DE1426321B2 - Steuervorrichtung fuer die zufuhr fluessigen brennstoffs zu brennerduesen - Google Patents

Description

der deutschen Patentschrift 1 056 877 bekannt. Bei io pumpe wird jedoch nach wie vor durch das Einlaßder dort verwendeten Dampfkem-Zentrifugalpumpe Steuerventil der Zentrifugalpumpe bestimmt, ergeben sich je nach Stellung des Einsatzsteuerventils Die erfindungsgemäße Durchsatzregelung der

der Pumpe eine unterschiedliche radiale Stärke des Dampfkem-Zentrifugalpumpe wird somit durch die Flüssigkeitsrings und damit ein unterschiedlicher Aus- Kombination eines Einlaßsteuerventils mit einem Bygangsdruck, so daß sich bei einer einen Strömungs- 15 pass-Steuerventil erreicht. Hierbei ist das Bypasswiderstand darstellenden Verbrauchseinrichtung Steuerventil nur dann wirksam, wenn das Einlaß-(Brennerdüsen) die Fördermenge entsprechend steuerventil eine die Einlaßströmung der Pumpe drosändert. Diese Art der Regelung des Brennstoffdurch- selnde Stellung einnimmt.

satzes hat sich jedoch insofern als nachteilig erwiesen, An Hand der Zeichnungen werden zwei bevorzugte

als das Ansprechverhalten der Steuervorrichtung bei 20 Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Teilbeaufschlagung der Zentrifugalpumpe verhältnis- Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer ersten erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,

Fig. 2 das Schema einer zweiten erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Steuervorrichtung ist eine Dampfkern-Zentrifugalpumpe 1 für die Zufuhr flüssigen Brennstoffs zu den Nachbrennerdüsen eines Gasturbinentriebwerks vorgesehen. Der Brennstoff

spricht, als die bekannte Steuervorrichtung. Dies wird 30 wird den Nachbrennerdüsen durch eine Brennstofferfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an die Druck- leitung 2 zugeführt. Die Dampfkern-Zentrifugalleitung der Pumpe eine zu einer Niederdruckzone pumpe 1 enthält ein in einem Gehäuse 4 umlaufendes führende Bypassleitung mit einem Bypass-Steuerventil Laufrad 3, einen in der Mitte der Pumpe liegenden angeschlossen ist. Einlaß 5 und einen radial außenliegenden Auslaß 6.

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist 35 Das Laufrad 3 ist auf einer Welle 7 befestigt, die mit somit zusätzlich zu einer durch das Einlaßsteuerventil der Gasturbine verbunden ist.

bewirkten Drosselregelung eine Bypassregelung vor- Durch eine Speiseleitung 8, die an einer in dem

gesehen. Nimmt das Einlaßsteuerventil eine die Brennstofftank angeordneten Brennstoffpumpe an-Pumpeneinlaßströmung drosselnde Stellung ein (bei geschlossen ist, wird der Dampfkern-Zentrifugalder sich in der Zentrifugalpumpe ein Dampfkern bil- 40 pumpe Brennstoff zugeführt. Der Speisedruck wird den kann), läßt sich die Brennstoffzufuhr zu den normalerweise auf einem im wesentlichen konstanten,

niedrigen Wert gehalten. In dem zu der Dampfkem-Zentrifugalpumpe führenden Einlaß 5 ist ein Einlaßsteuerventil 12 angeordnet, dessen Verschlußstück

mäßig langsam ist. Bei einer Verstellung des Einlaßsteuerventils dauert es nämlich eine gewisse Zeit, bis sich die radiale Stärke des Flüssigkeitsringes auf einen neuen Wert eingestellt hat.

