DE1601634B2 - Pumpverhütungseinrichtung für den Verdichter eines Strahltriebwerks - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einer Pumpverhütungseinrichtung für den Verdichter eines Strahltriebwerks mit einer druckempfindlichen Vorrichtung, die das Schließen eines die Brennstoffzufuhr steuernden Ventils bewirkt, wenn der Druck an einer Bezugsstelle im Verdichter einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Eine solche Einrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 3 248 043 bekannt.

Bei dieser bekannten Einrichtung handelt es sich um ein Durchsack-Warngerät zum Schutz des Verdichters eines Gasturbinentriebwerkes vor den Wirkungen des Pumpeffekts. Es wird dabei von pneumatischen Überwachungs- und Steuerelementen Gebrauch gemacht. Im einzelnen findet ein auf eine feste Frequenz eingestellter pneumatischer Schwinger Verwendung, der an eine Leitung ständig Impulse abgibt, die als Druckmittelimpulse der Vorderkante einer Verdichterschaufel zugeführt werden. Wenn der Verdichter im Begriff steht zu pumpen, dann tritt eine Aufspaltung des über die Verdichterleitschaufel streichenden Luftstroms ein, worauf eine besondere Leitung einen die Aufspaltung anzeigenden Impuls empfängt. Dieser Aufspaltungsimpuls beeinflußt ein Sperrventil so, daß dieses ein Blockier- oder Sperrsignal aufnimmt, sobald ein Durchsackeffekt sich ankündigt. In diesem Falle wird das Brennstoff-Zulieferungssystem des Triebwerks so verstellt, daß sich die Geschwindigkeit der Maschine verringert, so daß der Pumpeffekt nicht eintreten kann.

Bei der bekannten Anordnung muß daher der pneumatische Schwinger ständig im Betrieb sein, und im Ganzen handelt es sich um ein ziemlich kompliziertes System. Außerdem muß bei der bekannten Einrichtung die Leitschaufelkonstruktion weitgehend abgeändert werden, wodurch die Anlage beträchtlich verteuert wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Vorstehenden umrissenen Art zu schaffen, die zwar auch mit pneumatischen Überwachungs- und Steuerelementen arbeitet, die aber keinen ständig im Betrieb befindlichen pneumatischen Schwingungsgenerator benötigt und in ihrem Gesamtaufbau einfacher und daher weniger störungs anfällig ist als die bekannte Einrichtung.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist nach der Erfindung die druckempfindliche Vorrichtung folgende Merkmale auf:

a) eine Sammelleitung,

b) eine vom Niederdruckteil gespeiste erste Leitung, die einerseits über eine erste Drossel, einen Druckspeicher und eine zweite Drossel und andererseits über eine dritte Drossel in die Sammelleitung einmündet,

c) eine vom Hochdruckteil gespeiste zweite Leitung, die über eine vierte Drossel in die Sammelleitung einmündet,

d) eine von der Sammelleitung abgehende dritte Leitung, die den von der Sammelleitung geführten Luftstrom im Normalfalle ins Freie führt,

e) eine von der Sammelleitung abgehende vierte Leitung, die einerseits über eine Abzweigleitung zum Steuerventil und andererseits durch eine Ringleitung über eine fünfte Drossel in die Sammelleitung einmündet und in die bei einem das Pumpen ankündigenden Druckabfall im Niederdruckteil unter der Wirkung eines von der zweiten Drossel zur dritten Drossel führenden Querstroms der in der Sammelleitung geführte Luftstrom umgelenkt wird.

Der durch die erfindungsgemäße Lösung gewährleistete technische Fortschritt ist offensichtlich. Denn die bei ihr erforderlichen apparativen Vorkehrungen beschränken sich praktisch darauf, den Druckspeicher und die Drosseln so auszubilden, daß das vom Verdichter kommende Druckmittel normalerweise in die von der Sammelleitung abgehende dritte Leitung gelangt und daher keine Schließung des Steuerventils bewirkt, daß aber der Druckspeicher bewirkt, daß das Druckmittel in die von der Sammelleitung abgehende vierte Leitung gelangt, wenn sich Pumperscheinungen anbahnen, wobei dann die druckempfindliche Vorrichtung so beeinflußt wird, daß sie die Schließung des Ventils veranlaßt.

Die Ringleitung bewirkt, daß ein der von der Sammelleitung abgehenden vierten Leitung einmal zugeführter Druckmittelstrom aufrechterhalten bleibt, bis der Absperrhahn in Tätigkeit tritt. Darin liegt ein weiterer Vorteil gegenüber der bekannten Einrichtung.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfin-

dungsgemäßen Einrichtung, wobei deren Teile in der Stellung gezeichnet sind, die sie beim Normalbetrieb einnehmen,

F i g. 2 eine ähnliche Darstellung, wobei jedoch die Teile in der Stellung gezeichnet sind, die sie bei einem das Pumpen ankündigenden Druckabfall einnehmen.

Ein Gasturbinentriebwerk 10 hat ein Gehäuse 11 mit einem darin angeordneten Niederdruckverdichter 12. Ein Teil der von diesem Niederdruckverdichter 12 komprimierten Luft strömt zu einem Hochdruckverdichter 13 und somit zur nicht dargestellten Brennkammer und den ebenfalls nicht dargestellten Hochdruck- und Niederdruckturbinen. Ein anderer Teil der vom Niederdruckverdichter erzeugten Druckluft strömt durch eine Umgehungsleitung 14, welche die Brennkammer und die Hoch- und Niederdruckturbinen umgeht. Erwünschtenfalls kann durch die Umgehungsleitung 14 strömende Luft mit den Abgasen vermischt werden, welche durch die Turbinen durchgegangen sind.

Eine einen Filter 16 enthaltende Leitung 15 erstreckt sich durch die Nebenstromleitung 14, wobei das stromaufwärtige Ende der Leitung 15 einen Teil der vom Hochdruckverdichter 13 verdichteten Luft aufnehmen kann. Diese Luft ist in der Zeichnung symbolisch durch kleine Kreise dargestellt.

Die Leitung 15 kommuniziert über eine Drosselstelle 20 mit einer Sammelleitung 21, aus welcher die Luft vom Hochdruckverdichter 13 in die Leitung 22, 23 strömen kann. Die Leitung 22 führt an die Außenluft, während das stromabwärtige Ende der Leitung 23 mit einem Raum 24 in einem Kolbenglied 25 endet.

Eine einen Filter 27 enthaltende Leitung 26 erstreckt sich über die Nebenstromleitung 14 und empfängt Luft, die vom Niederdruckverdichter 12 verdichtet worden ist (diese Luft ist symbolisch in der Zeichnung durch kleine Kreuze dargestellt). Das stromabwärtige Ende der Leitung 26 steht mit der Sammelleitung 21 über eine Drosselstelle 28 in Verbindung, so daß ein Luftstrahl vom Niederdruckverdichter 12 in die Sammelleitung 21 und quer zu dieser in der allgemeinen Richtung der Leitung 22 gerichtet ist.

Ein Druckspeicher 29, der mit der Leitung 26 über eine Drosselstelle 30 kommuniziert, steht auch mit der Sammelleitung 21 über eine Drosselstelle 31 in Verbindung. Ein Luftstrahl kann somit von der Drosselstelle 31 in die Sammelleitung 21 und quer zu dieser in der allgemeinen Richtung der Leitung 23 geleitet werden.

Beim normalen Betrieb ist der Strahl aus der Drosselstelle 28 stärker als der aus der Drosselstelle 31, und die Luft in der Leitung 15 wird in die Leitung 22 gerichtet und bleibt dann in dieser Richtung.

Wenn jedoch der Druck in der Leitung 26 plötzlich abfällt, weil der Verdichter 12 zu pumpen beginnt, fällt auch der Druck des Strahls aus der Drosselstelle 28 sofort, während der Druck des Strahls aus der Drosselstelle 31 vorläufig im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Die Anordnung kann daher so sein, daß in dieser Situation die Kraft des Strahls aus der Drosselstelle 31 größer ist als die des Strahls aus der Drosselstelle 28, so daß die durch die Sammelleitung 21 strömende Luft in die Leitung 23 geleitet wird und sodann weiter durch diese Leitung 23 strömt.

Eine Ringleitung 32 kommuniziert mit der Leitung 23 und nimmt einen Teil der an diese angelieferten Luft auf. Das stromabwärtige Ende dieser Ringleitung 32 steht mit der Sammelleitung 21 über eine Drosselstelle 34 in Verbindung. Ein Strahl kann daher von der Drosselstelle 34 in die Leitung 21 und quer zu

S dieser gerichtet werden, so daß er bewirkt, daß der größere Teil der durch die Sammelleitung 21 strömenden Luft in die Leitung 23 und damit zum Kolbenglied 25 strömt. Wenn daher die Anordnung so getroffen ist, daß dies zustande kommt, wenn der

ίο Druck vom Niederdruckverdichter 12 mit einer Geschwindigkeit fällt, die anzeigt, daß das Pumpen einzusetzen droht (eine Geschwindigkeit, die größer ist als bei plötzlichen Verzögerungen und geringer als bei Normalfluß in größer Höhe), dann wirkt der Strahl aus der Ringleitung 32 so, daß die Bedingung beibehalten wird, unter welcher Luft, die an die Sammelleitung 21 angeliefert wird, in die Leitung 23 strömt.

