DE1475959C - Druckmittelbetatigtes Absperrventil mit Hilfsventil und Durchlaß einer Mindest - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil mit Betäti- turbinentriebwerks für ein Flugzeug mit zugeordneter

gung durch ein Druckmittel, das ein Hauptventil Brennstoffanlage und

beaufschlagt und durch ein Hilfsventil gesteuert wird, Fig. 2 das Brennstoffabsperrventil der in Fig. 1

mit Vorkehrungen zum Durchlaß einer vorgeschrie- gezeigten Brennstoffsteueranlage im einzelnen,

benen Mindestmenge. 5 In F i g. 1 ist ein Gasturbinentriebwerk 10 darge-

Es ist ein Absperrventil bekannt (deutsche Aus- stellt, dessen Brennstoffdüsen 20 über eine Leitung

legeschrift 1 085 000), das ein druckmittelbetätigtes, 32 versorgt werden, die von dem Auslaß der Haupt-

von einem Hilfsventil gesteuertes Hauptventil aufweist brennstoffsteuerüng 34 ausgeht, welche unter Druck

und bei dem eine Mindestmenge durchgelassen wird, stehenden Brennstoff über eine Brennstoffeinlaßleitung

wenn das Hauptventil gesperrt ist. Bei dieser bekann- io 36, die mit dem Auslaß einer Brennstoffpumpe 38

ten Vorrichtung hängt die Mindestmenge von der verbunden ist, empfängt. Der Brennstoffpumpeneinlaß

anliegenden Druckdifferenz und damit von dem Be- steht über die Leitung 42 mit einer Brennstoffquelle

darf eines stromab von dem Ventil liegenden Ver- 40 in Verbindung und wird über eine Welle und ein

brauchers ab. Der Durchfluß der Mindestmenge Getriebe 44 von der Turbine 22 angetrieben. Die

kann demnach nicht abgesperrt oder verringert 15 Hauptbrennstoffsteuerung 34 steuert in bekannter

werden, wenn der Bedarf des Verbrauchers wächst. Weise den Brennstoffzufluß zur Leitung 32, wobei

Ferner ist ein Steuerventil bekannt (britische die verschiedenen Betriebsbedingungen einschließlich

Patentschrift 344 666), das zwei parallelgeschaltete Verdichterdrehzahl und Stellung des Steuerhebels 46

Ventile aufweist, wobei das innenliegende Ventil eine berücksichtigt werden. Der Hauptbrennstoffsteuerung

vorbestimmte Mindestmenge durchläßt. Dieses Ventil 20 34 wird die Verdichterdrehzahl durch die an das- Ge-

wifd nicht von einer anliegenden Druckdifferenz triebe 44 angeschlossene Welle und die Stellung des

geschaltet, sondern in Abhängigkeit von der Tempe- Steuerhebels 46 über einen Hebel 50 und eine Stange

ratur des Strömungsmittels über Elektromagnete ge- 52 eingegeben.

steuert. Auch ist ein durch eine Feder offengehaltenes Die Nachbrennerdüsen werden über eine Leitung

Ventil bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1689112), 25 54 versorgt, die von dem Auslaß einer Nachbrenner-

das bei zu großem Druckabfall schließt, wobei das steuerung 56 ausgeht, die unter Druck stehenden

Hauptventil in seiner geschlossenen Stellung durch Brennstoff von der Pumpe 38 über die Leitung 36

einen gedrosselten Kanal nebengeschlossen ist. und eine Leitung 58 erhält, die das Brennstoffabsperr-

Schließlich ist ein Ventil bekannt (britische Patent- ventil 60 einschließt. Die Steuerung 56 für die Nachschrift 624 167), bei dem der Durchfluß selbsttätig 30 brenner steuert den Brennstoffdurchfluß zur Leitung begrenzt wird. Eine Zweigleitung mit einem Zusatz- 54 als eine Funktion verschiedener Betriebsbedingunventil ist parallel zu dem Hauptventil geschaltet, um gen und der Stellungen des Hebels 46, der einen in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit Hebel 62 über die Stange 52 betätigt. Der Innenraum den Betriebszustand des Hauptventils zu bestimmen. der Steuerung 56 wird bei einem niedrigen Brenn-Demnach hat das Zusatzventil die Aufgabe, die Stel- 35 stoffdruck P₀ über eine eingeschnürte Abflußleitung lung des Hauptventils zu regeln. 64 zum Einlaß der Pumpe 38 entlüftet.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe Es ist ein Hilfsventil 66 vorgesehen, das über

zugrunde, ein Absperrventil zu schaffen, bei dem Kanäle 68 und 70 an das Absperrventil 60 ange-

auch bei geschlossenem Hauptventil eine vorgeschrie- schlossen ist, um den Betrieb desselben gemäß einem

benc Mindestmenge weiter durchgelassen wird und 40 Drehzahlsignal der Turbine 22 zu steuern, das als

bei dem bei Überschreiten der Mindestmenge aber Drucksignal in der Hauptbrennstoffsteuerung 34 er-

auch dieser Durchlaß abgesperrt wird. zeugt und über eine die Hauptbrennstoffsteuerung 34