Durch die Erfindung soll daher eine Steuervorrichtung der eingangs angegebenen Art geschaffen werden, die auf einen eine Änderung des Brennstoffdurchsatzes bewirkenden Regeleingriff schneller an-

Brennerdüsen durch das in der Bypassleitung angeordnete Bypass-Steuerventil regeln. Da das öffnen bzw. Schließen des Bypass-Steuerventils einen augen

blicklichen Einfluß auf die Brennstoffzufuhr zu den 45 mit einem Ventilsitz 13 zusammenwirkt. Das Einlaß

Brennerdüsen hat, ist das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wesentlich schneller als bei den bekannten Steuervorrichtungen. Es ist allerdings bereits bekannt, den Durchsatz von Verdrängerpumpen (Kolbenpumpen, Zahnradpumpen usw.) mit Hilfe einer Bypasseinrichtung zu regeln (vgl. deutsche Patentschrift 921016). Die Durchsatzregelung erfolgt hierbei in der Weise, daß die Verdrängerpumpe eine konstante Fördermenge liefert und von der Druckseite der Pumpe ein veränderlicher Anteil der Fördermenge durch das Bypass-Steuerventil abgezweigt wird. Die Anwendung einer solchen Betriebsweise auf eine Zentrifugalpumpe wäre jedoch sinnlos. Ein Öffnen des Bypassventils hätte nämlich lediglich zur Folge, daß der Gegendruck, gegen den die Zentrifugalpumpe arbeitet, kleiner und somit der Durchsatz der Zentrifugalpumpe größer würde. Die Brennstoffzufuhr zu den Brennersteuerventil ist durch einen Stellkolben 14 in drei vorgegebene Stellungen bewegbar:

a) in die dargestellte Stellung, in der das Verschlußstück des Einlaßsteuerventils 12 den größtmöglichen Abstand vom Ventilsitz 13 hat, so daß die Flüssigkeitszufuhr zu der Dampfkern-Zentrifugalpumpe im wesentlichen ungedrosselt ist,

b) in eine Stellung, in der das Verschlußstück des Einlaßsteuerventils 12 einen kleinen Abstand vom Ventilsitz 13 hat, so daß die Flüssigkeitszufuhr zu der Dampfkem-Zentrifugalpumpe gedrosselt wird;

c) in eine Stellung, in der das Verschlußstück des Einlaßsteuerventils 12 am Ventilsitz 13 anliegt, so daß die Flüssigkeitszufuhr zu der Dampfkem-Zentrifugalpumpe unterbrochen wird.

Zur Verstellung des Einlaßsteuerventils 12 ist der Stellkolben 14 verschiebbar in einem Zylinder 15 ge-

düsen bliebe hierbei jedoch im wesentlichen konstant.

Dieses Betriebsverhalten tritt jedoch dann nicht 65 lagert, der am einen Ende einen gehäusefesten An-

Λη, wenn die Flüssigkeitszufuhr zu der Zentrifugal- schlag 17 und am andern Ende einen verschiebbaren

pumpe gedrosselt wird, so daß sich in der Zentrifugal- Anschlag 18 aufweist. Der verschiebbare Anschlag 18

pumpe ein Dampfkern und ein Flüssigkeitsring aus- ist an einem im Zylinder 15 gleitbaren Anschlag-

3 4

körper gebildet, der an seinem anderen Ende einen stange 64 größeren Durchmessers angeordnet, die

ebenfalls verschiebbaren Anschlag 19 aufweist. Der sich in eine Kammer 65 erstreckt. Die Kolbenstange

Anschlag 19 ist zwischen zwei gehäusefesten An- 64 läuft in ein Verschlußstück 66 aus, das mit einem

schlagflächen 21 und 22 hin- und herbewegbar. Ventilsitz 67 in der Kammer 65 zusammenwirkt. Die

Der Stellkolben 14 und der Anschlagkörper 18,19 5 Brennstoffleitung 2 mündet in der Kammer 65 und können durch wahlweise Druckbeaufschlagung bzw. verläßt sie durch den Ventilsitz 67. Das Verschluß-Entlüftung dreier Steuerleitungen 23, 24, 25, die im stück 66 und der Ventilsitz 67 bilden ein in die Brenn-Zylinder münden, verstellt werden. Zur Steuerung der Stoffleitung 2 eingeschaltetes weiteres Steuerventil.
Druckbeaufschlagung bzw. Entlüftung der Steuer- Bei normalem Betrieb des Gasturbinentriebwerks, leitungen 23, 24 und 25 sind zwei Umschaltventile io bei dem der Nachbrenner nicht eingeschaltet ist, (nicht gezeigt) vorgesehen, die vom Piloten bedient nimmt der Kolben 14 die Stellung c) ein, in der die werden. In der Stellung a) des Einlaßsteuerventils Brennstoffzufuhr zu der Dampfkern-Zentrifugalherrscht in den Leitungen 24 und 25 ein größerer pumpe 1 unterbrochen ist. Wenn der Nachbrenner Druck als in der Leitung 23, so daß der Stellkolben 14 bei Teillast betrieben werden soll, wird der Stell- und der Anschlagkörper 18, 19 ihre rechte End- 15 kolben 14 durch Betätigung eines der beiden Umstellung einnehmen. In der Stellung b) des Einlaß- schaltventile (nicht gezeigt) in die Stellung b) versteuerventils herrscht in den Leitungen 23 und 25 ein schoben, in der der Ventilkörper des Einlaßsteuergrößerer Druck als in der Leitung 24, so daß der An- ventils 12 einen kleinen Abstand von dem Ventilsitz schlagkörper 18, 19 seine rechte Endstellung ein- 13 hat. Bei dieser Stellung des Einlaßsteuerventils nimmt und der Stellkolben 14 am Anschlag 18 an- 20 kann sich in der Dampfkern-Zentrifugalpumpe ein liegt. In der Stellung c) des Einlaßsteuerventils Dampfkern bilden.

herrscht in den Leitungen 23 und 24 ein größerer Wenn das Einlaßsteuerventil vom Piloten auf Teil-Druck als in der Leitung 25, so daß der Stellkolben 14 lastbetrieb umgeschaltet wird, stellt er zusätzlich das wie auch der Anschlagkörper 18,19 ihre linke End- Zumeßventil 36 ein, wodurch die den Nachbrennern stellung einnehmen. 25 tatsächlich zugeführte Brennstoffmenge festgelegt

Der Auslaß 6 der Dampfkern-Zentrifugalpumpe 1 wird. Der Durchfluß von Flüssigkeit durch das Zuist an der Brennstoffleitung 2 angeschlossen. In der meßventil 36 erzeugt einen Druckabfall zwischen den Brennstoffleitung 2 ist ein Zumeßventil 36 angeord- Leitungen 42 und 43. Wenn der Brennstoffdurchsatz net. Das Zumeßventil 36 weist einen Zylinder 37 auf, größer als erwünscht ist, ist der Druckabfall so groß, in dem ein als Stufenkolben ausgebildeter Ventil- 30 daß die Membran 44 entgegen der Kraft der Feder 46 körper 38 angeordnet ist. Der Ventilkörper 38 kann verschoben und der Servoabfluß 49 geöffnet wird, zur Regelung des Brennstoffdurchsatzes von Hand wodurch der Kolben 52 nach oben bewegt und das verstellt werden. Der Brennstoff tritt durch eine Öff- Verschlußstück 55 von seinem Ventilsitz 56 abgehonung 39 in den Zylinder 37 ein und verläßt den Zy- ben wird. Dies hat zur Folge, daß ein Teil des geförlinder wieder durch eine Drosselöffnung 41. Der 35 derten Brennstoffs aus der Brennstoffleitung 2 durch Druck vor und hinter der Drosselöffnung 41 wird die Bypassleitung 57 abgezweigt wird. Da der Stellüber Leitungen 42, 43 zu den beiden Seiten einer kolben 14 seine mittlere Stellung b) einnimmt, kann Membran 44 geleitet, die in einer Kammer 45 an- Brennstoff von dem Einlaß 61 durch die Ringnut 63 geordnet ist. Eine in der Kammer 45 angeordnete des Stellkolbens 35 in den Auslaß 62 der Bypass-Feder 46 spannt die Membran 44 entgegen dem auf 40 leitung 57 strömen.

