DE1476807A1

DE1476807A1 - Treibstoffversorgungssystem,insbesondere fuer Gasturbinenwerke

Info

Publication number: DE1476807A1
Application number: DE19661476807
Authority: DE
Inventors: Lavash John Paul
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-03-24
Filing date: 1966-12-22
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1161574A; US3332234A; BE691590A; FR1505057A

Description

Treibstoffversorgungssystem, insbesondere für Gasturbinentriebwerke

Die vorliegende Erfindung betrifft Treibstoffversorgungssysteme, vorzugsweise für Gasturbinen-Triebwerke, insbesondere Systeme, bei denen Treibstoff für die hydraulische Betätigung von HiIfavorrichtungen verwendet wird.

Die Verwendung von Triebwerks-Treibstoffen für die hydraulisch« Betätigung von Hilfsvorriohtungen bei Gasturbinen ist bekannt. Dies hat viele Vorteile einschließlich der Vereinfachung der Konstruktionsteile und einer Reduzierung des Gewichts der Anlage. Bei vielen Treibstoffversorgungssystemen wird der für die hydraulische Betätigung verwendete Treibstoff einer Förderleitung einer Brennstoffhauptpumpe entnommen.

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Hilfsvorrichtungen der erwähnten Art weisen gewöhnlich Betätigungsvorrichtungen in Form eines Kolbens und Zylinders auf, welche zum wirksamen Arbeiten Mindestdrücke benötigen. Dieses wurde schon früher erkannt, und es wurden in vorhandene Treibstoffsysteme die den erforderlichen Druck erzeugenden Vorrichtungen eingebaut.

Die bisherigen Lösungen des Problems sind jedoch dort unzu- f reichend, wo es erwünscht ist, den Treibstoff zur Wärmeaufnahme zu Kühlzwecken zu verwenden, da die herkömmlichen Druckvorrichtungen selbst dem gesamten Treibstoffvorrat beträchtliche Wärmemengen zuführen, Außerdem ist eine erhebliche Energie erforderlich, um in dem Treibstoffvorrat einen die Mindestwerte erreichenden Druck zu erzeugen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die Wärmezufuhr zu dem gesamten, in einem Gastur-. binen-Triebwerk vorhandenen. Treibstoff auf ein Minimum zu reduzieren, wenn ein Teil des Treibstoffvorrats für die hydraulische Betätigung von Hilfsvorrichtungen verwendet wird, und zwar in einfacher, wirtschaftlicher Weise und

ο bei einem Energieainimum.

^ Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein Treibstoffversorgungs-O

*-. system zur Verwendung in einem Gasturbinen-Triebwerk geo schaffen wird, welches Treibstoff-Zuteilungsvorrichtungen aufweist, die einen Druck de· Treibetoff vorratβ erfordern, der sich in dem Maße erhöht, in dem die Menge des ninduroh-

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strömenden Treibstoffs größer wird. Außerdem ist das Triebwerk mit hydraulisch betätigten Hilfsvorrichtungen versehen, z.B. Treibstoffreglern oder Schubumkehrvorrichtungen. Das TreibstoffVersorgungssystem enthält eine erste und eine zweite Pumpe, die parallel angeordnet sind und von dem Triebwerk mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die sich jeweils erhöht, wenn das Triebwerk schneller arbeitet. Der aus der ersten Pumpe austretende Treibstoff wird durch Lei-tungen den Treibstoff-Zuteilungsvorriohtungen zugeführt. Der von der zweiten Pumpe abgegebene Treibstoff wird, zumindest teilweise, den Hilfsvorrichtungen zugeführt, um diese hydraulisch zu betätigen. Es sind Vorrichtungen vorgesehen, mittels derer der Ausgangsdruok der zweiten Pumpe über dem Wert gehalten wird, der für ein wirksames Arbeiten der Hilfsvorrichtungen erforderlich ist. Der von der zweiten Pumpe abgegebene, nicht in den Hilfsvorrichtungen verwendete Treibstoff wird von den Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung des Drucks zu dem von der ersten Pumpe abgegebenen Treibstoff geleitet.

