DE1601600C3 - Brennstoffzufuhreinnchtung fur Gasturbinentnebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff zuführeinrichtung für Gasturbinentriebwerke, bei der in der zu den Hauptbrennern führenden, mit einer Brennstoff-Steuerungseinrichtung versehenen Pumpendruckleitung in Hintereinanderschaltung eine von einer Luftturbine angetriebene Zentrifugalflügelpumpe, deren Fördermenge durch ein Ventil steuerbar ist, und eine unabhängig von der Zentrifugalflügelpumpe unmittelbar vom Triebwerk angetriebene weitere Pumpe angeordnet ist.

Bei einer bekannten Brennstoff zuführeinrichtung liegt die unmittelbar vom Triebwerk angetriebene weitere Pumpe in Förderrichtung hinter der Zentrifugalflügelpumpe. In der Druckleitung hinter dieser Pumpe liegt das die Fördermenge steuernde Ventil. Die Luftzufuhr zur Luftturbine der Zentrifugalflügelpumpe erfolgt unkontrolliert (schweizerische Patentschrift 283 195).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzufuhreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine exakte Steuerung der Fördermenge über einen großen Fördermengenbereich bei kleinem Gewicht der Einrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die weitere Pumpe der Zentrifugalflügelpumpe vorgeschaltet ist und zur Steuerung der Fördermenge der Zentrifugalflügelpumpe das Ventil in an sich bekannter Weise in der Luftzufuhrleitung zur Luftturbine angeordnet ist, und daß die Brennstoffsteuerungseinrichtung in Hintereinanderschaltung ein von Hand betätigbares erstes Ventil, ein von Betriebskennwerten des Triebwerks gesteuertes zweites Ventil und ein von diesem gesteuertes Auf-Zu-Ventil aufweist, und daß das Zufuhrventil der Luftturbine eine Servoeinrichtung aufweist, die gegen eine Feder und den Ausgangsdruck des zweiten Ventils von einem abgezweigten Ausgangsdruck des ersten Ventils beaufschlagt ist.

Dadurch, daß die in Förderrichtung zweite Pumpe eine von einer Luftturbine angetriebene Zentrifugalflügelpumpe ist, läßt sich die Fördermenge über einen großen Fördermengenbereich einfach über die Luftzufuhr steuern. Die einzelnen Betriebsparameter der Brennstoffsteuerungseinrichtung und die Handsteuerung lassen sich auf einfachste Weise als Steuergrößen in die Steuerung der Luftzufuhr einführen, indan sie eine Servoeinrichtung des Ventils für die Luftzufuhr beaufschlagen.

Vorzugsweise weist das erste Ventil einen Steuerquerschnitt in der Pumpendruckleitung und einen von dieser abzweigenden gemeinsam mit jenem betätigten Steuerquerschnitt der Servoeinrichtung führenden Leitung auf. Das zweite Ventil kann eine Servoeinrichtung aufweisen, die von Betriebskenngrößen des Triebwerks entsprechenden Drücken beaufschlagt ist, wobei diese Drücke von einer Vorrichtung gebildet werden, die gegen eine Feder und den Ausgangsdruck des ersten Ventils in der Pumpendruckleitung vom Druck in der zu der Servoeinrichtung führenden Leitung beaufschlagt ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Zwischen dem Brennstoffbehälter 10 und dem Brenner 11 liegen in einer Hauptleitung zwei in Serie geschaltete Zentrifugalflügelpumpen 12, 13.._ Die Pumpe 12 wird mittels einer Welle 15 von der Gasturbine angetrieben. Die Pumpe 13 wird mittels der Welle 16 von einer Luftturbine 17 angetrieben. Die Pumpe 13 hat eine Auslaßleitung 26. Die Verbindung zwischen dem Auslaß der Pumpe 12 und dem Einlaß der Pumpe 13 besteht aus einer Leitung 18, einem Kühler 19 und einem Umgehungsventil 20 für diesen. Der Luftturbine 17 wird über eine mit einer Zufuhrventil-Drosselklappe 24 versehene Einlaßleitung 21 Luft zugeführt, die durch eine mit einem Venturirohr 23 versehene Auslaßleitung 22 abgeleitet wird. Die Einlaßleitung 21 steht mit dem Kompressorauslaß der Gasturbine in Verbindung. Die Drossel 24 wird von einer Senkvorrichtung 25 gesteuert.

In der Auslaßleitung 26 der Pumpe 13 liegen ein von Hand betätigbares Ventil 27, ein von einer Servovorrichtung gesteuertes Ventil 28 und ein Schnell-

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Schluß ventil 29 in Reihe. Das Ventil 27 besteht aus und Niederdruckturbinen-Drehzahlreglern 64, 65 ge-

einem Zylinder 30 und einer in den Zylinder 30 ein- steuert.

gesetzten Hülse 33, in der ein Steuerschieber 34 mit- Die Vorrichtung 63 weist einen federbelasteten tels eines Handhebels 35 axial bewegbar ist. Der Zy- Kolben 66 auf, auf dessen gegenüberliegende Seiten linder 30 bildet mit der Hülse 33 drei hintereinander- 5 der Druckabfall zwischen dem Ringraum 36 hinter liegende Ringräume 31, 36, 37, wobei der Ringraum den Öffnungen 39 und dem Auslaß einwirkt. Zur 37 nur teilweise von der Hülse 33 und teilweise vom Druckübertragung ist die eine Seite des Kolbens 66 Steuerschieber 34 gebildet wird. In der Hülse 33 sind über eine Leitung 69 mit dem Ringraum 36 und die im Bereich des Ringkanals 31 und im Bereich des andere Seite über eine Leitung 68 mit der Leitung 32 Ringkanals 36 mehrere in axialer Richtung hinterein- io verbunden. Die eine Seite der Vorrichtung 63 ist also anderliegende öffnungen 38, 39 vorgesehen. Die über die als Drossel wirkenden Öffnungen 39 mit der Öffnungen 38 werden von der Endkante des Steuer- Brennstoffleitung 26 verbunden. Außerdem wird Schiebers 34 und die Öffnungen 39 von Öffnungen diese Seite über eine Leitung 71, in der eine Drossel 40 in der Wand des Steuerschiebers 34 gesteuert. Der 70 liegt, und über das Überdruckventil 43 mit der Ringraum 31 steht mit der Auslaßleitung 26 direkt in 15 Brennstoffleitung 26 verbunden. Der Kolben 66 hat Verbindung, während der Ringraum 37 durch eine eine Ringnut, die zusammen mit dem Gehäuse 67 Leitung 41 mit einer Drossel 42 und ein Überdruck- einen Ringraum 72 bildet. Dieser ist über eine Leiventil 43 mit der Auslaßleitung 26 verbunden ist. tung 78 mit dem Einlaß der Pumpe 12 verbunden Nur wenn der Steuerschieber 34 die Öffnungen 38* und über eine mit einer Drossel 74 versehene Leiganz abschließt, besteht eine Verbindung zwischen 20 tung 73 an die Leitung 71 angeschlossen. Der dem dem Inneren der Hülse 33 und dem Ringraum 37, Ringraum 72 zugeführte Brennstoff wird von einer und zwar über die im Steuerschieber vorgesehenen Kante der Ringnut des Kolbens 66 gesteuert. Der Öffnungen 44. Diese Stellung gilt für die Brennstoff- zwischen dieser Steuerkante und der Drossel 74 sich zufuhr bei Leerlauf der Turbine. einstellende Druck beaufschlagt mittels einer Leitung

Das Ventil 28 besteht aus einem Gehäuse 45, in 25 75 über ein Ventil 76, das von einem solenoid-betä-

dem ein durch eine Feder 47 abgestützter Hohlkol- tigten Ventil 56 gesteuert wird, und über eine Dros-

ben 46 liegt. Das Gehäuse 45 hat einen Haupteinlaß, sei 77 den Hohlkolben 46 an der der Feder 47 ge-

der über eine Leitung 32 mit dem Hauptauslaß des genüberliegenden Seite.

Ventils 27 in Verbindung steht. Ferner hat das Ge- Die Hoch- und Niederdruckturbinen-Drehzahlreghäuse 45 einen Hauptauslaß zu einer Leitung 48, die 30 ler 64, 65 sind gleich ausgebildet. Sie enthalten auf durch das Schnellschlußventil 29 zum Brenner 11 die Drehzahl ansprechende Ventilkörper 79, 80, auf führt. Der Kolben 46 bildet mit dem Gehäuse 45 im die Fliehgewichte 83, 84 mit Gegenfedern 81, 82 einmittleren Bereich einen Ringraum 49, an dem der wirken. Die Ventilkörper 79, 80 sind in ihrem Ge-Einlaß angeschlossen ist. Der Kolben 46 hat Öffnun- hause 85, 86 axial verschiebbar und steuern den Abgen 50, die in jeder Stellung mit dem Ringraum 49 in 35 fluß von durch die Leitung 87 zugeführtem Brenn-Verbindung stehen. Weitere Öffnungen 51 im Hohl- stoff in die Leitung 88. Die Leitung 87 steht mit der kolben 46, die je nach Stellung des Hohlkolbens mit von der Pumpe 13 kommenden Brennstoffleitung 26 dem Ringraum 49 in Verbindung stehen oder nicht in Verbindung, während die Leitung 88 mit der zum in Verbindung stehen, steuern den Brennstoff, der Pumpeneingang der Pumpe 12 führenden Leitung 78 über den Ringraum 49, die Öffnungen 50, den inne- 4° in Verbindung steht. In den beiden parallelen Leiren Hohlraum und die Öffnungen 51 zum Auslaß tungszweigen der Leitung 87 liegt jeweils eine Drosfließt, an dem die Leitung 48 angeschlossen ist. Wei- sei 89, 90. Die beiden parallelen Zweige sind hinter tere Öffnungen 52 im Kolben 46 verbinden den den Drosseln 89, 90 und dem Anschluß an den Hohlraum des Kolbens mit einem weiteren Ringraum Hochdruck- und den Niederdruckturbinendrehzahl-53, der durch das Gehäuse, den Kolbenmantel und 45 regler 64, 65 über Leitungen 91, 92 verbunden, in einen an dem Kolbenmantel anliegenden Ringflansch denen Einwegventile 93, 94 liegen. Die Leitungen 91, des Gehäuses 45 gebildet wird; auf diese Weise wirkt 92 haben eine gemeinsame, zum Ventil 28 führende auf den Kolben 46 ein Brennstoffdruck in der glei- Leitung 95. Diese ist an der vom Ventil 76 zum Venchen Richtung wie die Feder 47 ein. til 28 führenden Leitung hinter der vorstehend be-

Das von der Feder 47 entfernt liegende Ende des 50 sprochenen Drossel 77 angeschlossen.

Kolbens 46 trägt eine Betätigungsstange 54, die auf Die Servovorrichtung 25 wird auf der einen Seite

ein federbelastetes Ventilglied 55 einwirkt. Dieses nämlich in Schließrichtung der Drosselklappen 24

steuert den Brennstoffzufluß zu einem Ventil 56, das mit dem Druck im Ringraum 36 hinter den Öffnun-

von einem Solenoid gesteuert wird. Vor dem Schnell- gen 39 über eine Leitung 96 und auf der anderen

schlußventil 29 zweigt von der Leitung 48 eine mit 55 Seite, auf die noch eine Feder 97 einwirkt, mit dem

einer Drossel versehene Leitung 57 ab, die über eine Druck am Ausgang des Ventils 28 über eine Leitung

Verbindungsleitung 58 so an ein Ventil 59 ange- 98 beaufschlagt.

schlossen ist, daß der zugeführte Druck in Schließ- Die erfindungsgemäße Brennstoff-Regelanlage

richtung des Ventils 59 wirkt. Das Ventil 59 ist so versorgt bei normalen Betriebsbedingungen die Bren-

ausgeführt, daß durch Öffnen des Ventils 59 Brenn- 60 ner mit einer durch die Ventile 27, 28 gesteuerten

stoff aus dem Brenner 11 durch eine Leitung 60 ent- Brennstoffmenge. Während das Ventil 27 von Hand

weichen kann. Im dargestellten Beispiel hat der betätigt wird, wird das Ventil 28 in Abhängigkeit

Brenner 11 zwei unabhängige Zuführungen, die vom Druckabfall am Ventil 27 und von den Dreh-

durch Überdruckventile 61, 62 gesteuert werden. zahlen der Hochdruck- und Niederdruckturbine ge-

Das Ventil 28 wird von den auf den Kolben 46 65 steuert. Außerdem beeinflußt der Druckabfall an beieinwirkenden Drücken gesteuert. Der Druck am von den Ventilen 27, 28 die Brennstofförderung, da der der Feder 47 entfernt liegenden Ende des Kolbens 46 Druckabfall an den beiden Ventilen 27, 28 die der wird von einer Vorrichtung 63 sowie Hochdruck- Luftturbine 17 zugeführte Luftmenge einstellt.

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Das hinter dem Ventil 28 angeordnete Schnell- til 76 schließt. Dies hat zur Folge, daß der Druck an

schlußventil ist an eine Leitung 100 angeschlossen, der federbelasteten Seite des Ventilkörpers 56 an-

über die durch Betätigung des Arms 99 Brennstoff steigt. Da das Ventil 76 die weitere Zufuhr von

entweichen kann. Brennstoff aus der Steuervorrichtung 63 zum Ventil

Die Brennstoffzufuhr wird normalerweise dadurch 5 28 sperrt, schließt dieses.

gesperrt, daß das solenoidbetätigte Ventil 56 betätigt Um die Gasturbine zu starten, wird zwecks Öffwird. Diese Betätigung hat zur Folge, daß das vom nung des Ventilkörpers 103 das Solenoid 101 betä-Ventil 56 gesteuerte Ventil 76 geschlossen wird. tigt. Nach Öffnen des Ventilkörpers 103 kann von Nach Schließen dieser Ventile fällt der Druck unter der federseitigen Seite des Ventils 56 Brennstoff über dem Kolben 46 des Ventils 28, so daß dieses unter io die Leitung 110 und 108 zum Eingang der Pumpe 12 der Wirkung der Feder 47 schließt. Auf diese Weise entweichen. Der Ventilkörper 104 muß geöffnet sein, wird die Brennstoffzufuhr über die Leitung 48 zu Auf Grund des sich an den gegenüberliegenden Seiden Brennern gesperrt. Mit dem Schließen des Ven- ten des Ventilkörpers 105 aufbauenden Drucks wird tils 28 wird gleichzeitig über die Betätigungsstange dieses nun bewegt. Jetzt kann der Ventilkörper 103 54 das Ventilglied 55 so betätigt, daß das Ventil ge- 15 wieder geschlossen werden. Das Ventilglied 105 hält schlossen wird. Dies hat zur Folge, daß der Druck im sich in seiner Gleichgewichtslage.
Ventil 59 fällt, so daß dieses über die Leitung 60 Da die Zentrifugalflügelpumpen 12, 13 während Brennstoff aus den Brennern entweichen läßt. des Anlassens der Turbine mit niedriger Drehzahl

Das Ventil 56 wird von zwei Solenoiden 101, 102 laufen, können sie weder genügend Druck erzeugen, betätigt. Das Solenoid 101 wirkt auf ein Ventil- ao um das servobetätigte Ventil zu öffnen, noch wird schließglied 103 ein, während dem Solenoid 102 ein das Ventil 56 betätigt werden, nach dessen Betäti-Ventilschließglied 104 zugeordnet ist. Das Ventil 56 gung das Ventil 103 geschlossen wird. Um diese selbst weist einen federbelasteten Ventilkörper 105 Nachteile zu überwinden, ist eine elektrisch angetrieauf, dessen federbelastete Seite über eine Leitung bene Pumpe 111 vorgesehen, die die Zündbrenner 106 mit der Brennstoffleitung 26 verbunden ist. Der 25 112 mit Brennstoff versorgt. Der Eingang der Pumpe dem Ventil 56 zugeführte Brennstoff kann über eine 111 ist über eine Leitung 113 mit der Verbindungs-Öffnung 107 im Ventilkörper 105 und über das sole- leitung 18 der beiden Pumpen 12, 13 verbunden. In noidbetätigte Ventil 102, 104 und eine Leitung 108 der Ausgangsleitung der Pumpe 111 liegt ein Überzum Pumpeneingang dann zurückfließen, wenn das druckventil 114. Hinter diesem führt eine Zweiglei-Ventil 104 geöffnet ist. Diese Stellung entspricht dem 30 tung 115 zu der federbelasteten Seite des Ventils 56. Beharrungszustand der Gasturbine. Das Ventil 55 ist Der über diese Leitung 115 zugeführte Druck wirkt über eine Leitung 109 mit der der federbelasteten ebenfalls auf das Ventil 28 ein, und zwar über die Seite gegenüberliegenden Seite des Ventilkörpers 105 Leitungen 106, 71, 73, 75 und über das Ventil 76. verbunden. Wenn das Ventil 55 geöffnet ist, wird der Wenn die Pumpen 12, 13 genügend hohen Druck zur Ventilkörper mit dem Druck am Ausgang des Ventils 35 Verfugung stellen, dann wird die Pumpe 111 stillge-28 beaufschlagt, der über die mit einer Drossel verse- setzt, und das Ventil 114 wirkt als ein Rückschlaghene Leitung 57 zugeführt wird. ventil. Ein Absperrhahn 116 in der Auslaßleitung

Um die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine zu sper- verhindert, daß aus der Hauptleitung Brennstoff zum

ren, wird das Solenoid 102 betätigt, so daß das Ven- Zündbrenner 112 gelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennstoffzufuhreinrichtung für Gasturbinentriebwerke, bei der in der zu den Hauptbrennern führenden, mit einer Brennstoff-Steuerungseinrichtung versehenen Pumpendruckleitung in Hintereinanderschaltung eine von einer Luftturbine angetriebene Zentrifugalflügelpumpe, deren Fördermenge durch ein Ventil steuerbar ist, und eine unabhängig von der Zentrifugalflügelpumpe unmittelbar vom Triebwerk angetriebene weitere Pumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Pumpe (12) der Zentrifugalflügelpumpe (13) vorgeschaltet ist und zur Steuerung der Fördermenge der Zentrifugalflügelpumpe (13) das Ventil (24) in an sich bekannter Weise in der Luftzufuhrleitung (21) zur Luftturbine (17) angeordnet ist, und daß' flie Brennstoffsteuerungseinrichtung in Hintereinanderschaltung ein von Hand betätigbares erstes Ventil (27), ein von Betriebskennwerten des Triebwerks gesteuertes zweites Ventil (28) und ein von diesem gesteuertes Auf-Zu-Ventil (29) aufweist, und daß das Zufuhrventil (24) der Luftturbine (17) eine Servoeinrichtung (25) aufweist, die gegen eine Feder (97) und den Ausgangsdruck des zweiten Ventils (28) von einem abgezweigten Ausgangsdruck des ersten Ventils (27) beaufschlagt ist.

2. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (27) einen Steuerquerschnitt (38) in der Pumpendruckleitung (26, 32) und einen von dieser abzweigenden, gemeinsam mit jenem betätigten Steuerquerschnitt (39, 40) in der zur Servoeinrichtung (25) führenden Leitung (69) aufweist.

3. Brennstoffzufuhreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (28) eine Servoeinrichtung (46) aufweist, die von Betriebskenngrößen des Triebwerks entsprechenden Drücken beaufschlagt ist, und daß diese Drücke von einer Vorrichtung (63) gebildet werden, die gegen eine Feder und den Ausgangsdruck des ersten Ventils (27) in der Pumpendruckleitung (32) vom Druck in der zur Servoeinrichtung (25) führenden Leitung (69) beaufschlagt ist.