sie einwirkenden Strömungsmitteldruck vor. Die Die Steuervorrichtung stellt sich insofern selbst ein, Membran 44 ist mit einer Steuerstange 47 verbunden, als der Kolben 52 eine Gleichgewichtslage einzunehdie den Abstand eines Halbkugelventils 48 bezüglich men sucht, bei der der Druck auf beiden Seiten des einer Servoabflußleitung 49 steuert. Die Servoabfluß- Kolbens 52 durch die aus dem Servoauslaß 49 aus-Ieitung49 ist an einem Servozylinder 51 angeschlos- 45 strömende Flüssigkeit ausgeglichen wird. Diese sen, in dem ein Servokolben 52 gleitbar gelagert ist. Gleichgewichtslage tritt dann ein, wenn die Belastung Von dem Servokolben 52 erstreckt sich eine Kolben- der Feder 46 im wesentlichen gleich dem Druckabfall stange 53 kleinen Durchmessers bis in eine Kammer an der Drosselöffnung 41 ist. Auf diese Weise stellt 54, und sie endet an einem Verschlußstück 55, das das von dem Verschlußstück 55 und dem Ventilsitz mit einem Ventilsitz 56 zusammenwirkt. Stromauf 50 56 gebildete Bypass-Steuerventil die Bypass-Strömung von dem Zumeßventil 36 zweigt von der Brennstoff- ein, so daß an der Drosselöffnung 41 ein vorgegebener leitung 2 eine Bypassleitung 57 ab, die in die Kammer Druckabfall vorhanden ist. Auf diese Weise erfolgt 54 mündet. Die Bypassleitung 57 verläuft von dem ein im wesentlichen konstanter Brennstoffdurchsatz Ventilsitz 56 zu einem Absperrventil 58 und ist mit durch die Brennstoffleitung 2 entsprechend der vom der Speiseleitung 8 verbunden (nicht gezeigt). Das 55 Piloten gewählten Einstellung des Kolbens 38.
Verschlußstück 55 und der Ventilsitz 56 bilden ein Die Brennstoffzufuhr zur Dampfkessel-Zentrifugal-Bypass-Steuerventil, das in der Bypassleitung 57 an- pumpe 1 erfolgt bei im wesentlichen konstantem geordnet ist. Das Absperrventil 58 wird von einem Druck, vorausgesetzt, daß der Speisedruck in der Teil der Verlängerung der Kolbenstange 35 gebildet, Speiseleitung 8 einen konstanten Wert beibehält. Auf die sich durch eine Bohrung 59 erstreckt. Die Boh- 60 Grund kleiner Schwankungen des Speisedrucks und rung 59 ist mit einem Einlaß 61 und einem Auslaß 62 des Verdampfungsdrucks in der Dampfkern-Zentriversehen, an denen die Bypassleitung 57 angeschlos- fugalpumpe 1 werden jedoch Änderungen des Durchsen ist. In der Kolbenstange 35 ist eine Ringnut 63 satzes im Einlaß 5 der Dampfkern-Zentrifugalgebildet, durch die der Einlaß 61 mit dem Auslaß 62 pumpe 1 auftreten. Durch die Wirkung des Bypassverbunden werden kann, um die Bypassleitung 57 zu 65 Steuerventils 55, 46, das von dem Zumeßventil 36 geöffnen, wenn der Stellkolben 14 die mittlere Stellung steuert wird, wird jedoch eine entsprechend verändereinnimmt, liehe Brennstoffmenge aus der Brennstoffleitung 2

Am anderen Ende des Kolbens 52 ist eine Kolben- abgezweigt, so daß die Brennstoffzufuhr zu den Nach-

brennerdüsen den vom Piloten eingestellten Wert bei-

vergleichsweise kleinen Geschwindigkeit verschieben kann, die von dem Abstand zwischen dem Halbkugelventil 91 und der Drossel 89 abhängt.

In der Brennstoffleitung 72 ist ein Zumeßventil 92 S angeordnet, das eine Drosselstelle 93 veränderlichen Querschnitts, eine Kammer 94, die durch Leitungen 95 und 96 mit den gegenüberliegenden Seiten der Drosselstelle 93 verbunden ist, und zwei Membranen 97, 98 aufweist, die sich quer durch die Kammer 94

behält.

Wenn die Nachbrenner im Vollastbereich betrieben werden sollen, wird der Stellkolben 14 vom Piloten in die in der Zeichnung dargestellte Stellung a) bewegt, bei der die Dampfkern-Zentrifugalpumpe 1 voll beaufschlagt wird. Wenn der Pilot das Einlaßsteuerventil in die ungedrosselte Stellung verschiebt, verstellt er auch den Kolben 38 des Zumeßventils 36,

derart, daß die Drosselöffnung 41 weiter geöffnet io erstrecken und durch einen Bolzen 99 mechanisch wird, so daß nun ein größerer Brennstoffdurchsatz miteinander verbunden sind. Der Raum zwischen den zur Erzielung des vorgegebenen Druckabfalls erfor- beiden Membranen 97 und 98 ist zu einer Kammer derlich ist. Wenn sich der Stellkolben 14 in die Stel- 101 hin geöffnet, in der ein Hebel 102 um einen Drehlung a) bewegt, werden der Einlaß 61 und der Aus- punkt 103 schwenkbar gelagert ist. Das eine Ende des laß 62 der Bypassleitung 47 geschlossen, so daß kein 15 Hebels 102 erstreckt sich durch einen Querschlitz 104 Brennstoff mehr durch die Bypassleitung 57 abfließen in dem Bolzen 99. Der Hebel 102 trägt das Halbkann. Die Regelung des Brennstoffdurchsatzes, durch kugelventil 91 und ein weiteres Halbkugelventil 105. die der erforderliche Druckabfall an der Drossel- Das Halbkugelventil 105 dient zur Steuerung des

öffnung 41 aufrechterhalten wird, erfolgt nun mit Durchflusses durch einen Servoabfluß 106. Der Hilfe des von dem Verschlußstück 66 und dem Ventil- 20 Servoabfluß 106 wiederum dient zur Steuerung eines sitz 67 gebildeten Steuerventils. Die durch die Mem- Servokolbens 107, der in einem Zylinder 108 anbran 44 hervorgerufene Bewegung des Halbkugel- geordnet ist. Der Zylinder 108 befindet sich auf derventils. 48, durch die der Druckabfall an der Drossel- jenigen Seite der Kammer 101, in der sich das von öffnung 41 konstant gehalten wird, verstellt das Ver- den Membranen 97,98 entfernte Ende des Hebels schlußstück 66 relativ zu seinem Ventilsitz 67, so daß 25 102 befindet. Eine Kolbenstange 109 kleinen Durchder gewünschte Brennstoffdurchsatz durch die Brenn- messers erstreckt sich durch das eine Ende des Zylinstoffleitung 2 durch unmittelbare Drosselwirkung er- ders 108 in die Kammer 101. Zwischen dem Ende der zielt wird. Das Verschlußstück 66 und der Ventilsitz Kolbenstange 109 und dem Hebel 102 ist eine Feder 67 bilden somit in der Tat ein in die Brennstoff- 100 angeordnet. Eine weitere Feder 110 erstreckt sich leitung 2 eingeschaltetes Durchflußsteuerventil. Eine 30 zwischen dem Hebel 102 und der Wand der Kammer auf den Stellkolben 14 einwirkende Feder 20 dient 101 derart, daß sie der Kraft der Feder 100 entgegendazu, das Einlaßsteuerventil 12 bei ausgeschaltetem wirkt. Am anderen Ende des Kolbens 107 befindet Nachbrenner geschlossen zu halten. _ sich eine Kolbenstange 111 größeren Durchmessers,