Das Leistungsvermögen der zweiten Pumpe genügt den Höchstanforderungen, die durch die Hilfsvorrichtungen bedingt sind, und das Leistungsvermögen der ersten und zweiten Pumpe wird so gewählt, daß es den Höchstanforderungen der Treibstoff-Zuteilungsvorrichtungen entspricht, wodurch,

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wenn «ine relativ geringe Menge durch dieselben strömt und die Triebwerksgesohwindigkeit relativ hoch ist, die Wärmezufuhr, die der Treibstoff erhält, auf ein Minimum reduziert wird, während gleichzeitig unter Druck stehender Treibstoff für die hydraulische Betätigung der Hilfsvorrichtungen zur Verfügung steht.

Diese und andere damit zusammenhängende Aufgaben und Kennseiohen der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung sowie der zugehörigen Zeichnung ersiehtliohf

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine sohematisohe Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, in welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird.

Die Figur stellt ein Schema eines Treibetoff Versorgungssystems für ein zum Flugzeugantrieb verwendetes Gasturbinen-Triebwerk dar. Ein Treibstoff-Pumpensatz 12 erhält Treibstoff aus einem nioht dargestellten Treibstofftank duroh eine Zuführungsleitung ^k und gibt es durch ein Ableitungsrohr 16 an einen Brennstoff-Hauptregler 18 ab. Dieser weist ein Zumeβsungsventil 20 mit einem veränderlichen Querschnitt auf, welches aus der Leitung 16 Treibstoff empfängt und für die Abgabe duroh eine Leitung 22 an eine Reihe von Treibstoffverbrennungsdüsen Zk des Triebwerks 10 zuteilt. Dann wird der Treibstoff zerstäubt und auf

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bekannt· Weise in tln<r Anlaflkawor 23 sub Brsaug·η von Heifigaaen für den Betrieb de* Triebwerk· entattndet. DIa •in Ströaen duroh da· Zuaie a aunge ventil 20 au erreichen, da· genau proportional au seineai Querschnitt iet, wird •in konstant·· Oruokdifferential an deaaelben aufreoht-•rhalt«n. Zu diese« Zweok leitet ein Druokregelungavea» til 26 Treibstoff au einer Hiederdruokatufe d·· Treibst off ~PuMp«naata·· 12 ab, uai den in der Leitung 16 herv-■ohenden Druok auf Oinea beatiaaaten ¥«rt ftber des in dor Leitung 22 herraohenden Druok au halten, woau Über die Leitung 30 der in dor Leitung 22 herrschend· Druok an da· Druokregolung·ventil übertragen wird.

Der Queraohnitt d·· Zuaeaaungftirentil· 20 wird duroh eine Serroateueruag 32 be«tl—I, die unter Druo k «t«h«nd·· Ströaungaaitt·! tob einer Leitung 3h duroh die Leitungen 36, 38 au den entgogongoootatott Anden eine· nicht dargo-•teilten Kolben· de· Zua«*«ungsv«ntil· lenkt, und awar • 1· Reaktion auf «atapreohendo 8t«u«reignal·, b«i*pi«l··* w«i·· «in von d«ai Piloten aittel· d·· Gashebel· 33 auago« löst·· Steuersignal.

Um das Oewioht de· Triebwerks auf ein Minimum au reduaieren und aus Zweoke der Vereinfachung wird der a »ie Betrieb des Triebwerks 10 vorwendete Treibstoff daneben auch au«· Verwendung für dio Servosteuerung 32 bereitgestellt. Atta

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denselben Orunden kann der Treibstoff auoh für andere hydraulisch betriebene Steuermeohanismen verwendet werden, z.B. für ein· veränderliche Statorsteuerung kO, weloher duroh die Leitung k$ unter Druck stehender Treibstoff augeführt wird, wobei diese Leitung wie auoh die Servo-Zuführleitung 3k alt eines «weiten Ableitungsrohr aus dem Treibstoff-Pumpensatz 12 verbunden ist. Auf Steuersignale hin wird unter Druck stehender Treibstoff duroh die Leitungen kk, k6 geleitet, üb eine verstellbare Stator-Betätigungsvorriohtung 48 in eine vorbestimmtβ Lage zu bringen. Diese Betätigungsvorrichtung k8 ist mit einer Reihe von nicht dargestellten, winkelverstellbaren Kompressor-Statorsohaufeln mittels einer geeigneten meοhanischen, vereinfacht dargestellten Verbindungsvorrichtung 50 verbunden. Eine ausführliche Besohreibung einer für diesen Zweck verwendeten typischen Verbindung ist in dem USA-Patent 2 999 83Ο enthalten. Die verstellbare Statoreteuerung kO erhält von einer geeigneten Quelle Steuersignale, üb die Stator-Betatigungevorriohtung k8 und die verstellbaren Statorechaufeln in die Stellung zu bringen, bei welcher eine maximale Leistung des Triebwerke 10 erreicht wird.

Während des Betriebes wird der Treibstoff d*& DÜeen 2k mit einer durch die Sohubenford«rungen des Flugssetigs bestimmten Geschwindigkeit zugeteilt. W*zu» mehr Treibstoff

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zu den Düsen Zk atrttat, wird ein waoheender Gegendruck .erzeugt. Dieser Gegendruck ist erkennbar aus dem in der Leitung 16 sioh ergebenden Druok, weloher zwischen einem relativ niedrigen Wert bei niederen Strömungsgeschwindigkeiten und einem hohen Wert bei hohen Strömungsgeschwindigkeit en liegt.

Die an die verstellbare Statorsteuerung und die Servosteuerung 32 gestellten Druokanforderungen sind solcher Art, daß stets ein minimaler Druokwert für ein wirksames Arbeiten erforderlioh ist. Bei niedrigen Strömunga gesohwindigkeiten des Treibmittels zu den Düsen 2k und den sich daraus ergebenden niedrigen Gegendrücken ist der für ein wirksames Arbeiten der verschiedenen Steuermeohanismen erforderliche Druok größer als der in dem Pumpensatz-Ableitungarohr 16 herrschende Druok. Aus diesem Grunde ist ein zweites Ableitungsrohr 52 für den Pumpensatz 12 vorgesehen, so daß ein ausreichender Druck für die Betätigung des Steuermeohanismus aufrechterhalten werden kann.

Der Treibstoff-Pumpensatz 12 weist eine mechanisch mit einem nicht dargestellten Hauptrotor des Triebwerke 10 verbundene Förder- bzw. Überdruckpumpe 5k auf, welcher Treibstoff au· der Eintrittsleitung Ik augeführt wird, der diese unter einen anfänglichen Druck setzt, um es durch eine Leitung 56 und die Leitungen 58, 60 zu Verdränger- bzw. Getriebepumpen 62, 6k zu drücken. Diese werden ebenfalls von dem

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Rotor de· Triebwerks 10 mechanisch angetrieben. Der von der Getriebepumpe 6k weggehende Treibstoff wird durch das Ableitung·rohr 16 und die Haupttreib·toffsteuerung 18 geführt, UB, zumindest teilweise, als von dem Triebwerk benötigter Treibstoff Verwendung zu finden. Zur Sioherheit ist ein Sicherheitsventil 66 vorgesehen, welches immer dann Treibstoff von dem Rohr 16 duroh eine Leitung zu der Leitung 28 ableitet, wenn der Druck in dem Rohr einen vorbestimmten Maximalwert Überschreitet.

