DE1476744C3 - Brennstoffzufuhreinrichtung für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

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eine Einrichtung zum Verstellen der Verdrängung derlich gedrosselt wird. Der Ventilkörper 28 wird der Verdrängerpumpe benutzt werden, wobei darauf durch eine Feder 32, welche auf ein Axialdruckschubhinzuweisen ist, daß zur Förderung von Brennstoff lager 33 wirkt, in Öffnungsrichtung und durch den dienende Förderpumpen mit veränderlicher Verdrän- Strömungsmitteldruck der Brennstoffleitung 3, welgung, die durch den Ansaugdruck der Pumpe betä- 5 eher in eine Kammer 34 an dem von der Feder 32 tigt werden, an sich bekannt sind (vergleiche z. B. entfernten Ende des Ventilkörpers 28 eingelassen britische Patentschrift 681473). wird, in Schließrichtung gedrückt. Das federbelastete

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Ende des Ventilkörpers 28 erstreckt sich in eine ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- Kammer 30 hinein, die durch eine Leitung 20 mit drängerpumpe eine feste volumetrische Verdrängung io dem Inneren des Zentrifugalpumpengehäuses an hat und die Durchsatzregeleinrichtung als parallel dem Einlauf des Rotors 11 verbunden ist. Um die zur Verdrängerpumpe angeordnete, druckgesteuerte statische Reibung zu überwinden, ist der Ventilkör-Rückströmeinrichtung ausgebildet ist. Dies ermög- . per 28 mit einem Stirnrad 35 versehen, welches mit licht eine besonders einfache Steuerung der Rück- einem Stirnrad 36 kämmt, das von einer kontinuierströmeinrichtung. 15 lieh umlaufenden Welle 37 aufgenommen wird. Das

An Hand der einzigen Figur wird ein Ausfüh- letztgenannte Stirnrad 36 ist derart verlängert, daß rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. eine Antriebsverbindung innerhalb der axialen Bewe-

Eine mit einer Brennstoffquelle verbundene Ein- gung des Ventilkörpers 28 aufrechterhalten bleibt,
laßleitungl führt zu einer Zentrifugalpumpe 2, Zum besseren Verständnis der Erfindung wird in

welche von einem Triebwerk angetrieben wird. Eine ao dem Rechteck 6 eine einfache Form einer Durchfluß-Brennstoffleitung 3 verbindet den Auslaß der Zentri- steuereinrichtung gezeigt. Die Einrichtung umfaßt fugalpumpe2 mit dem Einlaß einer Verdränger- ein DurchflußsteueTveatU-38 mit einem Zylinder pumpe 4 mit fester volumetrischer Verdrängung, die 39, der eine Einlaßöffnung 41 zur Aufnahme von vom Triebwerk unter einem festen Drehzahlverhält- Flüssigkeit von der Verdrängerpumpe 4 und eine nis mit Bezug auf die Zentrifugalpumpe angetrieben 25 Auslaßöffnung 42 zur Förderung von Flüssigkeit zu wird. Eine von der Verdrängerpumpe 4 ausgehende den Brennern 7 aufweist. Ein beweglicher Ventilkör-LeitungS ist über eine Durchflußsteuereinrichtung, per 43 ist mit einem Abschnitt 44 verringerten die innerhalb des in gestrichelten Linien gezeigten Durchmessers versehen, der ständig einen unbehin-Rechtecks 6 angeordnet ist, mit Brennern 7 verbun- derten Durchfluß durch die Einlaßöffnung 41 gestatden. . 30 tet, während der Ventilkörper an dem einen Ende

Die Zentrifugalpumpe 2 besitzt ein Gehäuse 8, in des Abschnitts 44 die Auslaßöffnung 42 veränderlich · welchem eine von dem Triebwerk angetriebene einschnürt. Der Ventilkörper 43 wird durch eine Fe-Welle9 sowie ein Rotor 11 angeordnet sind, wäh- der 45 in die Öffnungsstellung und durch einen rend die Brennstoffzufuhr zum Einlauf des Rotors 11 handbetätigten Nocken 46 in die Schließrichtung gedurch ein Einlaßventil mit einem Ventilsitz 12 und 35 drückt.

einem beweglichen Ventilkörper 13 geregelt wird. Das Durchflußsteuerventil 38 steuert über ein Ser-