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Absperrventil und das Hilfsventil 66 verbindende Leitung 72 über-

erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein parallel tragen wird. In einer Zweigleitung 74, die an die Lei-

zum Hauptventil angeordnetes, durch eine Feder in 45 tung 72 angeschlossen ist und von ihr zum Hilfs-

öffnungsrichtung gedrücktes selbsttätiges Ventil mit ventil 66 führt, ist ein Schieber 76 angeordnet, der

kleinerem Durchgang, das bei zu großem Druck- den Durchfluß durch den Kanal 74 unterbricht bzw.

abfall durch Überschreiten der Mindestmenge schließt. herstellt. Der Schieber 76 ist mit einem Stößel 82 ver-

Einc weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin- sehen, der federnd an einen Nocken 84 gedrückt wird,

dung ergibt sich aus dem Unteranspruch. 50 der an dem Steuerhebel 46 befestigt ist und sich um

Das erfindungsgemäße Ventil ist z. B. als Absperr- die Achse des Steuerhebels 46 mit diesem dreht. Ein ventil für die Brennstoffzufuhr zu den Nachbrennern Ablaßkanal 88 verbindet das Hilfsventil 66 mit dem eines Gasturbinentriebwerkes geeignet, wobei das Kanal 64 beim Brennstoffpumpeneinlaßdruck P₀.
Ventil gemäß bestimmter Betriebsbedingungen des F i g. 2 zeigt das Absperrventil 60 mit einem GeTriebwerkes gesteuert wird. Durch das erfindungs- 55 häuse 90, das eine Brennstoffeinlaßöffnung 92 und gemäße Absperrventil kann beispielsweise bei einem eine Brennstoffauslaßöffnung 94 aufweist, die an die durch einen zu großen Brennstoffbedarf gekennzeich- Einlaßleitung 58 bzw. die Auslaßleitung 54 angeneten Versagen der Nachbrcnnerstcuerung der ge- schlossen sind. Es ist ein Hauptventil 96 mit zwei samte Brennstoffdurchfluß einschließlich der zur Betriebsstellungen vorgesehen, dessen als Kolben Kühlung der Nachbrennersteuerung bestimmten 60 ausgebildetes Ventilglied 98 mit unterschiedlichen Brennstoffes unterbrochen werden, so daß auf diese Flächen in einer Bohrung 100 gleitet und dessen Weise die Nachbrenner sicherheitshalber abgeschaltet Kopf 102 sich je nach der Stellung des Ventils 96 in werden. eine Mündung 104 hinein und aus ihr heraus bewegt,

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich wobei der Durchfluß von der Einlaßöffnung 92 zur

zum F.insatz bei einer Brennstoffrcgelung für ein 65 Auslaßöffnung 94 unterbrochen oder freigegeben

Gasturbinentriebwerk eignet, wird im folgenden an wird. In der in Fig. 2 gezeigten offenen Stellung des

Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Ventils 96 drückt das Ventilglied 98 gegen einen ring-

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gas- förmigen Anschlag 106, der durch eine Kappe 108

gebildet ist,'die ein Ende der Bohrung 100 schließt und an dem Gehäuse 90 befestigt ist. Eine zwischen der Kappe 108 und dem Ventil 96 angeordnete Druckfeder 110 drückt das Ventil 96 in die Schließstellung entgegen dem Unterschied zwischen dem Brennstoffeinlaßdruck, der auf die eine Seite des Ventilgliedes 98 wirkt, und dem Druck P₁ oder P„ in einer Kammer 112, der auf die andere, entgegengesetzte Seite des Ventilgliedes 98 wirkt.