Der von der Getriebepumpe 62 abgegebene Treibstoff wird duroh eine Leitung 70 dem Ableitungsrohr 52 zugeführt. Ein Staudruokventil 72 erhält den Druck in der Leitung 70 und damit in der Leitung 52 über dem für den Betrieb der verschiedenen Steuervorrichtungen erforderlichen Druck. Eine Leitung 76 verbindet da· Druckventil 72 mit dem Hauptableitungerohr 16. Die Funktion des Ventile 72 besteht darrin, den Druok des Treibstoffes von einem vorbestimmten Wert auf denjenigen niedrigeren Druokwert zu senken, der in dem Hauptableitungerohr 16 herrscht, um so den gewünschten Druokwert in dem Ableitungsrohr 52 aufrechtzuerhalten.

Während das Triebwerk in Betrieb ist, wird verhältniet mäßig häufig die Geschwindigkeit des Treibatoffströme zu den Verbrennungsdüsen nicht proportional der Triebwerk-Rot orgesohwindigke it sein, was sonst der Fall ist. Venn

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letzteres zutrifft, so erreicht auoh die Strömungeleistung der Getriebepumpen 62 und 6k einen Höohstwert. Da der Treibstoff mit einer maximalen Geschwindigkeit den Düsen zuströmt, ent β tilt dementsprechend ein maximaler Gegendruck, der in der Leitung 16 bsw. der Leitung 70 feststellbar ist. Unter diesen Bedingungen genügen die Förderleistungen der Pumpen und 6k sueammen nicht nur den Erfordernissen der verschiedenen Steuvrmeohanismen, sondern reichen auoh aus, die Verbrennungsvorrichtungen mit den erforderliohen Treibstoff zu versehen.

Venn die Triebwerk-Botorgesohwindigkeit bei ihrem Höchstwert oder dooh nahezu bei demselben verbleibt, während der Strom des Treibstoffes au den DUsen 2k boträohtlieh reduziert wird, dann wird duroh die Tätigkeit des Druokregelungsventils 26 ein relativ geringer Druok in der Leitung 18 aufrechterhalten, während das Druckventil 72 den gewttnsohten Druokwert in der Leitung 70 aufrechterhält, in dem es den Treibstoff ebapervt, so daß sieh sein Bruok bis zu den geringeren Druck in den Leitungen 76 und 16 absenkt. Da nmr ein kleiner Teil des gemeinsam ven den beiden Pumpen abgegebenen Treibstoffes abgesperrt wird, wird die Värmeaufuhr au den Treibstoff außerordentlich vermindert.

Um weiterhin eine minimale Wärmezufuhr au den Treibstoff au gewährleisten, während gleiohaeitig der gevttautefci« Druek in der Leitung 70 verhindern ie*, wird die Strömung«leistung

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der Pump· 62 so gewählt, daß al· den Anforderungen der Hilfe· ■teuervorriohtungen entspricht, d.h. denjenigen des hydrauliaohen Systems bei jeder Triebwerkgesohwindigkeit. Auf diese Veise steht jederzeit ausreichend unter Druck stehender Treibstoff für die Betätigung des hydraulischen Systems zur Verfügung, und es wird gleichzeitig den maximalen Strömungsanforderungen der Düsen 2k genllgt, wenn ein mall ximaler Treibstoffstrom erforderlich ist. Daher wird das Leistungsvermögen der beiden Pumpen zusammen im Hinblick auf die maximalen Treibstoffanforderungen bei jeder vorkommenden Triebwerkgesohwindigkeit gewählt.

Die eben beschriebene Erfindung i«t von besonderem Nutzen bei Treibstoffsystemen für in Überschallflugzeugen verwendete Gasturbinen-Triebwerke, bei denen der Treibstoff zur Wärmeaufnahme für das ganze Plugzeug vorgesehen ist. Außerdem wird die Energie auf ein Minimum reduziert, welche die Treibstoff pumpen benötigen, um den Treibstoff zum Zweok der hydraulischen Betätigung der Steuermeohaniamen unter Druek zu setzen, wodurch das Triebwerk die verfügbare Energie weit mehr ausnutzen kann. Die Erfindung ist jedooh nicht auf eine solche spezielle Verwendung beschränkt, sondern kann u.a. in jedem Treibetoffvereorgungssystem für ein Gasturbinen-Triebwerk Verwendung finden, in den der Treibstoff ganz allgemein in einem hydraulischen Hilfesystem verwendet wird.

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Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeiohnung dargestellt ;lst, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten AusfUhrungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims

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PATENTANWALT MU LLt P-BÖ RN E R PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY

BERLIN 33 (DAHLEM) PODBIELSKIA L LE E 68 8 MÜNCHEN 22 WIDENM AYERSTRASSE «9

TELEFON 76 29 C ' ' E LE U R AMME : PROPINDU S Ij T ELE FON 22 55 85 TELEG RAMME : PROPINDUS

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General Electrio Company Schenectady , New York (USA)

Patentansprüche

. i\reibstoffversorgungeeyetem, insbesondere fUr Gasturbi-/nen-Triebwerke mit einer einen Druck in dem Treibstoffvorrat erfordernden Treibmittel-Zuteilungevorrichtung, wobei beispielsweise für das Triebwerk hydraulisch betätigte Hilfsvorrichtungen vorgesehen sind, gekennzeichnet durch

a) eine erste und eine zweite Treibstoffpumpe, die parallel angeordnet sind und von dem Triebwerk mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, welche in dem MaDe wächst, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit des Triebwerks zunimmt,

b) von der ersten Pumpe abgegebenen Treibstoff aufnehmende und der Treibstoff-Zuteilungsvorrichtung zuführende Leitungen,

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ο) Vorrichtungen zum Versorgen der Hilfevorriohtungen mit dem von der zweiten Pumpe abgegebenen Treibstoff zum Zwecke der hydraulischen Betätigung,

d) Vorrichtungen, um den Druck des von der zweiten Pumpe abgegebenen Treibstoffes über einem für ein wirksames Arbeiten der Hilfsvorrichtungen erforderlichen (Mindest-)Druck zu halten,

e) Vorrichtungen, um den nicht von den Hilfsvorrichtungen benötigten Teil des von der zweiten Pumpe abgegebenen Treibstoffes von den den Druck aufrechterhaltenden Vorrichtungen zu den Leitungen zu führen,

f) wobei die hydraulische FörderLeistungsfähigkeit der zweiten Pumpe den maximalen Anforderungen der Hilfsvorrichtungen entspricht und die hydraulische Förderleistungsfähigkeit der ersten und zweiten Pumpe zusammen für die maximal erforderliohe Treibstoffzufuhr durch die Treibstoff-Zuteilungsvorriohtung ausreioht,

g) woduroh, wenn eine relativ geringe Menge des Treibstoffes durch die Treibstoff-Zuteilungsvorriohtung strömt, und die Trtobwerksgesohwindigkeit relativ hoch ist, die Wärmezufuhr, die der Treibstoff erfährt, auf ein Minimum reduziert wird, während gleichzeitig unter

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Druck stehender Treibstoff für die hydraulische Betätigung der Hilfsvorrichtungen zur Verfügung steht und die von dem Treibstoffversorgungssystem für die Druckerzeugung in dem Treibstoff benötigte Energie auf ein Minimum reduziert wird.
2. Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge· kennzeichnet, daß

a) das Gasturbinen-Triebwerk Düsen aufweist, denen der Treibstoff zugeführt wird, und die einen Rüokdruok haben, der mit wachsendem TreibstoffZustrom zunimmt, und die Treibstoff-Zuteilungsvorrichtung aua

b) einem Zumessungevent11, dem das abgegebene Treibmittel von der Leitung zugeführt wird, so daß es mit vorbestimmter Geschwindigkeit den Düsen zugeteilt werden kann, und

o) einer Druckregelungevorrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Druckdifferentiale am Zumessungsventil besteht.
3. TreibstoffVersorgungssystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, ansonst wie beschrieben und bzw. oder dargestellt.

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