Der Ventilkörper 13 ist durch einen Schaft 14 mit voventil 47 den Kolben 15, der das Einlaßventil 12, einem Kolben 15 verbunden, der in einem Zylinder 13 der Zentrifugalpumpe 2 regelt. Das Servoventil 16 gegen die Wirkung einer Feder 17, die im Sinne umfaßt einen Zylinder 48 mit einer großen Bohrung einer Öffnungsbewegung des Einlaßventils wirkt, be- 40 49, die einen Kolben 51 gleitend aufnimmt, sowie weglich ist. Die Zentrifugalpumpe 2 ist von der in einer kleinen Bohrung 52, die einen Stößel 53 gleidem deutschen Patent 1056 877 beschriebenen Art, tend aufnimmt, der sich von dem einen Ende des in welcher das Einlaßventil den Flüssigkeitsdurch- Kolbens 51 forterstreckt. Die Seite des Kolbens .51 fluß derart steuert, daß die Flüssigkeit innerhalb der mit der großen Fläche und der Zylinder 48 bilden Pumpe einen Ring bildet, dessen radiale Tiefe den 45 zusammen eine Kammer 54, die eine Druckfeder 55 Pumpenförderdruck steuert. aufnimmt und durch ein Rohr 56 mit dem Auslaßin der Brennstoff zuführeinrichtung können Be- rohr 5 auf der Abströmseite des Steuerventils 38 vertriebszustände auftreten, bei denen die Förderlei- bunden ist. Die ringförmige Fläche des Kolbens 51 stung der Zentrifugalpumpe 2 kleiner oder größer als und der Zylinder 38 bilden zusammen eine Kammer die Förderleistung der Verdrängerpumpe 4 ist. In 50 57, welche durch eine Leitung 58 mit der Leitung 5 dem ersten Fall wird die überschüssige Förderlei- auf der Zuströmseite des Steuerventils 48 verbunden stung der Pumpe 4 zu der Brennstoff leitung 3 zu- ist. Das Ende des Stößels 53 ist durch eine Mittelrückgeführt, und zwar durch eine Rückströmleitung bohrung 60 mit der Kammer 54 verbunden, wodurch 21, in der eine Durchsatzregeleinrichtung 22 und ein die wirksame druckbelastete Fläche des Kolbens 51 Rückschlagventil 23 angeordnet sind. In dem zweiten 55 in der Kammer 54 gleich der ringförmigen Fläche in Fall wird der überschüssige Durchsatz der Zentrif u- der Kammer 57 ist.

galpumpe2 zur Leitung 5 geführt, und zwar durch Die Bohrung 52 besitzt eine öffnung 59, die mit

eine Bypass-Leitung 24, die ein Rückschlagventil 25 der Leitung 58 verbunden ist, wobei die öffnung 59 enthält. ununterbrochen in freier Verbindung mit dem ausge-

Die Durchsatzregeleinrichtung 22 umfaßt ein Ge- 60 nommenen Abschnitt 63 des Stößels 53 steht. Eine häuse 26 mit einer Ventilbohrung 27, in welcher ein zweite öffnung 64, die mit axialem Abstand von der mit einer mittleren Ausnehmung versehener Steuer- öffnung 59 angeordnet ist, wird durch den Stößel 53 kolben 28 axial verschieblich gelagert ist. Die Ventil- ah dem einen Ende des ausgenommenen Abschnitts bohrung 27 besitzt eine Einlaßöffnung 29, die in of- 63 veränderlich eingeschnürt. Die öffnung 64 ist fener Verbindung mit dem ausgenommenen Ab- 65 durch eine Leitung 66 mit der Kammer 67 in dem schnitt des Ventilkörpers 28 steht, und eine Auslaß- Zylinder 16 auf der federbelasteten Seite des Kolöffnung 31, die durch den Ventilkörper 28 an dem bens 15 verbunden. Die Leitung 66 ist über eine feste einen Ende des ausgenommenen Abschnittes verän- Einschnürung 62 mit einer Leitung 65 verbunden,

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die zu der Einlaßleitung 1 führt. Eine Kammer 18 in Brennern liefert, kann diese Menge geringer sein als

dem Zylinder 16 auf der Stößelseite des Kolbens 15 die Verdrängung der Verdrängerpumpe 4. Eine Kavi-

wird durch eine Verbindungsleitung 19 auf dem in tation innerhalb der Verdrängerpumpe 4 wird da-

der Leitung 5 herrschenden Förderdruck gehalten. durch vermieden, daß man einen Teil des Durchflus-

Es wird jetzt der Betrieb der Durchflußsteuerein- 5 ses durch die Rückströmleitung 21 und die Durchrichtung beschrieben. Die durch die gedrosselte Aus- Satzregeleinrichtung 22 zur Brennstoffleitung 3 zulaßöffnung 42 fließende Flüssigkeit erzeugt einen rückfließen läßt. Wenn diese Rückströmung stattfin-Druckabfall, der durch die Leitung 56 und 58 und det, so bewegt sich der Ventilkörper 28 automatisch die Kammern 54 und 57 auf gegenüberliegende Sei- in eine Stellung, in der die Rückströmmenge gleich ten des Kolbens 51 einwirkt. Die auf den Kolben 51 ι ο dem Unterschied zwischen dem Durchfluß durch die einwirkende resultierende Kraft wird durch die Verdrängerpumpe 4 und dem gesteuerten Durchfluß Druckkraft der Feder 55 ausgeglichen. Eine kleine durch die Zentrifugalpumpe 2 ist. Dieses läßt sich Bewegung des Kolbens 51 bewegt den Stößel 53 von durch die Betrachtung der Wirkung eines Einsteleiner Stellung, in der die öffnung 64 vollständig ge- lungsfehlers des Ventilkörpers 28 erläutern. Die Stelschlossen ist, in eine Stellung, die diese öffnung voll- 15 lung des Ventilkörpers wird durch den Druckunterständig öffnet, und die Feder 55 ist so ausgebildet, schied zwischen dem äußeren Ring und dem Einlauf daß sie während dieser Bewegung eine im wesentli- der Zentrifugalpumpe 2, wie er über die Leitungen 3 chen konstante Kraft ausübt. Wenn an der Auslaß- und 20 auf die gegenüberliegenden Enden des Venöffnung 42 ein konstanter Druckabfall vorhanden ist, tilkörpers 28 übertragen wird, und durch die Feder bleibt der Kolben 51 in einer Stellung, in welcher der 20 32 bestimmt. Der Druckunterschied wird für eine geStößel 53 die öffnung 64 teilweise schließt. Der Strö- gebene Drehzahl des Rotors 11 durclr die-radiale mungsmitteidruck in der Kammer 67 wird durch die Tiefe des Flüssigkeitsringes in der Zentrifugalrelative Drosselung der öffnung 64 und die feste pumpe 2 bestimmt.

Einschnürung 62 bestimmt, so daß eine Zunahme in Wenn ein Einstellungsfehler des Ventilkörpers 28

der Offenstellung der öffnung 64 den Kolben 15 ver- 25 die öffnung 31 vergrößert, so nimmt die Rückströ-

anlaßt, sich in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers mung zu, da der Gegendruck des Durchflußwider-

13 zu bewegen, während eine Abnahme in der Offen- Standes, der durch die Brenner 7 verursacht wird,

stellung dieser öffnung den Kolben 15 veranlaßt, gleich bleibt. Es entsteht eine entsprechende Vermin-

sich in die Schließrichtung zu bewegen. Wenn ein derung in dem Flüssigkeitsdurchfluß der Verdränger-

verminderter Durchfluß durch die Leitung 5 benötigt 30 pumpe 2, was eine Zunahme in der radialen Tiefe

wird, wird der Nocken 46 so gedreht, daß der Ventil- des Flüssigkeitsringes verursacht. Diese erhöht den

körper 43 sich senkt, wodurch die öffnung 42 zuneh- Druckunterschied in den Leitungen 3 und 20, was

mend gedrosselt wird, was einen erhöhten Druckab- den Ventilkörper 28 veranlaßt, sich entgegen der

fall zur Folge hat, der durch die Leitungen 58, 56 Kraft der Feder 32 zu bewegen und die öffnung 31

wirksam ist, um den Kolben 51 entgegen der Kraft 35 zu verkleinern. .

der Feder zu bewegen. Der Stößel 53 erhöht die So kommt der VentilkörpeF 28 immer dann bei Drosselung der öffnung 64, um den Flüssigkeits- teilweisem Schließen der öffnung 31 zur Ruhe, wenn durchfluß dort hindurch zu verringern. Derselbe ver- der Durchfluß durch die Verdrängerpumpe 4 den geminderte Durchfluß durch die feste Einschnürung 62 steuerten Durchfluß durch die Zentrifugalpumpe 2 verursacht eine Druckminderung in der Kammer 67, 40 übersteigt.

wodurch der Kolben 15 sich so bewegt, daß er die Wenn der benötigte Flüssigkeitsdurchfluß über die Öffnung des Einlaßventils 12, 13 der Zentrifugal- Förderleistung der Verdrängerpumpe 4 hinaus anpumpe 2 verkleinert. Die in die Zentrifugalpumpe 2 steigt, beispielsweise wenn das Triebwerk mit einströmende Durchflußmenge wird entsprechend Höchstdrehzahl oder nahezu mit Höchstdrehzahl in auf den Wert vermindert, bei welchem der Druck an 45 Bodennähe läuft, so liefert die Zentrifugalpumpe 2 der öffnung 42 wieder auf einen im wesentlichen den erforderlichen Durchfluß bei hohem Druck konstanten Wert zurückgebracht wird. Damit ist das durch die Brennstoffleitung 3. Das Rückschlagventil Gleichgewicht des Kolbens 51 und des Kolbens 15 in 23 und die Durchsatzregeleinrichtung 22 schließen einer neuen Stellung hergestellt. unter diesem hohen Druck. Die über die von der

Es wird nun die Betriebsweise der Brennstoffzu- 50 Verdrängerpumpe 4 verdrängte Flüssigkeitsmenge

rühreinrichtung bei unterschiedlichen Durchsätzen hinausgehende Flüssigkeitsmenge wird durch das

beschrieben. Rückschlagventil 25 und die Bypass-Leitung 24 zur

Bei geringen Durchflußmengen, beispielsweise Leitung 5 umgeleitet. ,

beim Anlassen des Triebwerks, kann die Zentrifugal- Die Verdrängerpumpe 4 ist vorzugsweise so ausgepumpe2 außerstande sein, den erforderlichen Druck 55 legt, daß sie etwas mehr Brennstoff liefert als beim

zur befriedigenden Zerstäubung des Brennstoffes im Zünden der Brenner des Triebwerkes erforderlich ist.

Brenner 7 zu erzeugen, und demzufolge muß die Ver- In diesem Zustand liefert die Zentrifugalpumpe kei-

drängerpumpe 4 den benötigten Druck erzeugen. nen genügenden Druck, um die erforderliche Brenn-

Während die Zentrifugalpumpe 2 so geregelt wird, stofförderleistung zu den Brennern 7 zu gewährleidaß sie die erforderliche Durchflußmenge zu den 60 sten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Teil des Betriebsbereichs von einer ebenfalls als Patentansprüche: Hauptpumpe ausgebildeten Verdrängerpumpe mit Flüssigkeit versorgt. Bei einer solchen Pumpenanord-

1. Einrichtung zum Zuführen flüssigen Brenn- nung ergeben sich jedoch Schwierigkeiten beim Umstoffs zu den Brennern eines Gasturbinentrieb- 5 schalten von der einen auf die andere Pumpe, und es werks, mit zwei hintereinander geschalteten Pum- entstehen Unterbrechungen bei der Brennstoffzufuhr pen, die über eine einzelne Brennstoffleitung mit während des Umschaltens.

den Brennern verbunden sind und von denen die Es ist bereits eine Brennstoff zufuhrein richtung eine als Zentrifugalpumpe und die andere als (britische Patentschrift 852 290) bekannt, bei der Verdrängerpumpe ausgebildet ist, wobei die Zen- io einer Zentrifugalpumpe und einem hinter der Zentritrifugalpumpe ein Einlaßventil zur Regelung des fugalpumpe angeordneten Durchflußregelventil eine Pumpendurchsatzes aufweist und in einer zur Verdrängerpumpe nachgeschaltet ist, die zur Beauf-Verdrängerpumpe parallelen Bypass-Leitung ein schlagung einer Reihe von Primärbrennern dient. Im Rückschlagventil angeordnet ist, dadurch oberen Drehzahlbereich hat allerdings die Zentrifugekennzeichnet, daß die zur Beaufschla- 15 galpumpe einen größeren Durchsatz als die Vergung sämtlicher Brenner . (7) dienende Ver- drängerpumpe. Der von der Zentrifugalpumpe geliedrängerpumpe (4) der Zentrifugalpumpe (2) ferte Überschuß wird daher an einer Stelle vor der nachgeschaltet ist, daß der Verdrängerpumpe (4) Verdrängerpumpe abgezweigt und einer Reihe von eine in Abhängigkeit von der Druckdifferenz der Sekundärbrennern zugeführt. Ferner ist parallel zu Zentrifugalpumpe (2) gesteuerte Durchsatzregel- 20 der Verdrängerpumpe eine Rückströmeinrichtung einrichtung (22) zugeordnet ist, die im unteren angeordnet, die eine Kavitation der Verdränger- _DrehzählSereich der Zentrifugalpumpe (2) die pumpe verhindert;-, wenn der Durchsatz im unteren von der Verdrängerpumpe (4) effektiv abgege- Drehzahlbereich größer als der der Zentrifugalbene Fördermenge auf einem Wert gleich dem pumpe ist. Die Rückströmeinrichtung wird hierbei in Durchsatz der Zentrifugalpumpe (2) hält, und 25 Abhängigkeit von dem in der Brennkammer herrdaß das Rückschlagventil (25) in Förderrichtung sehenden Druck gesteuert. Eine solche Einrichtung der Zentrifugalpumpe öffnend ausgebildet ist. ist jedoch lediglich zur zeitlich verschobenen Beauf-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- schlagung von getrennten Primär- und Sekundärkennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe (4) eine brennern geeignet; zur gleichzeitigen Beaufschlagung feste volumetrische Verdrängung hat und die 30 sämtlicher Brenner ist sie nicht verwendbar.
Durchsatzregeleinrichtung als parallel zur Ver- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drängerpumpe (4) angeordnete, druckgesteuerte Einrichtung der eingangs angegebenen Art mit einer Rückströmeinrichtung (22) ausgebildet ist. Zentrifugalpumpe und Verdrängerpumpe sowie mit

einem der Zentrifugalpumpe vorgeschalteten Einlaß-

35 ventil zu schaffen, bei der eine kontinuierliche und

gleichzeitige Beaufschlagung sämtlicher Brenner über dem gesamten Betriebsbereich gewährleistet ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zu- die zur Beaufschlagung sämtlicher Brenner dienende führen flüssigen Brennstoffs zu den Brennern eines 40 Verdrängerpumpe der Zentrifugalpumpe nachge-Gasturbinentriebwerks, mit zwei hintereinander ge- schaltet ist, daß der Verdrängerpumpe eine in Abschalteten Pumpen, die über eine einzelne Brenn- hängigkeit von der Druckdifferenz der Zentrifugalstoffleitung mit den Brennern verbunden sind und pumpe gesteuerte Durchsatzregeleinrichtung zuvon denen die eine als Zentrifugalpumpe und die an- geordnet ist, die im unteren Drehzahlbereich der dere als Verdrängerpumpe ausgebildet ist, wobei die 45 Zentrifugalpumpe die von der Verdrängerpumpe ef-Zentrifugalpumpe ein Einlaßventil zur Regelung des fektiv abgegebene Fördermenge auf einem Wert Pumpendurchsatzes aufweist und in einer zur Ver- gleich dem Durchsatz der Zentrifugalpumpe hält, drängerpumpe parallelen Bypass-Leitung ein Rück- und daß das Rückschlagventil in Förderrichtung der schlagventil angeordnet ist. Zentrifugalpumpe öffnend ausgebildet ist.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (deut- 50 Das in Förderrichtung der Zentrifugalpumpe öffsche Patentschrift 1056 877) ist die Zentrifugal- nende Rückschlagventil sorgt dafür, daß im oberen pumpe als Hauptpumpe ausgebildet, während die Drehzahlbereich, in dem die Zentrifugalpumpe mehr Verdrängerpumpe eine der Zentrifugalpumpe vorge- Brennstoff als die Verdrängerpumpe fördert, der geschaltete kleine Hilfspumpe ist, die gegebenenfalls samte Durchsatz der Zentrifugalpumpe trotz der auch als Zentrifugalpumpe ausgebildet sein kann. 55 Nachschaltung der Verdrängerpumpe zu sämtlichen Die Verwendung einer Zentrifugalpumpe als Haupt- Brennern gelangt, wodurch eine kontinuierliche und pumpe zur Förderung des Brennstoffs ist insofern gleichzeitige Beaufschlagung sämtlicher Brenner über vorteilhaft, als eine Zentrifugalpumpe wesentlich dem gesamten Betriebsbereich erzielt wird. Die zur kleiner und leichter ist als eine die gleiche Leistung Verhinderung einer Kavitation der Verdrängerpumpe liefernde Verdrängerpumpe. Die Zentrifugalpumpe 60 vorgesehene Durchsatzregeleinrichtung wird im Gehat jedoch den Nachteil, daß sie insbesondere bei gensatz zu der Einrichtung nach der britischen Paniedrigen Triebwerksdrehzahlen nicht in der Lage tentschrift 852 290 nicht in Abhänigkeit vom Brennist, den erforderlichen Förderdruck und somit die er- kammerdruck, sondern in Abhängigkeit von der forderliche Fördermenge aufzubringen. Druckdifferenz der Zentrifugalpumpe gesteuert, da-

Bei einer anderen bekannten Brennstoffzufuhrein- 65 mit die Durchsatzregeleinrichtung nur in dem für die richtung (französische Patentschrift 1 351145) werden Kavitation kritischen unteren Drehzahlbereich wirkdaher die Brenner in einem Teil des Betriebsbereichs sam wird,
von einer Zentrifugalpumpe und in dem restlichen Als Durchsatzregeleinrichtung kann beispielsweise