der Querschnitt der Drossel 66 ist vorzugsweise

Gefahr, daß diese Teile durch Schmutz oder Eis des durch nicht gezeigte Mittel verstellbar, um Dichtedurchströmenden Brennstoffs in ihrer Funktion be- 45 änderungen bei verschiedenen Brennstoffsorten aushindert werden. zugleichen. Die Drossel 66 kann demnach so ein-

Um einen Druckausgleich für den Steuerschieber gestellt werden, daß unabhängig von der verwendeten

48 zu schaffen, ist dieser auf seiner gesamten Länge Brennstoffsorte die durch die Leitung 65 fließende mit einer axialen Bohrung 57 versehen. Dadurch Brennstoffmenge auf einem bestimmten vorher festwird der Druck im Gehäuse 51 auf dasjenige Ende 5° gelegten Wert gehalten wird. Die Vorrichtung zur des Steuerschiebers 48 ausgeübt, welches im Lager Verstellung der Verengung kann in Einheiten der

49 ruht. Brennstoffdichte geeicht sein.

Ringförmige Lippendichtungen 58 und 59 (bei- Bei Betrieb des oben beschriebenen Brennstoffspielsweise aus Gummi) sind auf der Spindel 48 zwi- reglers wird Brennstoff aus dem Tank 10 durch die sehen dem Raum 36 und dem Gehäuse 51 und zwi- 55 Pumpe 15 gefördert und über die Bohrung 47 der sehen der Kammer 45 und dem Lager 49 angebracht. Kammer 45 zugeführt; der Brennstoff wird durch die Durch den Druckunterschied an diesen Dichtungen öffnung 46, deren Größe — wie beschrieben — von 58 und 59 ist an ihnen ein viskoses Durchtreten mög- der Stellung des Steuerschiebers 48 abhängt, zulich, wodurch sie unter Verminderung der Reibung gemessen. Der Brennstoff fließt dann über die Leibenetzt werden. 60 tung 62 in die Bohrung 61 und über den Auslaß 63

Die sich gegenüberliegenden Flächen der Dich- zu den Brennern des Triebwerks,
tungen 58 und 59 sind dem Unterschied zwischen Gleichzeitig strömt Brennstoff durch die Leitung dem verringerten Verdichterenddruck und dem am 65 und die Drossel 66 in den Raum 36 und dann Eintritt der Pumpe 15 herrschenden Druck aus- über die Ausgleichsöffnung 34 zurück zur Saugseite gesetzt. Bei Startbedingungen ist der Druck am Ein- 65 19 der Pumpe. Dadurch wird ein bestimmter Drucktritt der Pumpe größer als der Verdichterenddruck, abfall zwischen dem in der Kammer 45 und im Raum so daß an den Dichtungen 58 und 59 ein Drack- 36 herrschenden Druck erhalten. Der Durchfluß abfall in einer Richtung besteht. durch die Ausgleichsöffnung 34 wird durch die axiale

Stellung des Steuerschiebers 28 bestimmt. Diese Stellung bestimmt sich — bis der Regler 20 zu arbeiten anfängt — durch die Vorspannung der Feder 31. Diese Feder 31 verursacht in zusammengepreßtem Zustand eine axiale Bewegung des Steuerschiebers 28 nach rechts (s. Figur) und stellt dabei eine größere Tiefe der Kerben 43 an der Ausgleichsöffnung 34 ein. Während des Beschleunigens wird die Stellung des Steuerschiebers 28 durch die Stellung des verstellbaren Anschlags 42 bestimmt, um einen maximalen Durchfluß durch die öffnung 34 zu gestatten.

Das Ausmaß des Zusammenpressens der Feder 31 bestimmt die Grundeinstellung des Reglers 20, indem dieser Regler den Widerstand der Feder 31 überwindet, wenn eine bestimmte Drehzahl erreicht ist und eine axiale Bewegung des Steuerschiebers 28 nach links erzielt wird, wie es in der Figur wiedergegeben ist.

Sollte demzufolge der Druckabfall an der Steueröffnung 46 den Druckabfall zwischen Pumpendruck und Druck im Raum 36, d. h. den Druckabfall an der Drossel 66, überschreiten, so wird der Kolben 60 (in der Figur) nach rechts bewegt, wodurch der E rennstoffdurchfluß durch den Auslaß 63 so lange verringert wird, bis der Druck in der Bohrung 61 dem im Raum 36 gleich ist. Damit wird die Brennstoffzufuhr zu den Brennern des Triebwerks auf einen angemessenen Wert verringert.

Beim Ansteigen der Turbinendrehzahl steigt auch der Enddruck des Triebwerksverdichters an; dadurch wird die Druckdose SO fortschreitend zusammengepreßt, wobei sich der Steuerschieber 48 in der Figur nach links bewegt und eine größere Kerbe 54 für die Steueröffnung 46 zur Verfügung stellt; hierdurch wird der Druckabfall an der Steueröffnung verringert, so daß der Druck in der Bohrung 61 ansteigt. Der Kolben 60 wird deshalb nach links bewegt, so daß zu den Brennern mehr Brennstoff strömt.