Es wird nun das in F i g. 2 gezeigte Ausführungs- die sich durch das andere Ende des Zylinders 108 erbeispiel der Erfindung erläutert. Von dem Gas- 35 streckt und eine Ringnut 112 aufweist. Die Kolbenturbinentriebwerk wird eine Dampfkern-Zentrifugal- stange 111 ist in dem Zylinder 113 gleitend gelagert, pumpe 71 angetrieben, die Brennstoff durch eine wobei die Ringnut 112 den Durchfluß zwischen zwei Brennstoffleitung 72 den Nachbrennerdüsen zuführt. Durchlässen 114,115 steuert. Eine im Zylinder 113 Die Pumpe 71 weist ein Laufrad 73 auf, das von der angeordnete Feder 120 spannt die Kolbenstange 111 Welle 74 des Gasturbinentriebwerks angetrieben wird 40 entgegen der Wirkung der Feder 100 vor.
und in einem Gehäuse 75 angeordnet ist. Flüssiger Ein Teil des in die Brennstoffleitung 72 geförder-

Brennstoff wird der Pumpe 71 durch eine Einlaß- ten Brennstoffs wird durch eine zu dem Durchfluß leitung 76 zugeführt, und zwar unter Zwischen- 114 führende Bypassleitung 116 abgezweigt. An der schaltung eines Einlaßsteuerventils 77, das innerhalb Bypassleitung, 116 ist eine Zweigleitung 117 andes Laufrades der Pumpe angeordnet ist. Das Einlaß- 45 geschlossen, die sich zu demjenigen Ende des Zylinsteuerventil 77 besitzt eine zylindrische Hülse 78 mit ders 108 erstreckt, durch das sich die Kolbenstange radial gerichteten öffnungen 79, einen in der Hülse 111 erstreckt. Die Bypassleitung 116 ist ferner durch gleitbar angeordneten hohlen Kolben 81 und im KoI- eine Drosselleitung 118 mit dem anderen Ende des ben 81 gebildete öffnungen 82, die mit den öffnun- Zylinders 108 verbunden. Von diesem Ende des Zygen 79 zusammenwirken, um die Brennstoffzufuhr 50 linders 108 erstreckt sich eine Leitung 119 zu dem zur Pumpe 71 zu steuern. Der hohle Kolben 81 ist
durch einen Stellkolben 83, der über eine Kolbenstange 84 wirkt, axial verstellbar. Der Stellkolben 83
ist in einem Zylinder 85 gleitbar gelagert; die Kolbenstange 84 erstreckt sich durch das eine Ende des Zy- 55
linders 85, so daß der Stellkolben 83 auf seinen entgegengesetzten Seiten unterschiedliche wirksame Flächen besitzt. Das Ende des Zylinders 85, das der kleineren wirksamen Fläche des Kolbens 83 zugewandt

ist, wird mit Flüssigkeit aus der Brennstoffleitung 72 60 Nachbrenner vollständig geschlossen werden kann, gespeist. Das andere Ende des Zylinders 85 wird Wenn der Pilot einen bestimmten Brennstoffdurchsatz ebenfalls durch die Brennstoffleitung 72, jedoch (für die Nachbrennerdüsen) einstellen möchte, stellt unter Zwischenschaltung einer Drosselleitung 87 ge- er die Drosselstelle 93 entsprechend ein. Wenn der speist. Von dem gleichen Ende des Zylinders 85 er- Pilot den Brennstoffdurchsatz beispielsweise vergröstreckt sich eine Drosselleitung 88 zu einer Drossel 65 ßern möchte, entsteht durch eine entsprechende Ver-

Servoabfluß 106. Die Kammer 101, der Durchlaß 115 und das dem Zylinder 108 abgewandte Ende des Zylinders 123 sind durch eine Leitung 121,122 bzw. 123 mit einer Niederdruckzone verbunden.

Im folgenden wird die Betriebsweise des in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Regelung des Brennstoffdurchsatzes erfolgt hierbei durch Verstellen der Drosselstelle 93 des Zumeßventils 92, die derart ausgelegt ist, daß sie bei abgeschaltetem