Auch bei geschlossenem Ventil 96 wird eine vorher festgelegte Brennstoffmenge durch das Ventil 96 hindurchgelassen. Der Strömungsweg für diesen Brennstoff führt über einen Kanal 113, der in dem Kopf 102 vor der an der Mündung 104 anstoßenden Dichtungsfläche des Ventils 96 ausgebildet ist, und eine Kammer 114 in dem Kopf 102 zu einem Durchgang 116, durch welchen der Brennstoff stromab von der Mündung 104 abgegeben wird. Der Durchgang 116 ist in einem Stöpsel 118 vorgesehen, der an dem Kopf 102 angeschraubt ist. In der Kammer 114 ist ein selbsttätiges Ventil 120 so angeordnet, daß es in einer Betriebsstellung den Durchgang 116 schließt. An dem kugelförmigen Verschlußstück des Ventils 120 ist ein Stößel 122 angeformt und eine Federhalterung 124 vorgesehen. Eine- zwischen der Federhaiterung 124 und dem Stöpsel 118 eingesetzte Druckfeder 126 dient zur Vorspannung des Ventils 120 in Öffnungsrichtung. An dem geschlossenen Ende der Kammer 114 kann ein Anschlag 128, der sich von der Federhalterung 124 fort erstreckt, angreifen, um dadurch die Bewegung des Ventils 120 in Öffnungsrichtung zu begrenzen.

Die Kammer 112 ist über einen radialen Kanal 130 und einen in dem ringförmigen Anschlag 106 gebildeten Ringraum 132, eine Öffnung 134 in dem Gehäuse 90 und den Kanal 70, welcher die öffnung 134 mit einer Öffnung 136 in dem Hilfsventilgehäuse 138 verbindet, mit dem Hilfsventil verbunden. In einer Bohrung 142 des Gehäuses 138 ist ein Zweistellungsschieber 140 gleitend gelagert, der mit Bunden 144 und 146 versehen ist, die durch einen Abschnitt 148 von vermindertem Durchmesser voneinander getrennt sind. Ein mit dem Schieber 140 in einem Stück geformter Stößel 150 schlägt an dem einen Ende der Bohrung 142 an und begrenzt dadurch die Bewegung des Schiebers 140 nach links (F i g. 2) in Abhängigkeit von dem Brennstoffdruck P₁ in einer Kammer 152 am rechten Ende der Bohrung 142. Die Kammer 152 ist durch einen Kanal 154, dessen eines Ende in der festen Endwand der Kammer 152 mittig angeordnet ist, mit dem Kanal 72 und über eine radiale Bohrung 156 und ein normalerweise geschlossenes federbelastetes Rückschlagventil 158 mit dem Kanal 74 verbunden. Koaxial zu einem an dem einen Ende des Kanals 154 gebildeten Ventilsitz 162 ist ein von dem Bund 146 abstehendes Verschlußstück 160 angeordnet, das beim Angreifen an dem Ventilsitz den Durchfluß vom Kanal 154 zur Kammer 152 blockiert, wenn der Schieber 140 unter dem Einfluß einer zwischen dem Bund 144 und dem benachbarten Ende der Bohrung 142 eingeschaltete Druckfeder 164 nach rechts gedrückt wird.

Der Bund 144 gleitet in einer in der Wand der Bohrung 142 gebildeten Ausnehmung 166, die mit der Leitung 88 beim Pumpeneinlaßdruck P₀ in Verbindung steht. Nach Fig. 2 kann der Bund 144 eine Stellung links vom rechten Ende der Ausnehmung¹ 166 einnehmen und dadurch die Ausnehmung 166 zur Öffnung 136 hin lüften, so daß Brennstoff unter dem Druck P₀ in die Kammer 112 gelangt. Wenn der Schieber 140 ganz nach rechts (Fig. 2) gedruckt ist, dann sperrt der Bund 144 die Ausnehmung 166 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen der Ausnehmung 166 und der Öffnung 136, während der Bund 146 eine Stellung rechts von einer Öffnung 168 einnimmt, die mit dem Kanal 68 in Verbindung ist, wobei dieser Kanal 68 eine darin angeordnete Drossel 169 aufweist und mit dem Brennstoffdruck P₁ vor der Mündung 104 über eine Öffnung 170 in dem Gehäuse 90, einen Ringraum 172 in dem Ventil 98 und einen Kanal 174 sowie einen Ringraum 176 in dem Ventil 98 in Verbindung steht. Bei Lage des Bundes 146 rechts von der Öffnung 168 ist die Öffnung 136 zur Öffnung 170 gelüftet, was dazu führt, daß in der Kammerll2 Brennstoff beim DruckP, vorhanden ist.

Zur Beschreibung der Betriebsweise sei zunächst angenommen, daß der Steuerhebel 46 eine Energicbedarfsstellung entsprechend 90°. η der Triebwerksdrehzahl einnimmt. In diesem Falle bewirkt die Hauptbrennstoffsteuerung eine Brennstoffzufuhr zu den Düsen 22 zur Aufrechterhaltung dieser Triebwerksdrehzahl, während die Nachbrcnneranlage zur Versorgung der Nachbrennerdüsen nicht im Betrieb ist.

In Fig. 2 ist das Ventil nach rechts verschoben und blockiert dadurch die Mündung 104. Das selbsttätige Ventil 120 wird durch die Feder 126 in einer geöffneten Stellung gehalten und gestattet dadurch den Durchfluß einer verhältnismäßig kleinen Durchflußmenge durch die Mündung 104 in den Innenraum der Nachbrennersteuerung 56, von der sie durch die Leitung 64 zum Einlaß der Pumpe 38 strömt und dadurch eine Umwälzung des Brennstoffes durch die Nachbrennersteuerung 56 zur Kühlung derselben vorsieht. Der Schieber 140 ist unter dem Einfluß der Feder 164 nach rechts verschoben, wobei das Verschlußstück 160 auf dem Ventilsitz 162 aufsitzt und dadurch den Durchfluß vom Kanal 154 in die Kammer 152 sperrt. Die Öffnung 168 ist zur Öffnung 136 gelüftet, und es kann dadurch Brennstoff bei verhältnismäßig hohem Druck P, in die Kammer.T12 strömen, und' das Ventil 98 wird in Abhängigkeilt davon in die geschlossene Stellung gedrückt. '·.; ').:'

Es sei nun angenommen, daß der Steuerhebel 46 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung gebracht worden ist, in welcher ein Nachbrennerbetrieb verlangt wird; dann spricht die Nachbrennersteucrung 56 auf die Bewegung des Hebels 62 an und stellt einen entsprechenden Brennstoffzufluß zur Leitung 54 her. Das Absperrventil 60 bleibt jedoch in der geschlossenen Stellung, bis der Steuerhebel 46 die Nachbrcnneranschaltstellüng durchläuft und die Turbine 22 eine vorher festgelegte Drehzahl, z. B. 80¹Yo der Höchstdrehzahl erreicht. Da die Drehzahl der Turbine 22 von 90 ⁰Zo der Höchstdrehzahl, die vor der Anforderung des Nachbrennerbetriebes bestand, die erforderlichen 80°/o überschritt, wird ein in der Hauptbrennstoffsteuerung erzeugtes entsprechendes Brcnnstqffdrucksignal auf die Leitung 72 übertragen, durch welche das Drucksignal auf den Kanal 154 übertragen wird. Der unter Druck gesetzte Brennstoff in dem Kanal 154 wirkt gegen die verhältnismäßig kleine Fläche des Verschlußstücks 160, die dem Druck in dem Kanal 154 ausgesetzt ist, erzeugt jedoch keine ausreichende Kraft, um die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Feder 164 zu überwinden.

Jedoch wird bei Lage des Steuerhebels 46 hinter der Nachbrenneranschaltstcllung das Ventil durch den Nocken 84 nach rechts (Fig. 1) gedrückt, so daß das Ventil 76 einen Brennstoffstrom von dem Kanal 72 zum Rückschlagventil 158 gestattet. Das Rückschlagventil 158 öffnet sich in Abhängigkeit von dem Brennstoffdruck in der Leitung 74, so daß Brennstoff in die Kammer 152 hineinströmen kann. Die Kraft, die von dem unter Druck stehenden Brennstoff erzcugt wird, überwindet die Feder J64 und bewegt den Schieber 140 in die gezeigte Stellung. Da der Brenn-.stoffdiuek auf entgegengesetzten. Seiten des Rückschlagventils 158 ausgeglichen ist, schließt sich das Ventil 158 unter dem Einfluß der Feder. Die Kammer 112 ist zum Brennstoff druck /'„ gelüftet und das Ventil % von der Mündung 104 weg und gegen den Anschlag 106 beaufschlagt, und zwar in Abhängigkeit von dem Druckunterschied /', — /'„, der an dem Ventilglied 98 wirksam ist. Der so durch die Mündimg 104 hergestellte Brcnnstoffiluß strömt zu der Nachbrennersteuerung 56. Der Schieber 140 bleibt ungeachtet der Lage des Steuerhebels 46 in der gezeigten Stellung, solange die Drehzahl der Turbine 22 sich auf einem Wert von mehr als 80°,o der maximalen Drehzahl hält, da die Kammer 152 durch den durch die Leitung 72 herangeführten Brennstoff unter Druck gehalten wird. Wenn der Hebel in eine Stellung entsprechend einer geringeren Hnergie zwischen dem Nachbrenncreinsehaltepunkt und der Drehzahl 80^u ο gebraucht wird, dreht sich der Nocken 84 und bewegt das Ventil 76 nach links, so daß die Zweigleitung 74 abgesperrt wird. Bei abgesperrter Zweigleitung wird jedoch der Druck in der Kammer 152 über die Leitung 72 aufrechterhalten.

