DE1476863C3 - Brennstoffen lage für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffanlage für Gasturbinentriebwerke, mit einem Brennstofftank, von dem Brennstoff über eine Hauptleitung mit einer Hauptpumpe einem Hauptbrenner und über eine Nebenleitung mit einer Nebenpumpe einem Zündbrenner zuführbar ist, und mit einem eine änderbare Drossel aufweisenden Brennstoffregler in der Hauptleitung, durch den in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße überschüssiger Brennstoff zum Einlaß wenigstens einer dieser Pumpe rückführbar ist.

Die bekannte Brennstoffanlage der eingangs beschriebenen Art weist über die Drehzahl der Turbine gesteuerte Pumpen auf, die somit keine konstante

ίο Brennstoffmenge fördern.

Derartige Pumpen enthalten verhältnismäßig verwickelte Vorrichtungen zur Steuerung der Fördermenge. Insbesondere ergibt sich ein Nachteil dadurch, daß die Pumpen vollständig an die Treibwerksdrehzahl gebunden sind, da sie durch das Triebwerk betrieben werden, wodurch sich jedoch ein völlig unzulänglicher Betrieb insbesondere dann ergibt, wenn das Triebwerk mit niedriger Leistung betrieben wird. Zwar wird bei der bekannten Brennstoffanlage überschüssiger Brennstoff von einem Punkt strömungsunterhalb der Nebenpumpe über ein Ventil und eine Leitung abgezogen und an einem PunkrSTränaungsoberhalb der Pumpe wieder zugeführt. Durch eine derartige Anordnung kann jedoch eine wesentliche Druckentlastung in der Nebenleitung nicht erreicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine besonders einfache und wirksame Brennstoffanlage ohne die Verwendung kostspieliger und komplizierter Pumpen mit regelbarer Fördermenge und die hierzu notwendige komplizierte Steuereinrichtung zu schaffen, wobei die Nachteile der bestehenden Brennstoffanlagen vermieden werden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Brennstoffregler mit der Brennstoffrückführleitung über einen Steuerschieber in Verbindung steht, der eine mit einer gehäusefesten Steuerkante zusammenwirkende Steueröffnung aufweist und gegen den Druck einer Feder vom Druckabfall am Brennstoffregler und zusätzlich von einem Drehzahlregler steuerbar ist, daß beide Brennstoffpumpen die Bauart nicht änderbarer Fördermenge aufweisen, daß die Auslaßleitung der Hauptpumpe stromabwärts des Brennstoffreglers mit der Auslaßleitung der Nebenpumpe durch eine Leitung verbunden ist, in der ein Rückschlagventil derart vorgesehen ist, daß der Brennstoff nur von der Nebenpumpe zur Hauptpumpe fließen kann.

Durch die erfindungsgemäße besondere Ausgestaltung des Brennstoffreglers von einfachem und wirkungsvollem Aufbau wird ermöglicht, die Brennstoffanlage mit unkomplizierten Pumpen konstanter Fördermenge unter Vermeidung einer komplizierten Steuereinrichtung vorzusehen. Außerdem gelingt es mit der erfindungsgemäßen Anordnung den die Arbeitsweise der Brennstoffsteuereinrichtung nachteilig beeinflussenden Temperaturanstieg des Systems insbesondere bei einem niedrigen Brennstoffzufluß äußerst gering zu halten, indem der Druckanstieg in der Brennstoffhauptpumpe minimal gehalten wird. Dies gelingt dadurch, daß die maximal mögliche Brennstoffmenge des überschüssigen Brennstoffes von der Brennstoffsteuereinrichtung zu der Hilfspumpe zugeführt wird, so daß möglichst wenig aufgeheizter Brennstoff wieder in Umlauf gesetzt wird. Durch die Verbindungsleitung zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung stromabwärts vom Brennstoffregler in Verbindung mit einem Druckbegrenzungsventil wird der Vorteil erreicht, daß, wenn sich in der Nebenleitung ein übermäßiger Druck ausbildet, überschüssiger Brennstoff in die Hauptlei-

tung zurückgeführt werden kann.

Die Brennstoffrückführleitung kann mit der Einlaßleitung beider Brennstoffpumpen in Verbindung stehen.

Die Nebenpumpe der Hauptpumpe kann über Leitungen nachgeschaltet sein, in denen der Brennstoffregler angeordnet ist, und weiterhin kann die Brennstoffrückführleitung mit der Einlaßleitung der Hauptpumpe in Verbindung stehen. .

Die Auslaßleitung der Hauptpumpe kann stromabwärts des Brennstoffreglers mit der Auslaßleitung der Nebenpumpe durch eine Leitung verbunden sein, in der ein Rückschlagventil derart vorgesehen ist, daß Brennstoff nur von der Hauptpumpe zu der Nebenpumpe fließen kann.

In der Hauptleitung kann ein sich bei einem bestimmten Brennstoffdruck öffnendes Ventil vorgesehen sein, dessen Schließdruck verstellbar ist.

In einer besonderen Verbindungsleitung zwischen Auslaßleitung und Einlaßleitung der Hauptpumpe kann ein von einem Drehzahlregler gesteuertes Ventil angeordnet sein. -

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung an Hand der Zeichnung hervor. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Brenn-Stoffanlage,

F i g. 2 und 3 Abwandlungen der Anlage nach F i g. 1.

F i g. 1 zeigt einen Brennstofftank 10, der mit der Niederdruckseite einer Vorpumpe 12 verbunden ist, die entweder eine Zahnradpumpe oder eine Fliehkraftpumpe sein kann. Die Druckseite der Pumpe 12 ist mit einer Leitung 14 verbunden, die mit der Niederdruckseite einer Hauptpumpe 16 mit fester Fördermenge und einer Nebenpumpe 18 mit fester Fördermenge über Leitungen 20 bzw. 22 verbunden ist. Die beiden Pumpen 16,18 sind daher parallel geschaltet.

Eine Leitung 24 verbindet die Druckseite der Nebenpumpe 18 mit einem Zündbrenner 26, durch den Brennstoff in die Brennkammer eines nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks eingespritzt wird.

Die Druckseite der Hauptpumpe 16 ist über eine Leitung 28 mit dem Einlaß eines Brennstoffreglers 30 verbunden, welcher die Zuleitung von Brennstoff an den oder die Hauptbrenner 32 des Triebwerks nach Maßgabe einer oder mehrerer Triebwerkskenngrößen bemißt. Der Brennstoffregler weist eine änderbare Drossel 9 auf.

Der die Anforderungen des Triebwerks übersteigende Brennstoff, der durch die Hauptpumpe 16 dem Brennstoffregler zugeführt wird, geht über eine Leitung 34 unmittelbar zur Niederdruckseite der Pumpen 16 und 18 über den Innenraum eines axial verschiebbaren Steuerschiebers 33 und eine Öffnung 39 zurück. Der einzuspritzende Teil des Brennstoffs strömt über eine Leitung 36 zum Hauptbrenner 32 der Brennkammer.

Der Steuerschieber 33 ist am linken Ende (gemäß Fig. 1) geschlossen, wobei die rechte Stirnfläche des verschlossenen Endes vom Lieferdruck der Pumpe 16 beaufschlagt wird, während die unter der Spannung einer Feder 33a stehende linke Stirnfläche dieses Endes über eine Leitung 37 vom Druck des zugemessenen Brennstoffs nach dessen Druchgang durch den Brennstoffregler 30 beaufschlagt wird. Die Feder 33a versucht den Steuerschieber 33 in dem Sinn zu verstellen, daß mehr Brennstoff in die Leitung 34 überläuft. Die Axialbewegung des Steuerschiebers 33 wird auch durch Fliehgewichte 35 bewirkt, die vom Triebwerk durch nicht dargestellte Mittel in Drehung versetzt werden.

Die zum Einlaß der Hauptpumpe 16 rückströmende Brennstoffmenge wird also durch die Stellung des Steuerschiebers 77 bestimmt, wobei diese Stellung durch den Druckabfall am Brennstoffregler 30, durch die Fliehgewichte 35 und gegebenenfalls andere Triebwerksgrößen bestimmt wird.

Ein Ventil 38 liegt in der Leitung 36 zwischen dem Brennstoffregler 30 und dem Hauptbrenner 32, so daß erwünschtenfalls die Brennstoffmenge der Hauptpumpe 16 dem Zündbrenner 26 über eine Verbindungsleitung 40 zugeleitet werden kann, welche den. Anlaß der Pumpen 16, 18 stromaufwärts des Brennstoffreglers 30 miteinander verbindet. ·

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, hat das Ventil 38 ein Ventilglied 42, das durch eine Feder 46 gegen einen Ventilsitz 44 gedrückt wird. Diese Feder 46 stützt sich auf einem Träger 48 ab, der an einem Ende eines Hebels 49 befestigt ist, der schwenkbar am Ventilgehäuse 50 angebracht ist.

Der Hebel 49 läßt sich um seinen Festpunkt durch einen Nocken 52 verdrehen. Der Nocken 52 isrrnittels eines Hebels 54 anTVentilgehäuse 50 befestigt.

Wenn daher der ganze Brennstoff von der Hauptpumpe 16 dem Zündbrenner 26 zugeleitet werden soll, z. B. beim Anlassen eines mit der erfindungsgemäßen Brennstoffanlage ausgestatteten Gasturbinentriebwerks, wird der Arm 54 im Uhrzeigersinn in die in F i g. 1 gestrichelt gezeichnete Stellung gebracht. Der Nocken 52 dreht dann den Hebel 49 im Uhrzeigersinn, so daß das Ventilglied 42 gegen seinen Sitz 44 gedrückt wird. Das Ventil 38 sperrt den Durchtritt des Brennstoffs vom Brennstoffregler zum Hauptbrenner 32, und im Brennstoffregler 30 ist kein Druckabfall vorhanden. Deshalb wird der Steuerschieber 33 in eine Lage bewegt, in welcher kein Brennstoff über die Öffnung 39 und die Leitung 34 zum Einlaß der Hauptpumpe zurückfließen kann, so daß der gesamte von der Hauptpumpe 16 gelieferte Brennstoff über die Leitungen 40 und 24 zum Zündbrenner 26 strömt.

Wenn jedoch der Druck des von der Hauptpumpe 16 gelieferten Brennstoffs einen bestimmten Wert übersteigt, wird die Feder 46 überwunden, und es hebt sich das Ventilglied 42 von seinem Sitz 44 ab und ermöglicht den Durchfluß von Brennstoff zum Hauptbrenner 32, so daß es zu einem Druckabfall im Brennstoffregler 30 kommt.

Ein Rückschlagventil 56 ist in der Verbindungsleitung 40 so angeordnet, daß Brennstoff zwar vom Auslaß der Hauptpumpe 16 zum Auslaß der Nebenpumpe 18 und damit zum Zündbrenner 26, jedoch nicht vom Auslaß der Nebenpumpe 18 zum Auslaß der Hauptpumpe 16 strömen kann.

Die Leitung 24 ist durch eine Leitung 58 mit der Leitung 36 stromabwärts des Brennstoffreglers verbunden. Ein Rückschlagventil 60 liegt in der Leitung 58, so daß beim Zustandekommen eines übermäßigen Brennstoffdrucks in der Leitung 24 der Brennstoff zur Leitung 36 strömen kann. Das Rückschlagventil 60 sperrt jedoch den Rückfluß des Brennstoffs aus der Leitung 36 in die Leitung 24.

Ein Notregler 64 liegt in der Leitung 66, die zwischen den Leitungen 34 und 28 angeordnet ist, und umfaßt ein axial bewegliches Ventilglied 68, das unter Federkraft in eine Stellung gedrückt wird, in welcher Brennstoff nicht vom Auslaß der Hauptpumpe 16 zu deren Einlaß strömen kann, während die durch nicht dargestellte Mittel vom Triebwerk in Umdrehung versetzten Fliehgewichte 72 das Ventilglied axial derart verstellen, daß

Brennstoff vom Auslaß der Hauptpumpe 16 zu deren Einlaß strömt.

Wenn daher eine bestimmte Drehzahl des Triebwerkes erreicht ist, heben die Fliehgewichte 72 das Ventilglied 68 von seinem Sitz ab und ermöglichen es, daß ein Teil des von der Hauptpumpe 16 gelieferten Brennstoffs zu deren Niederdruckseite zurückgefördert wird, so daß die Anlieferung von Brennstoff zum Hauptbrenner 32 verringert wird und die Drehzahl des Triebwerkerks abfällt.

Die Pumpen 16 und 18 sind vorzugsweise Zahnradpumpen.

Erwünschtenfalls kann der Notregler 64 zwischen den Leitungen 34 und 36 stromabwärts des Brennstoffreglers vorgesehen sein.

Ein Absperrhahn 74 ist in jeder Leitung 36,24 stromaufwärts des Haupt- und des Zündbrenners angeordnet und kann den Zufluß von Brennstoff zu den Brennern sperren. Diese Absperrhähne 74 sind durch nicht dargestellte Mittel miteinander verbunden, so daß sie sich gleichzeitig öffnen und schließen.
• Das Ventil 38 in der Leitung 36 kann auch stromaufwärts der Verbindung derselben mit der Leitung 58 liegen, so daß beim Auftreten übermäßiger Drücke in der Leitung 24 Brennstoff aus der Leitung 24 in die Leitung 36 überströmen kann und in die Brennkammer durch den Hauptbrenner 32 eintritt.

Alternativ kann das Ventil 38 in der Leitung 28 zwischen dem Auslaß der Hauptpumpe 16 und dem Brennstoffregler 30 liegen, so daß beim Auftreten übermäßiger Drücke Brennstoff in die Leitung 36 über das Rückschlagventil 60 einströmen kann und in die Brennkammer durch den Hauptbrenner 32 gelangt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen Brennstoffanlagen, die im allgemeinen der nach F i g. 1 entsprechen und daher nicht im einzelnen beschrieben werden, wobei gleiche oder äquivalente Teile mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Bei der Ausführung nach F i g. 2 mündet die Rückführleitung 34 in die Einlaßleitung 22 der Nebenpumpe 18; der überschüssige Brennstoff wird deshalb vorzugsweise an den Einlaß der Nebenpumpe 18 geliefert, während nur ein kleiner Anteil über die Leitung 14 an den Einlaß der Hauptpumpe 16 gelangt. Dadurch wird erreicht, daß ein besonders kleiner Teil erwärmten Brennstoffs im Hauptleitungszweig umläuft.

Bei der Ausführung nach F i g. 3 erhält der Einlaß der Nebenpumpe 18, nicht wie bei der Ausführung nach F i g. 1, den Brennstoff unmittelbar von der Vorpumpe 12, sondern über die Hauptpumpe 16. Dies* bedeutet, daß die Pumpen~t6Hind 18 io Reihe liegen, wobei ein Teil des Brennstoffs nach dem Durchströmen des Brennstoffreglers 30 über eine Leitung 77 zum Einlaß der Nebenpumpe 18 gelangt.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Leistungsfähigkeit der Brennstoffanlage nicht von der Leistung der Nebenpumpe 18 abhängt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Brennstoffanlage für Gasturbinenwerke, mit einem Brennstofftank, von dem Brennstoff über eine Hauptleitung' mit einer Hauptpumpe einem Hauptbrenner und über eine Nebenleitung mit einer Nebenpumpe einem Zündbrenner zuführbar ist, und mit einem eine änderbare Drossel aufweisenden Brennstoffregler in der Hauptleitung, durch den in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße überschüssiger Brennstoff zum Einlaß wenigstens einer dieser Pumpen zurückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffregler (30) mit der Brennstoffrückführleitung (34) über einen Steuerschieber (33) in Verbindung steht, der eine mit einer gehäusefesten Steuerkante zusammenwirkende Steueröffnung (39) aufweist und gegen den Druck einer Feder (33a) vom Druckabfall am Brennstoffregler und zusätzlich von einem Drehzahlregler (35) steuerbar ist, daß beide Brenn- ~stoffpumpen (16, 18) die Bauart nicht änderbarer Fördermenge aufweisen, daß die Auslaßleitung (28) der Hauptpumpe (16) stromabwärts des Brennstoffreglers (30) mit der Auslaßleitung (24) der Nebenpumpe (18) durch eine Leitung (58) verbunden ist, in der ein Rückschlagventil (60) derart vorgesehen ist, daß der Brennstoff nur von der Nebenpumpe zur Hauptpumpe fließen kann.

2. Brennstoffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffrückführleitung (34) mit der Einlaßleitung (20 bzw. 22) beider Brennstoffpumpen (16, 18) in Verbindung steht (F i g. 1 und 2).

3. Brennstoffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenpumpe (18) der Hauptpumpe (16) über Leitungen (28, 36, 77) nachgeschaltet ist, in denen der Brennstoffregler (30) angeordnet ist, und daß die Brennstoffrückführleitung (34) mit der Einlaßleitung (20) der Hauptpumpe (16) in Verbindung steht (F i g. 3).

4. Brennstoffanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (28) der Hauptpumpe (16) stromabwärts des Brennstoffreglers (30) mit der Auslaßleitung (24) der Nebenpumpe (18) durch eine Leitung (40) verbunden ist, in der ein Rückschlagventil (56) derart vorgesehen ist, daß Brennstoff nur von der Hauptpumpe zur Nebenpumpe fließen kann.

5. Brennstoffanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptleitung (20, 28, 36) ein sich bei einem bestimmten Brennstoffdruck öffnendes Ventil (38) vorgesehen ist, dessen Schließdruck verstellbar ist.

6. Brennstoffanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer besonderen Verbindungsleitung (66) zwischen Auslaßleitung (28) und Einlaßleitung (20) der Hauptpumpe (16) ein von einem Drehzahlregler (64) gesteuertes Ventil (68) angeordnet ist.