Mit steigendem Brennstoffzufluß zu den Brennern steigen auch Turbinendrehzahl und Pumpenenddruck an; es entsteht auch ein Druckanstieg im Raum 36. Der Zufluß zu den Brennern muß demnach auch ansteigen, damit sich der Druck im Raum 36 dem Druck in der Bohrung 61 angleicht, worauf der Kolben 60 in hydraulischem Gleichgewicht ist.

Wenn jedoch der Druckabfall an der Steueröffnung 46 den Druckabfall zwischen dem Pumpendruck und dem Druck im Raum 36 überschreitet, so wird — wie bereits beschrieben — der Brennstoffzufluß zu den Brennern verringert.

Wenn sich bei einer gegebenen Einstellung der Feder 31 die Turbinendrehzahl dem Höchstwert nähert, so bewegen die Reglerarme 21 den Steuerschieber 28 nach links (s. Zeichnung), wodurch der Durchflußquerschnitt der Ausgleichsöffnung 34 durch die Kerben 43 verringert wird. Der Druck im Raum steigt somit an und übersteigt den Druck in der Bohrung 61; hierdurch wird der Kolben nach rechts bewegt und verringert den Brennstoffzufluß zu den Brennern.

Die im vorigen Abschnitt beschriebene Arbeitsweise erfolgt, wie auch immer die Einstellung der Feder 31 sein mag. Bei einer Verzögerung überwindet die von den Gewichten 22 ausgeübte Kraft die Kraft der Feder 31, und der Außenring des Lagers 40 wird zum Anschlag 41 bewegt, bis er diesen berührt.

Beim Starten reicht der von der Zentrifugalpumpe erzeugte Druck nicht aus, um die Beschleunigung des Triebwerks hervorzurufen. Deshalb ist die Förderpumpe 13 vorgesehen, die einen beim Starten ausreichenden Druck erzeugt, um die Brenner mit der für die Beschleunigung benötigten Brennstoffmenge zu versorgen. Die Förderpumpe kann auch so ausgebildet sein, daß sie ihren Förderdruck verringert, wenn die Zentrifugalpumpe einen für die Beschleunigung ausreichenden Druck erzeugt.

Damit auch bei abgestelltem Triebwerk die Vorrichtung mit Brennstoff angefüllt bleibt, ist der Kolben 60 vorzugsweise so mit dem Gashebel des Piloten verbunden, daß bei Nullstellung des Gashebels der Kolben 60 die Auslaßöffnung 63 verschließt und den Brennstoff in der Vorrichtung zurückhält.

Der Brennstofffluß vom Raum 36 zur Eingangsseite der Pumpe 15 kann statt über die Kerben 43 auch über eine axiale Bohrung in der Welle 28 erfolgen, wobei die Größe dieser axialen Durchtrittsöffnung durch ein Nadelventil verändert werden kann, dessen Stellung gegenüber der öffnung durch den Regler 20 gesteuert wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer von diesem angetriebenen Brennstoff-Zentrifugalpumpe, in deren zu den Triebwerksbrennern führender Druckleitung ein Regelventil angeordnet ist, dessen Ventilkolben allein durch zwei gegeneinander wirkende gleich große Kolbenflächen verstellbar ist, auf die ein vom Druck in einer Stufe des Triebwerksverdichters abgeleiteter Steuermitteldruck bzw. der von der Pumpe erzeugte, von der Triebwerksdrehzahl abhängige Druck einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die eine in einem Raum (61) gelegene Fläche des Ventilkolbens (60) durch eine Leitung (62), eine Kammer (44), eine Steueröffnung (46) und eine Kammer (45) mit der Druckleitung (47) der Pumpe (15) verbunden ist, daß diese Steueröffnung durch einen ersten Steuerschieber (48) dadurch änderbar wird, daß dieser durch eine von einem Druck des Triebwerksverdichters beaufschlagte Druckdose (50) od. dgl. verschiebbar ist, daß die andere in einem Raum (36) gelegene Fläche des Ventilkolbens (60) mit der Druckleitung der Pumpe durch eine Leitung (65) verbunden ist, in der eine Drossel (66) angeordnet ist, daß der Raum (36) mit der Saugseite

(19) der Pumpe über eine Ausgleichsöffnung (34) verbunden ist, in der ein zweiter Steuerschieber (28) durch einen vom Triebwerk angetriebenen Drehzahlregler (20) derart verschiebbar ist, daß bei Überschreiten einer einstellbaren Drehzahl der Ventilkolben (60) durch Druckanstieg im Raum (36) plötzlich in Schließrichtung bewegt wird.

2. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (66) zum Ausgleich verschiedener Brennstoffdichten verstellbar ausgebildet ist.

3. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerschieber (48), der zweite Steuerschieber (28) und der Ventilkolben (60) durch einen Satz Antriebsräder (39, 56, 55, 64) durch den Drehzahlregler

(20) drehbar sind.

4. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Steuerschieber (48) ringförmige Lippendichtungen vorgesehen sind, an denen Rückschlagventile den Aufbau eines Druckunterschieds in verkehrter Richtung verhindern.

5. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerschieber (48) und der zweite Steuerschieber (28) keilförmige Kerben (54 bzw. 43) aufweisen, die in Verbindung mit im Gehäuse ausgebildeten Steuerkanten die Steueröffnung (46) bzw. die Ausgleichsöffnung (34) bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 620/13