Das Brennstoffdrucksignal, das von der Hauptbrenns'.olfsteuerung 34 auf die Leitung 72 übertragen wird, hört auf. wenn die Drehzahl der Turbine 22 auf den Wert von 80".Ό der Höchstdrehzahl oder darunter abnimmt, woraufhin der Druck der Kammer 152 sinkt und demzufolge dem Schieber 140 unter dem Einfluß der Feder 164 eine Bewegung nach rechts gestattet. Das Verschlußstück 160 sitzt .gegen den Ventilsitz 162 und sperrt den Kanal 154, während der Bund 146 die Öffnung 168 freilegt und dadurch Brennstoff beim Druck P₁ zur Kammer 112 jjül'tet. Der Brennstoffdruckunterschied an dem Ventilglied 98 nimmt auf Null ab, und das Ventil 96 bewegt sich unter dem Einfluß der Feder 110 nach rechts und sperrt dadurch die Mündung 104. Es ist zu beachten, daß der Druckunterschied an dem Ventilglied 98 in Abhängigkeit von dem Volumen der Kammer 112 und der durch die Einschnürung 169 ' auferlegten Drosselung abnimmt, die wieder die Bewegung des Ventils 96 steuert. Durch die Bemessung der Kammer 112 und der Drosselstelle 169 kann das Ansprcchverhalten des Ventils 96 gewählt werden.

Der Nachbrennerfluß wird bei einer höheren Einstellung des Steuerhebels 46 hergestellt, während der Brennstoffdurchfluß bei einer niedrigeren Einstellung des Steuerhebels 96 unterbrochen wird. Dadurch wird verhindert, daß das Absperrventil 60 einen Betriebszyklus ausführt, wenn der Pilot den Steuerhebel 46 innerhalb eines kleinen Bereiches um die Nachbrennereinschultung schnell betätigen will.

Wenn die Nachbrennersteuerung 56 bei geschlossenem Absperrventil 60 den Düsen 28 weiterhin Brennstoff zumißt, dann soll der Kühlfluß des Brennstoffs durch den Durehgang 116 ausgeschaltet werden, um einen unerwünschten Brennstoffzufluß zu den Düsen zu verhindern. Bei einer solchen Fchlfunktion nimmt der Durchfluß durch den Durehgang 116 auf Grund der Herabsetzung des Brennstoffgegendrucks in der Nachbrenncrstcucrung 56 entsprechend zu. Dieser Druck ist normalerweise hoch, da die eingeschnürte Leitung 64 für den Durchfluß des kühlenden Brennstoffs aus der Nachbrennersteuerung 56 eine bedeutende Drosselung darstellt. Der herabgesetzte Gegendruck führt zu einem Durch-'.

fluß durch den Durehgang 116 über das vorher festgelegte Ausmaß des KühlHusses hinaus, den das selbsttätige Ventil 120 auf Grund seiner Auslegung gestattet. Der erhöhte Durchfluß durch den Durehgang 116 führt zu einem entsprechend höheren Druckabfall an dem Ventil 120, woraufhin die Kraft der Feder 126 überwunden wird und das Ventil 120 gegen den Durehgang 116 zum Aufsitz kommt und den Kühlfluß des Brennstoffs zu der Nachbrennstcueruns 56 unterbricht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Absperrventil mit Betätigung durch ein Druckmittel, das ein Hauptventil beaufschlagt und durch ein Hilfsventil gesteuert wird, mit Vorkehrungen zum Durchlaß einer vorgeschriebenen Mindestmenge, gekennzeichnet durch ein parallel zum Hauptventil (96) angeordnetes, durch eine Feder (126) in Öffnungsrichtung gedrücktes selbsttätiges Ventil (120) mit kleinerem Durchgang (116), das bei zu großem Druckabfall durch Überschreiten der Mindestmenge schließt.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Ventil (120) ein kugelförmiges Verschlußstück aufweist, das lose in einer mit dem Durehgang (116) in Verbindung stehenden Bohrung (114) angeordnet ist, und daß ein Anschlag (128) zur Begrenzung der von dem Durchgang (116) weggerichteten Bewegung des Verschlußstücks vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen