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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Einbau in Kraftstoffleitungen
bzw. -kanäle von Kraftstoffeinspritzdüsen, insbesondere zur Verwendung bei rücklaufgesteuerten
Kraftstoffeinspritzdüsen von Gasturbinentriebwerken zur Reinhaltung kleinster Bohrungen
und Schlitze.
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Gasturbinentriebwerke werden mit Brennkammern ausgerüstet, in welche
üblicherweise eine Anlaßdüse mit einer Zündkerze und eine oder mehrere Hauptkraftstoffdüsen
eingebaut sind. Von einer Hauptkraftstoffleitung geht ein Leitungssystem aus, welches
zur Verteilung des Kraftstoffs auf die einzelnen Anlaß- und Einspritzdüsen dient.
Es ist bekannt, zur Reinhaltung des Kraftstoffs von Schmutzteilchen in die Hauptkraftstoffleitung
ein Filter einzubauen, um die oft konstruktiv bedingt sehr kleinen Querschnitte
der Einspritzdüsen vor Verschmutzung zu schützen.
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Bei Brennereinsätzen von Ölbrennern ist die Verwendung von Hauptstromültern
bekannt. Diese Hauptstromfilter konnen vor der Brennerdüse direkt angeordnet sein
und den Brennerdüseneinsatz ringförmig umgeben, so daß das Öl vor dem Durchtritt
durch die Düsen gefiltert wird.
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In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß noch nach dem Filter Schmutzteile
im Kraftstoff vorhanden sind, die entweder das Filter passiert oder sich auf eine
bis heute noch nicht ganz geklärte Weise in den Rohrleitungen nach dem Filter gebildet
haben.
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Diese Schmutzteile, die mitunter nicht fest, sondern oft schlammartig
sind, können die Einspritzdüsen teilweise oder auch ganz verstopfen und dadurch
ihre Funktion beträchtlich stören. Ein weiterer Nachteil der bekannten Filter ist
darin zu sehen, daß sie infolge ihres großen Filterquerschnitts einen relativ großen
Platz beanspruchen, so daß eine besondere Ausbildung des Düseneinsatzes und eine
aufwendige Führung notwendig sind. Um den Nachteil eines zu großen Platzbedarfs
zu verringern, sind die bekannten Hauptfilter über eine größere Länge in der Strömungsrichtung
angeordnet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich trotz der Filter nach längerem
Gebrauch Schmutz vor der Düsenmündung absetzt und die Düse verstopft. Ein Auswechseln
des verschmutzten Hauptfilters ist nur mit einem erheblichen Montageaufwand möglich.
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Die bekannten rücklaufgesteuerten Einspritzdüsen arbeiten nach dem
Prinzip, daß dem Drallraum des Zerstäuberteils der Düse mehr Kraftstoff zugeführt
wird, als durch die Austrittsbohrung der Düse austreten soll. Hierdurch entsteht
in dem Drallraum ein Druck, und der nicht der Verbrennung zugeführte Kraftstoff
fließt durch eine Rücklaufdrossel zurück.
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Die Rücklaufmenge des Kraftstoffs wird konstant gehalten. Sind nun
die eine oder beide Eintrittsbohrungen bzw. Schlitze zum Drallraum mehr oder weniger
verstopft, so bricht der Druck im Drallraum zusammen und sinkt gegebenenfalls unter
den in der Rücklaufleitung herrschenden Druck. Da alle Düsen in dem Leitungssystem
miteinander verbunden sind und alle unter dem Druck stehen, der in der Rücklaufleitung
herrscht, wird in die verstopfte Düse Kraftstoff aus der Rücklaufleitung gefördert,
der durch die AustrittsSifnung der Düse in die Brennkammer gelangt. Diese Kraftstoffmenge
ist hierbei beträchtlich, und da sie zusätzlich unzerstäubt ist, entsteht ein starker
Flammenstrahl, der zur Zerstörung des Triebwerks führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Filtereinsätze zu vermeiden und eine Filtervorrichtung zu schaffen, die für das
Ausfiltern von kleinsten Schmutzteilchen aus dem Kraftstoff geeignet ist und durch
eine entsprechende Konstruktion dem Aufbau von Düsen von Gasturbinentriebwerken
angepaßt ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß hinter dem Hauptfilter in
den kraftstoffzuführenden Teilen des Leitungssystems in unmittelbarer Nähe der Bohrungen
und Schlitze Zusatzfilter vorgesehen sind, die als quer zur Strömungsrichtung des
Kraftstoffs angeordnete Flachfilter ausgebildet sind. Diese neuen Kraftstoffilter
werden in vorteilhafter Weise innerhalb der Zulaufleitungen der Einspritzdüsen angeordnet,
wodurch auch besonders feine Fremdkörper und Schmutzteile, die das Filter der Hauptkraftstoffleitung
noch passiert haben oder sich erst nach diesem Filter bildeten, aufgehalten werden,
so daß verhindert wird, daß diese Fremdkörper sich in den Schlitzen des Zerstäuberteils
der Einspritzdüsen festsetzen können. Vorzugsweise wird jeder Einspritzdüse wenigstens
ein Kraftstoffilter zugeordnet. Dieses Kraftstoffilter wird zweckmäßigerweise in
den Düsenköpfen selbst oder in den Verteilerstücken der Kraftstoffleitungen angeordnet.
Um diese Anordnung zu ermöglichen, werden die Kraftstoffilter besonders flach ausgeführt.
Dadurch kann das Flachfilter in seiner Form der Düsenkonstruktion so angepaßt werden,
daß es bei optimaler Filterwirkung wenig Raum beansprucht und keine aufwendige Führung
voraussetzt. Da das Filtersieb des Flachfilters quer zur Strömungsrichtung angeordnet
ist, ergibt sich die beste Ausnutzung des Filtereinsatzes, und die Strömung des
Kraftstoffs wird nicht beeinflußt. Durch die Querlage des Filters zur Strömungsrichtung
kommt die gesamte Filterfläche vorteilhaft gleichmäßig zum Einsatz.
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In seiner einfachsten Form besteht das Zusatzfilter aus einem niedrigen
Hohlzylinder mit einem darin befestigten Sieb. Eine andere bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, daß das Zusatzfilter aus einem niedrigen Hohlzylinder mit einem durchlöcherten
Boden besteht, auf dem ein Sieb aufliegt, das von einem in den Hohlzylinder eingepreßten
Ring gehalten wird. Ein derartiges Zusatzfilter eignet sich besonders für den Einbau
in die Verteilerstücke oder in die Anlaßdüse. Hierbei kann zur sicheren Befestigung
des Zusatzfilters der das Sieb tragende flache Hohlzylinder auf seiner äußeren Wandung
mit einem Gewinde versehen sein, so daß das Zusatzfilter in seine vorbestimmte Lage
eingeschraubt werden kann.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht das Zusatzfilter
aus einem Ring, der mit einer in Achsrichtung angeordneten Ringnut versehen ist.
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In dem Nutboden befindet sich ein Kranz kleiner Bohrungen, und der
Nutboden dient zur Auflage des Filtersiebes, das durch je einen an die Innen- und
Außenwand der Nut angepaßten und eingepreßten Ring gehalten wird. Ein solches Zusatzfilter
läßt sich in kleinsten Abmessungen herstellen und eignet sich deshalb besonders
zum Einbau in den Düsenkopf rücklaufgesteuerter Düsen. Da das Sieb hohen Temperaturen
ausgesetzt sein kann, wird es zweckmäßigerweise aus wärmebeständigem und nichtrostendem
Material gefertigt.
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An Hand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anlaßdüse
mit einem eingebauten flachen Zusatzfilter, F i g. 2 einen Schnitt durch ein Verteilerstück
mit einem eingebauten Zusatzfilter, Fig. 3 eine Rücklaufdüse mit einem Zusatzfilter,
Fig. 4 und 5 ein ringförmiges Zusatzfilter in der Draufsicht und im Schnitt.
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Wie die Fig. 1 zeigt, wird, um eine Verunreinigung der sehr kleinen
Drallbohrungen der Anlaß düse zu vermeiden, in den Körper der Anlaß düse 1 ein Zusatzfilter
2 eingesetzt. Dieses Zusatzfilter 2 besteht aus dem flachen Hohlzylinder 3, der
mit einem Außengewinde versehen ist und eine mit den Bohrungen 4 versehene Bodenplatte
5 aufweist. Oberhalb der Bodenplatte 5 wird das aus einem Sieb 6 bestehende Flachfilter
angebracht, welches durch den in den Hohlzylinder3 eingepreßten Ring 7 fixiert wird.
Das Zusatzfilter 2 wird in eine mit einem Gewinde versehenen Bohrung 8 derart eingeschraubt,
daß es unterhalb des Einlaufkanals 9 zu liegen kommt. Die Bohrung 8 wird durch eine
Schraube 10 abgeschlossen. Bevor der Kraftstoff aus der Düsenöffnung 11 der Anlaßdüse
1 austritt, muß er also das Zusatzfilter 2 durchströmen. Jegliche Verunreinigungen
werden durch das Zusatzfilter 2 abgehalten, und eine Verschmutzung der Düsenöffnung
11 kann nicht eintreten. Eine Reinigung des Zusatzfilters ist sehr leicht möglich.
Hierfür braucht lediglich die Schraube 10 entfernt zu werden, wonach die Reinigung
durchgeführt werden kann.
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In der F i g. 2 ist der Einbau eines Zusatzfilters 12 in ein Verteilerstück
13 gezeigt. Die beiden Bohrungen 14 und 15 des Verteilerstückes 13 sind die Anschluß
stellen für die nicht eingezeichneten Verbindungsrohre zwischen den einzelnen Verteilerstücken,
durch die der Zulauf des Kraftstoffs erfolgt. Von diesem Verteilerstück 13 aus wird
das Zulaufrohr der Einspritzdüse über die Bohrung 16 gespeist. Bevor der Kraftstoff
in die Bohrung 16 gelangt, muß er das Zusatzfilter 12 passieren, welches im Prinzip
genauso aufgebaut ist wie das in Fig. 1 dargestellte Filter. Lediglich die äußere
Wandung des Hohlzylinders 3 ist ohne Gewinde, und der Boden 5 des Hohlzylinders
hat eine andere Verteilung der Bohrungen4.
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In der Fig.3 ist das Zusatzfilter in den Kopf einer Rücklaufdüse
eingesetzt. Der Kopf dieser Düse besteht im wesentlichen aus dem Düsenkörperl9,
der mit Bohrungen zur Aufnahme des Kraftstoffzufürungsrohrs 17 und des Kraftstoffrücklaufrohrs
18 und mit einer Zulauf- und mit einer Rücklaufbohrung 20 und 21 versehen ist. Das
Kraftstoffzuleitungsrohr 17 und das Rückleitungsrohr 18 sind mit dem Düsenkörper
19 verschweißt. Die Zulaufbohrung 20 mündet in eine Ringkanalnut 22. An den Düsenkörper
19 schließt das Zusatzfilter 23 an, welches eine ringförmige Nut 24 mit gleichem
Querschnitt wie die Ringkanalnut22 aufweist. Aus der Ringkanalnut 22 strömt also
der Kraftstoff direkt in die Nut 24 des Zusatzfilters 23 und von dort über die im
Boden des Zusatzfilters 23 angeordneten Löcher in eine Ringnut der Rücklaufdrossel
25. Von dieser letzten Ringnut gelangt der Kraftstoff über die Zulaufbohrungen 26
in der Rücklaufdrossel 25 zu einer zweiten Ringnut der Rücklaufdrossel 25, die den
Kraftstoff auf die Schlitze einer Drallplatte 27 verteilt. Über die Schlitze der
Drallplatte 27 gelangt der Kraftstoff in einen Drallraum 28 der Düsenplatte 29
und
von dort aus über die Düsenöffnung 30 in den Verbrennungsraum. Ein Teil des Kraftstoffs
wird jedoch beim gezeigten Ausführungsbeispiel über die Rücklaufbohrungen 31 der
Rücklaufdrossel 25 in die Rücklaufbohrung21 des Düsenkörpersl9 und von dort in das
Rücklaufrohr 18 zurückgeführt. Bei einem solchen rücklaufgesteuerten Düsensystem
mit kleinstem Kraftstoffdurchsatz und damit kleinsten Abmessungen geschieht es leicht,
daß Schlitze oder Bohrungen durch Verschmutzungen verstopft werden. Dieses wird
nach der Erfindung durch das Zusatzfilter 23 verhindert. Die einzelnen Teile wie
Zusatzfilter23, Rücklaufdrossel 25, Draliplatte 27 und Düsenplatte 29 werden durch
eine Überwurfkappe 32 an dem Düsenkörper 19 befestigt.
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In den Fig. 4 und 5 ist ein ringförmiges Zusatzfilter 23, wie es
in der Fig. 3 verwendet ist, dargestellt. Dieses Zusatzfilter 23 besteht aus einem
Ring 33, der mit einer in Achsrichtung angeordneten Nut 24 versehen ist und dessen
Boden einen Kranz Bohrungen 34 aufweist. Auf dem Boden der Nut 24 ist das Sieb 35
angeordnet, welches durch je einen an die Innen- und Außenwand der Nut 24 angepaßten
und eingepreßten Ring 36 und 37 gehalten ist.