Es ist jedoch ein Absperrhahn 35 vorgesehen, so daß zugleich der Durchfluß durch die Leitung 23 und durch die Ringleitung 32 verhindert werden kann. Dieser Absperrhahn 35 kann durch den Gashebel des Piloten betätigbar sein, so daß beim Verstellen dieses Gashebels durch den Piloten, um. die Brennstoffversorgung des Triebwerks zu vergrößern, der Absperrhahn 35 geöffnet wird.

Das Kolbenglied 25 befindet sich in einer Kammer 36 eines Körpers 37. Dieser Körper 37 hat auch eine Kammer 38, in welcher gleitend ein Kolbenventil 39 angeordnet ist. Das Kolbenventil 39 steuert den Fluß zwischen einem stromaufwärtigen Teil 40 und einem stromabwärtigen Teil 41 einer Brennstoffleitung, die zu den nicht dargestellten Brennern des Gasturbinentriebwerks 10 führt.

Das Kolbenventil 39 hat einen Teil 42 mit kleinerem Durchmesser, welcher Brennstoff frei zwischen den Teilen 40 und 41 der Brennstoffleitung durchströmen läßt, wenn das Kolbenventil in der offenen Stellung nach F i g. 1 steht.

Das Kolbenventil 39 hat einen axialen Kanal 43, der sich durch dasselbe zwischen dessen gegenüberliegenden Enden 44, 45 erstreckt. Dieser axiale Kanal 43 steht in dauernder Verbindung mit dem Teil 40 der Brennstoffleitung 41 über eine oder mehrere radiale Bohrungen 46. Eine enge Bohrung 47 erstreckt sich radial durch das Kolbenventil 49 und kommuniziert mit der axialen Leitung 43. Das äußere Ende dieser Bohrung 47 ist durch einen Körper 37 verschlossen, wenn das Kolbenventil 39 in der offenen Stellung nach F i g. 1 steht. Wenn das Kolbenventil 39 jedoch in der Schließstellung nach F i g. 2 steht, in welcher es die normale Strömung zwischen den Teilen 40 und 41 der Brennstoffleitung verhindert, kann eine gedrosselte Menge von Brennstoff aus dem Teil 40 über die Bohrung oder Bohrungen 46, den axialen Kanal 43 und die Bohrungen 47 zum Teil 41 gelangen, so daß Brennstoff zu den Zündbrennern des Triebwerks gelangt.

Eine Wandung 49 erstreckt sich quer über den Körper 37 und trennt die Kammern 36, 38, wobei die Kammer 36 mit einem Ablaß 50 verbunden ist. Die Kammer 38 enthält ein zylindrisches Glied 53, dessen gekrümmte Wandung mit der Wandung 49 in einem Stück gefertigt ist. Das zylindrische Glied 53 hat eine Endwandung 54 mit einer darin befindlichen Öffnung 55.

Eine Feder 56 umgibt die gekrümmte Wandung des Teils 53 und wirkt zwischen der Wandung 49 und

dem Ende 45 des Kolbenventils 39. Die Feder 56 drückt daher das Kolbenglied 39 nach links, d. h._; in die nach F i g. 1 offene Stellung.

Im zylindrischen Glied 53 ist eine Scheibe 62, die normalerweise in Berührung mit der Wandung 49, und zwar durch den hydraulischen Druck und durch den Druck einer Feder 63 gedrückt wird, welche zwischen der Endwandung 54 und der Scheibe 62 eingreift.

An der Scheibe 62 liegt eine Schubstange 64 an, die gleitend durch die Wandung 49 durchgeht und mit dem Kolbenglied 25 zusammenwirkt, und einen sich in der Längsrichtung erstreckenden, ausgeschnittenen Teil 65 hat. Eine Feder 66 drückt den Kolbenteil 25 nach rechts und in Eingriff mit einer Endwandung 67 der Kammer 36. Die Feder 66 wirkt somit in derselben Richtung wie die Feder 63.

Beim normalen Betrieb des Gasturbinentriebwerks, d. h., wenn kein Pumpen bevorsteht, ist der Druck der von Niederdruckverdichter 12 an die Leitung 26 angelieferten Druckluft derart, daß die von den Drosselstellen 28, 31 ausgehenden Luftstrahlen bewirken, daß die Luft in der Sammelleitung 21, die vom Hochdruckverdichter 13 kommt, an die Außenluft abgegeben wird. Dies findet durch die Leitung 22 statt. Der Druck in der Leitung 23 ist daher niedrig, und das Kolbenglied 25 wird dementsprechend durch die Feder 66 in die Stellung nach F i g. 1 gedrückt. In dieser Stellung wird auch das Kolbenventil 39 durch die Feder 56 in die offene Stellung nach Fig. 1 gedrückt, in welcher Brennstoff frei zwischen den Teilen 40 und 41 der Brennstoffleitung strömen kann.

Wenn jedoch Pumpen bevorsteht, fällt der Druck der an die Leitung 26 angelieferten Luft plötzlich ab, mit dem Ergebnis, daß sich das Verhältnis der Kräfte der Luftstrahlen aus den Drosselstellen 28, 31 ändert und der Strom der Hochdruckluft aus der Sammelleitung 21 in die Leitung 23 geht. Ein Teil der Hochdruckluft aus der Leitung 23 strömt daher zur Ringleitung 32 und erzeugt einen Strahl aus der Drosselstelle 34, der bewirkt, daß die an die Sammelleitung 21 angelieferte Hochdruckluft weiter zur Leitung 23 strömt. Hierdurch wird die Kammer 24 des Kolbenglieds 25 mit einem Druck beaufschlagt, welcher letzteres gegen die Wirkung der Feder 66 nach links bewegt.

Die Stoßstange 64 und die Scheibe 62 werden daher gegen die Wirkung der Feder 63 nach links bewegt. Dies bewirkt, daß Brennstoff in der Kammer 38 durch den ausgeschnittenen Teil 65 der Stoßstange 64 entweicht und zum Ablaß 50 strömt. Auf das Ende 44 des Kolbenventils 39 wirkt nun ein größerer Druck als auf das Ende 45. Das Kolbenventil 39 gleitet daher axial nach rechts gegen die Wirkung der Feder 56, bis es am zylindrischen Teil 53 anliegt, wobei die Brennstoff drücke innerhalb der Kammer 38 das Kolbenventil 39 im Eingriff mit dem zylindrischen Glied 53 halten.

Wenn sich so das Ventil 39 nach rechts bewegt hat, ist die Hauptströmung des Brennstoffs zum Teil 41 der Brennstoffleitung gesperrt; eine gedrosselte Menge strömt jedoch durch die Bohrung 47 durch, so daß die Zündbrenner des Triebwerks mit Brennstoff versorgt werden.

Die Teile bleiben in dieser Stellung, bis der Pilot bewirkt, daß sich der Absperrhahn 35 in seine Schließstellung bewegt. Wenn dies der Fall ist, wird der Strahl aus der Drosselstelle 34 unterbrochen, da die Ringleitung 32 geschlossen wird, und die Hochdruckluft kehrt selbsttätig in die Leitung 22 zurück. Gleichzeitig bewirkt der Absperrhahn 35 das Entlüften der Kammer 24 und gestattet es damit dem Kolben 25, sich unter der Wirkung der Feder 66 nach rechts zu bewegen. Die Scheibe 62 wird sich daher ebenfalls nach rechts bewegen und gelangt in Eingriff mit der Wandung 49. Brennstoff strömt durch die Leitung 43 und gleicht die hydraulischen Drücke an den Enden 44, 45 des Kolbenventils 39 aus, so daß sich dieses in die offene Stellung zurückbewegt, wie in F i g. 1 dargestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pumpverhütungseinrichtung für den Verdichter eines Strahltriebwerkes mit einer druckempfindlichen Vorrichtung, die das Schließen eines die Brennstoffzufuhr steuernden Ventils bewirkt, wenn der Druck an einer Bezugsstelle im Verdichter einen vorbestimmten Wert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

   a) eine Sammelleitung (21),

   b) eine vom Niederdruckteil (12) gespeiste erste Leitung (26), die einerseits über eine erste Drossel (30), einen Druckspeicher (29) und eine zweite Drossel (31) und andererseits über eine dritte Drossel (28) in die Sammelleitung (21) einmündet,

   c) eine vom Hochdruckteil (13) gespeiste zweite Leitung (15), die über eine vierte Drossel

   (20) in die Sammelleitung (21) einmündet,

   d) eine von der Sammelleitung (21) abgehende dritte Leitung (22), die den von der Sammelleitung (21) geführten Luftstrom im Normalfalle ins Freie führt,

   e) eine von der Sammelleitung (21) abgehende vierte Leitung (23), die einerseits über eine Abzweigleitung zum Steuerventil (39) und andererseits durch eine Ringleitung (32) über eine fünfte Drossel (34) in die Sammelleitung

   (21) einmündet und in die bei einem das Pumpen ankündigenden Druckabfall im Niederdruckteil (12) unter der Wirkung eines von der zweiten Drossel (31) zur dritten Drossel (28) führenden Querstroms der in der Sammelleitung (21) geführte Luftstrom umgelenkt wird.