89, die von einem Halbkugelventil 91 gesteuert wird.
Die gedrosselte Strömung durch die Leitungen 87 und
88 stellt sicher, daß sich der Kolben 83 nur mit einer

stellung der Drosselstelle 93 ein Druckabfall an der Drosselstelle 93, was zur Folge hat, daß von den Membranen 97, 98 auf den Hebel 102 eine Kraft aus-

geübt wird, die kleiner als die von den Federn 100. 110 und 120 ausgeübte Kraft ist, so daß sich der Hebel 102 um den Drehpunkt 103 verschwenkt und die Halbkugelventile 91,105 die Drossel 89 bzw. den Servoabfluß 106 schließen. Wenn der Servoabfluß 106 geschlossen wird, erhöht sich der Druck an dem der Kammer 101 zugewandten Ende des Zylinders 108, so daß sich der Kolben 107 von der Kammer 101 wegbewegt und die Federn 100 und 110 entlastet werden. Die Federkonstante der Federn 100,110 und 120 ist derart gewählt, daß die Bewegung des Kolbens 107 rasch und stabil erfolgt. Diese Bewegung des Kolbens 107 hat ferner zur Folge, daß der Durchlaß 115 ganz oder teilweise verschlossen wird, so daß der Durchsatz durch die Bypassleitung 116 verringert oder ganz unterbrochen wird.

Das Schließen der Drossel 89 hat zur Folge, daß der Druck in dem von der Pumpe 71 abgewandten Ende des Zylinders 85 ansteigt; durch die Drosselwirkung der Drosselleitungen 87 und 89 erfolgt die Bewegung des Stellkolbens 83 langsam. Bei dieser Bewegung des Stellkolbens 83 schieben sich die Öffnungen 82 über die Öffnungen 79, so daß die Brennstoffzufuhr zu der Pumpe 71 erhöht wird. Die Pumpe 71 ist hinsichtlich ihrer Größe, Drehzahl und des hydraulischen Widerstandes, der von den Nachbrennerdüsen herrührt, derart ausgelegt, daß sich im Laufrad der Pumpe ein Dampfkern bilden kann. Bei der durch die Bewegung des Stellkolbens 81 bewirkten Vergrößerung der Brennstoffzufuhr vergrößert sich die radiale Stärke des in der Pumpe gebildeten Flüssigkeitsrings, wodurch der Druck und der Durchsatz in der Brennstoffleitung 72 erhöht werden.

Während sich der Brennstoffdurchsatz langsam dem Sollwert nähert, wird auf Grund des Druckabfalls an der Drosselstelle 93 eine Kraft auf die Membranen 97, 98 ausgeübt, die den Hebel 102 von der Drossel 89 und dem Servoabfluß 106 wegbewegt. Wenn die Drosselstelle 93 fest eingestellt ist, wird der Brennstoffdurchsatz nach dem Steuereingriff von dem in der Bypassleitung 116 angeordneten Bypass-Steuerventil rasch auf ungefähr den Sollwert eingestellt. Nach dieser schnellen Einstellung erfolgt die langsame- ■ Bewegung des Stellkolbens 83, der das Einlaßsteuerventil 77 in die weiter geöffnete Stellung verschiebt. Während dieser langsamen Vergrößerung der Brennstoffzufuhr bewegt sich der Stellkolben 83 allmählich in eine vorgegebene Stellung, in der die Durchlässe 115 teilweise geschlossen sind, wodurch ein stabiler Betriebszustand hergestellt wird, bei dem ein Teil des von der Pumpe 71 geförderten Brennstoffs den Nachbrennerdüsen zugeführt wird und der Rest durch die Bypassleitung 116 abfließt.

Wenn die Feder 120 nicht vorhanden wäre, könnte die vorgegebene Stellung des Kolbens 107 nicht mit großer Genauigkeit eingestellt werden, da der Feder 100 eine hydraulische Kraft entgegenwirken würde, deren Wert sich mit dem Druck in der Brennstoffleitung 72 ändern würde. Damit der Kolben 107 unabhängig von dem Druck in der Brennstoffleitung die gewünschte Stellung einnimmt, ist die Feder 120 vorgesehen, die in der vorgegebenen Stellung die Kraft der Feder 100 genau ausgleicht. In der vorgegebenen Stellung ist der Kolben 107 somit genau ausgeglichenen Federkräften und genau ausgeglichenen hydraulisehen Kräften ausgesetzt. Um die hydraulischen Kräfte auszugleichen, muß der Druck auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 107 umgekehrt proportional den Flächen des Kolbens sein; dies wird dann erreicht, wenn das Halbkugelventil 115 einen vorgegebenen Abstand von dem Servoabfluß 106 hat.

Wenn der Pilot die Brennstoffzufuhr zu den Nachbrennerdüsen verringern möchte, verringert er den Querschnitt der Drosselstelle 93, worauf die Steuervorrichtung in der oben beschriebenen Weise, jedoch im umgekehrten Sinn, reagiert. Die große Schnelligkeit und Stabilität des Kolbens 107 werden dadurch erzielt, daß die Federn 100,110 und 120 eine verhältnismäßig große Federkonstante haben, die sicherstellt, daß innerhalb eines kleinen Verstellbereichs des Halbkugelventils 115 jeder Stellung des Halbkugelventils eine entsprechende stabile Lage des Kolbens 107 zugeordnet ist. Dem Stellkolben 83 ist keine Feder zugeordnet, und theoretisch gibt es nur eine Stellung des Halbkugelventils 91 bezüglich der Drossel 89, in der der Stellkolben 83 im Gleichgewicht ist. Wenn die Drosselleitungen 87 und 89 nicht vorgesehen wären, wäre der Stellkolben 83 völlig unstabil. Der Dämpfungseffekt der Drosselleitungen 87 und 89, der die gewünschte Stabilität liefert, hat jedoch notwendigerweise ein langsames Ansprechverhalten zui Folge. Das Bypass-Steuerventil 111 sorgt jedoch für ein rasches Ansprechverhalten, wenn es auch nicht sehr genau ist.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Zentrifugalpumpen derart angeordnet, daß sich in dem Kern des Flüssigkeitsrings der Dampfdruck der Flüssigkeit einstellt. Der Kern der Zentrifugalpumpen könnte jedoch auch an einer Niederdruckquelle wie beispielsweise der Atmosphäre angeschlossen sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für die Zufuhr flüssigen Brennstoffs zu Brennerdüsen, insbesondere Nachbrennerdüsen eines Gasturbinentriebwerks mit einer ein Einlaßsteuerventil aufweisenden Dampfkern-Zentrifugalpumpe, deren Ausgangsdruck im wesentlichen von der radialen Stärke des in ihr durch Zentrifugalwirkung gebildeten Flüssigkeitsrings abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckleitung (2 bzw. 72) der Pumpe (1 bzw. 71) eine zu einer Niederdruckzone führende Bypassleitung (57 bzw. 116) mit einem Bypass-Steuerventil (54 bzw. 111) angeschlossen ist (Fig. lbzw. 2).

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu den Brennerdüsen führenden Druckleitung (2) der Pumpe (1) stromab von der Anschlußstelle der Bypassleitung (57) ein Zumeßventil (36) vorgesehen ist, von dessen Druckabfall das Bypasssteuerventil (54) gesteuert wird (F i g. 1).

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (2) dem Zumeßventil (36) ein mit dem Bypass-Steuerventil (54) hinsichtlich der Brennerdüsen zugeführten Brennstoffmenge gleichwirkend gekoppeltes Durchflußsteuerventil (66) nachgeschaltet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßsteuerventil (12) der Pumpe (1) in zwei Stellungen einstellbar ist, wobei nur in der einen Stellung eine einen Dampfkern bewirkende Drosselung eintritt,

109 530/140

und daß in der anderen Stellung die Bypassleitung (57) durch ein mit dem Einlaßsteuerventil (12) gekoppeltes Absperrventil (58) geschlossen ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu den Brennerdiisen führenden Druckleitung (72) der Pumpe (71)

10

stromab von der Anschlußstelle der Bypassleitung (116) ein Zumeßventil (92) vorgesehen ist, von dessen Druckabfall das Bypass-Steuerventil (111) und demgegenüber mit durch eine Drossel (89) bewirkter Verzögerung das Einlaßsteuerventil (77) der Pumpe (71) gesteuert wird (F i g. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen