DE1653694A1 - Foerdereinrichtung fuer Fluessigkeiten mit einer Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Patentanwälte
■r.-hg. H. ferrit*. P:'-feg, lU!m*

2 Hamburg 36, Neuer Wall 41

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Fördereinrichtung für Flüssigkeiten mit einer Kreiselpumpe»

Diese Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für Flüssigkeiten mit einer Kreiselpumpe, die kontinuierlich angetrieben wird und auf ihrer Einlaßseite ein Ventil aufweist, das geschlossen ist, wenn keine Flüssigkeitsförderung von der Pumpe verlangt ist»

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Pumpeneinrichtung zum Fördern von flüssigem Brennstoff für zusätzliche Brenner eines Flugzeug *· Gasturbinentriebwerkes, die nur während eines Teiles der Betriebszeit des Triebwerkes in Tätigkeit sind· Diese zusätzlichen Brenner können Brenner für die Nachverbrennung oder Zusatzschub im Hauptkanal oder in einem by-pass oder Nebenkanal des Triebwerkes, oder auch die Brenner von zusätzlichen Luftstaudüsen sein, die dem Haupttriebwerk zugeordnet sind*

Wenn diese zusätzlichen Brenner abgeschaltet werden, ist es in bekannter Weise üblich, das Einlaßventil zu schließen und die Abgabeseite der Pumpe zur Atmosphäre oder zu einem Entleerungstank hin zu öffnen, so daß der Pumpenraum von Flüssigkeit entleert und

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die Energieaufnahme und die Wärmeerzeugung im Pumpenraum herabgesetzt ist«

Dieses Verfahren ist mit mehreren Nachteilen behaftet,

1, Bei Verwendung eines Entleerungstankes ist die Gefahr einer Explosion vorhanden,

2, Wenn die zusätzlichen Brenner in Tätigkeit gesetzt werden, gibt die Pumpe ein bestimmtes Luftvolumen ab. Wenn die Kreiselpumpe gleichzeitig einen Flüssigkeitsantrieb für einen Hilfskraftverbraucher liefert, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung, Akt,Z. D 51. 333 Ia/46f beschrieben ist, kann diese abgegebene Luft in die Versorgungsleitungen für den Hilskraftverbraucher gelangen und dessen einwandfreie Betätigung nachteilig beeinträchtigen*

3· Das Einlaßventil muß bei Abschaltung vollkommen geschlossen sein, damit ein Brennstoffverluet vermieden wird, und

4« Dadurch wiederum entstehen Schwierigkeiten beim Kühlen der Hauptdichtung des Pumpenrades durch den Brennstoff·

Erfindungsgemäß enthält eine Pumpeneinrichtung für die För derung von flüssigem Brennstoff für zusätzliche Brenner eines Gas turbinentriebwerkes für ein Flugzeug eine Kreiselpumpe mit einem Pumpenrad, das innerhalb des Pumpengehäuses drehbar gelagert ist, ein Einlaßventil, das zwischen der Brennstoffquelle und dem Saugmund des Puapenrades angeordnet ist, eine Durchflußwahlvorrichtung einschließlich einer Durchflußsteuervorrichtung, durch welche die Förderung von flüssigem Brennstoff von der Kreiselpumpe steuerbar ist, wobei das Einlaßventil in der Wahlst·llung "kein Durchfluß" durch die Durchflußwahlvorrichtung geschlossen wird, eine Saugstrahlpumpe, deren Einlaßdüse mit einer unabhängigen Quelle von unter

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Druck stehender Flüssigkeit verbindbar ist, eine Einströmkammer und einen mit der Niederdruckseite der Pumpeneinrieb.tung verbundenen Auslaßdiffusor, sowie ein zwischen der Abgabeseite der Kreiselpumpe und der Einströmkammer angeordnetes Absperrventil, wobei das Absperrventil in der Wahlstellung "kein Durchfluß" durch die Durchflußwahlvorrichtung geöffnet wird.

Die Kreiselpumpe kann von einem solchen Typ sein, bei welchem das Einlaßventil durch die Durchflußsteuervorrichtung betätigbar 'ist, um die Förderung von flüssigem Brennstoff durch die Kreiselpumpe zu steuern. Ein Drosseln oder Sperren des Pumpeneinlasses bewirkt, daß der flüssige Brennstoff im äußeren Teil des Pumpenraumes die Gestalt eines Binges annimmt, dessen radiale Tiefe selbsttätig einstellbar ist, um den Abgabedruck der hydraulischen Belastung anzupassen«

Andererseits kann auf der Abgabeseite der Kreiselpumpe ein Drosselventil angeordnet sein, das durch die Durchflußsteuervorrichtung betätigbar und von dem Einlaßventil unabhängig ist« Die Pumpe ist dann stets mit flüssigem Brennstoff gefüllt, außer in der abgeschalteten Stellung, wenn das Einlaßventil geschlossen ist«

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der beigefügten, schematischen Zeichnung dargestellt, welche eine Brennstofffördereinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit Hauptbrennern und zusätzlichen Brennern zeigt.

Eine Brennstoffzuleitung 1 führt von einer Brennstoffquelle zu einer Förderpumpe 2. Die Abgabe der Förderpumpe ist geteilt, eine Leitung 3 führt zu einer Hauptbrennstoffpumpe 4 und von deren ■ Abgabeseite über eine Leitung 5 zu einer Durchflußsteuervorrichtung für einen Satz von Hauptbrennern 7· Die Hauptbrennstoffpumpe 4 kann eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung sein, deren Abgabe-

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menge durch eine Steuerleitung 8 steuerbar ist, welche in der Zeichnung schematisch angedeutet ist und die Pumpe mit der Durch·« flußsteuervorrichtung 6 verbindet.

Eine weitere Leitung 9 führt von der Förderpumpe 2 zu einer Durchflußsteuervorrichtung 11 für die Nachverbrennung, von welcher eine Leitung 12 zu dem Einlaß der Kreiselpumpe 13 führt. Diese Kreiselpumpe 13 weist ein Pumpenrad 14 auf, das durch eine Welle 15 angetrieben wird, sowie ein Einlaßventil in der Nähe des Saugmundes des Pumpenrades, das aus einem feststehend angeordneten Ventilsitz 16 und einem in axialer Richtung verschiebbaren Ventilglied 17 besteht« Eine Förderleitung 18 verbindet die Kreiselpumpe 13 mit einem Satz von zusätzlichen Brennern oder Nachbrennern 19 über ein Druckregulierventil 21, das aus einem druckbetätigten Kolben 22 besteht, der unter dem Druck einer Feder 24 normalerweise eine Aus·· laßöffnung 23 verschließt«

Das Ventilglied 17 der Kreiselpumpe 13 ist vermittels eines Kolbens 25 verschiebbar, der durch den Flüssigkeitsdruck in den Kammern 26, 27 auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 25 und unter der Einwirkung einer Feder 28 in der Kammer 27 verschiebbar ist, wobei die Feder 28 in Schließrichtung des Ventils auf den Kolben 25 einwirkt»

In der Leitung 29, welche von der von der Hauptbrennstoffpumpe kommenden Leitung 5 abzweigt, befindet sich unter Druck stehender Brennstoff, der durch die Leitung 29 und durch fest eingebaute Drosselstellen 31, 32 zu der Düse 33, bzw, 34 und durch diese in die entsprechenden Kammern 26, 27 geleitet wird. Die Düsen 33, 34 ■ind in der Durchflußsteuervorrichtung 11 in entgegengesetzter Wirkungsrichtung angeordnet. Leitungen 35, 36 liefern an den Düsen 33, 34 die Drücke zu den Kammern 26 und 27. Diese Drücke sind

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sind durch einen Hebel 37 veränderlich einstellbar, der an der Stelle 38 angelenkt ist und sich zwischen den beiden Düsen befin« det. Bälge 39* 41 wirken auf die entgegengesetzten Seiten des Hebele 37 ein und erhalten Druck-Steuersignale, indem einer der beiden Bälge in bekannter Weise durch eine nicht dargestellte, von Hand betätigbare Wahlvorrichtung für die Nachverbrennung veränderbar ist« Die Steuervorrichtung 11 ist mit einem Durchflußmesser versehen_} der aus einem konisch ausgebildeten Stöpsel 42 und einem Mundstück 43 besteht« Der konische Stöpsel 42 wirkt über eine Feder 44 mit einer solchen Kraft auf den Hebel 37 ein, die bei e.iner Steigerung des Durchflusses zunimmt und ein negatives Rück» kopplungssignal für die tatsächliche Durchflußmenge darstellt. Der Hobel 37 wirkt mit den Düsen 33» 34 in einer solchen Weise zusammen, daß die Drücke in den Kammern 26, 27 verändert werden, indem die Drosselung des Zuflusses vermittels des Einlaßventils 16, 17 in einer solchen Richtung verändert wird, daß die tatsächlich gegebene Durchflußmenge der eingestellten Durchflußmenge angepaßt wird. Der in den Saugmund,des Pumpenrades 14 gelangende Brennstoff bildet in der durch den äußeren Teil des Pumpenrades und durch das Pumpengehäuse gebildeten Kammer einen Flüssigkeitsring, dessen radiale Tiefe selbsttätig einstellbar ist, um sich der Belastung des Druckregulierventils 21 und der Abnahme der Nachbrenner 19 anzupassen»

Der vorstehend beschriebene Teil des Systems ist allgemein bekannt« Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Arbeitsweise des Systems bei Abschalten der Nachverbrennung gerichtet« Ee ist ein Absperrventil vorgesehen, das gemeinsam mit der Wahlvorrichtung für die Nachverbrennung durch einen Hebel 45 betätigbar ist« Das Absperrventil enthält einen Ventilabschnitt 46, durch welchen • in· Leitungaverbindung 47 zwischen d«r Abgabeaeite der Kreisel··

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pumpe 13 und der Ansaugkammer 49 einer Saugstrahlpumpe 48 verschließbar ist. Eine Leitung 51, die von der Leitung 5 von der Hauptbrennstoffpumpe abzweigt, ist durch ein Absperrventil 52 für die Saugstrahlpumpe mit der Düse 53 der Saugstrahlpumpe verbunden· Der Diffusor 54 der Saugstrahlpumpe ist durch eine Brennstoffrückleitung 55 mit der Brennstoffzuleitung 1 verbunden, die ein Gebiet niedrigen Druckes für abgelassenen Brennstoff bildet«

Ein weiterer Ventilabschnitt 56 des Absperrventils ist betätigbar, um eine Leitungsverbindung 57 zwischen der Leitung 35 für den Steuerdruck in der Kammer 26 und der unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffrückleitung 55 zu öffnen oder zu schließen.

Das Absperrventil 52 für die Saugstrahlpumpe besteht aus einem Kolbenglied mit zwei Kolben 58, 59 in einem gegenseitigen axialen Abstand, die durch eine Stange 6l miteinander verbunden sind, sowie aus einer Feder 62, welche das Kolbenglied in einer solchen Richtung beaufschlagt, in welcher der Kolben 59 eine Auslaßöffnung 64 verschließt. Ein Durchlaß 65 in Kolben 59 und Stange 61 verbindet eine Einlaßöffnung 63 für den in der Leitung 5 unter Druck stehenden Brennstoff mit dem Raum um die Stange 61 herum· Die an dem einen Ende des Kolbens 58 befindliche Federkammer 66 wird zur Brennstoffrückleitung 55» die unter niedrigem Druck steht, hin entlüftet» Bei geringen Durchflußmengen zu den Hauptbrennern 7 übersteuert die Feder 62 den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 5 und hält das Absperrventil 52 in der geöffneten Stellung, die in der Zeichnung dargestellt ist, so daß Brennstoff von der Düse 53 der Saugstrahlpumpe zu dem Diffusor 54 und zu der unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffrückleitung 55 fließen kann« Wenn die zu den Hauptbrennern 7 gelieferte Brennstoffmenge zunimmt, fängt der Kolben 59 an, bei einen ersten vorbestimmten Druck in der Leitung 5 die

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Auslaßöffnung 64 teilweise,und bei einem vorbestimmten, zweiten Druck die Auslaßöffnung 64 ganz zu verschließen« Der Verwendungszweck für dieses Absperrventil 52 wird in Verbindung mit der Beschreibung der Wirkungsweise des Systeme beschrieben«

Es soll noch ein weiteres Merkmal beschrieben werden, das die Arbeitsweise der Kreiselpumpe bei Abschalten derselben beeinflußt« Das Pumpenrad 14 weist eine Hauptdichtung auf, die aus einem Dichtungsring 67 aus Kohlenstoff besteht, der von einer Muffe 68 getragen wird, die in einem verschiebbaren Dichtungseingriff

mit einem zylindrischen Lagerglied 69 im Pumpengehäuse steht« Der ^

Dichtring befindet sich in Berührung mit einer am Pumpenrad 14 befestigten Stirnplatte 71· Innerhalb des Pumpengehäuses ist ein Schaufelring 72 angeordnet, der einen Arbeitsabstand von dem Umfang der Stirnplatte 71 aufweist« Der Schaufelring 72 schließt außerdem einen Kanal 73 in dem Pumpengehäuse ein, der über eine Leitung 74 mit flüssigem Brennstoff von der Einlaßseite der Pumpe stromaufwärts des Einlaßventils 16, 17 beschickt wird« Innerhalb des Schaufelringes 72 befindet sich eine Anzahl von Düsenöffnungen 75s ^von denen in der Zeichnung eine einzelne dargestellt ist, und richten A

Strahlen von kühlender Flüssigkeit gegen den Dichtring 67« Der von den Düsen abgegebene Flüssigkeitsdruck wirkt auch auf die Endfläche der Muffe 68 ein und übt zwischen dem Dichtring 67 und der Stirn« platte 71 eine Belastung aus, die noch durch hier nicht dargestellte Federn vergrößert wird« Infolge des Vorhandenseins der zum Kühlen und Schmieren dienenden Düsen findet ein stetiger Durchfluß von Flüssigkeit durch den Arbeitsabstand zwischen dem Schaufelring 72 und der Stirnplatte 71 statt, der durch eine Anzahl von Öffnungen in der hinteren Platte des Pumpenrades in der Nähe des Saugmundes zu dem Inneren des Pumpenrades 14 zurückgeführt wird«

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In der Förderleitung 18 kann eine Abzweigleitung 81, und in der Leitung 12 auf der Einlaßseite der Pumpe eine weitere Abzweigleitung 82 vorgesehen sein, die eine Energiequelle für einen zusätzlichen Hilfskraftverbraucher darstellen.

Wenn das System in Tätigkeit und Nachverbrennung eingestellt ist, befindet sich der Hebel 45 in der Stellung 45* , der Ventilabschnitt 46 verschließt die Abgabeseite der Pumpe gegenüber der Ansaugkammer 49, und der Ventilabschnitt 56 verschließt die Leitung 57 für den Steuerdruck gegenüber der unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffrückleitung 55· Der durch die Düsenöffnungen 75 austretende und zur Kühlung dienende Brennstoff verbindet sich mit dem Hauptstrom des Brennstoffes durch das Einlaßventil 16, 17 und wird an die Nachbrenner 19 geleitet.

Wenn die Nachverbrennung abgeschaltet wird, befindet sich der Hebel 45 in der dargestellten Lage, der Ventilabschnitt 56 verbindet die Leitung 57 für den Steuerdruck mit der unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffrückleitung 55» so daß in der Kammer 26 ein niedriger Druck herrscht. Der Kolben 25 wird dann durch den Druck in der Kammer 27 und den Druck der Feder 28 verschoben und schließt das Einlaßbentil 16, 17« Die aus den Düsenöffnungen 75 austretende Flüssigkeit gelangt weiterhin durch die Öffnungen in das Pumpenrad 14 und wird durch die Leitung 47 und den jetzt geöffneten Ventilabschnitt zur Ansaugkammer 49 der Saugstrahlpumpe 48 abgegeben« Der Druckabfall in der Leitung 47 gestattet, daß sich das Druckregulierventil 21 unter der Einwirkung seiner Feder schließt. Der flüssige Brennstoff wird durch den Diffusor 54 und die Brennstoffrückleitung 55 zur Einlaßseite der Förderpumpe 2 hin abgegeben, wo er sich mit verhältnismäßig kühlem Brennstoff ver-

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mischt, dessen größter Anteil durch die Leitung 3, die Hauptbrennstoff pumpe 4 und die Durchflußsteuervorrichtung 6 zu den Hauptbrennern 7 fließt.

Wenn den Hauptbrennern 7 wenig Brennstoff zugeführt wird, beispielsweise wenn das Flugzeug in großer Höhe fliegt und die Nachverbrennung abgeschaltet ist, befindet sich das Absperrventil 52 in der geöffneten Stellung, so daß der Durchfluß von Brennstoff durch die Düse 53 der Saugstrahlpumpe einen«Druckabfall in der Leitung 47 und innerhalb der Peripherie des Pumpengehäuses bewirkt« Der Druckabfall oder die Druckverminderung innerhalb der Kreiselpumpe verringert die Wärmeerzeugung in dem von der Pumpe abgegebenen Brennstoff und begrenzt daher den Temperaturanstieg des durch die Förderpumpe 2 und die Hauptbrennstoffpumpe 4 strömenden Brennstoffes.

7 Wenn die Zufuhr von Brennstoff zu den Hauptbrennern/zunimmt,

nimmt der Anteil des durch die .örennstoffrückleitung zu der Brennstoffzuleitung 1 rückfließenden Brennstoffes entsprechend der Zufuhr von Brennstoff zu den Hauptbrennern ab« Wenn der Druck in der Leitung 5 von dem ersten zu dem zweiten der vorbestimmten Druck« werte zunimmt, schließt sich die Auslaßöffnung 64 schrittweise und

53 setzt dadurch die Strahlgeschwindigkeit durch die Düse/der Saugstrahlpumpe herab« Wenn die Strahlgeschwindigkeit in der Düse abnimmt, steigt der Druck in der Ansaugkammer 49 an, so daß die Kreiselpumpe 13 einen Druck entwickelt, der erforderlich ist, um den zur Kühlung dienenden Brennstoff gegen den Widerstand der Flüssigkeitsströmung in der Brennstoffzuleitung 1 abzugeben. Die sich daraus ergebende Temperaturerhöhung in dem zur Kühlung dienden-Brennstoff kann in Kauf genommen werden, weil sie durch die stark erhöhte Brennstoffzufuhr zu den Hauptbrennern 7 absorbiert wird« Bei großen Durchflußmengen bewirkt das Absperren der Düse 53 der

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Saugstrahlpumpe 48 durch das Absperrventil 52 keine Verringerung der maximalen Förderleistung der Hauptbrennstoffpumpe 4.

Es ist nicht erforderlich, daß das Einlaßventil 16, 17 bei Abstellen der Nachverbrennung sich vollständig schließt, da eine geringe Durchflußmenge vorhanden sein kann, welche die Kühlströmung ermöglicht oder ergänzt.

"· Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   / 1» fördereinrichtung für Flüssigkeiten mit einer Kreiselpumpe, insbesondere für zusätzliche Brenner in einem Gasturbinen·· triebwerk eines Flugzeuges, bestehend aus einer kontinuierlich betriebenen Kreiselpumpe, Steuervorrichtungen, durch welche die Flüssigkeitszufuhr von einer auf der Einlaßseite befindlichen Flüssigkeitsquelle zu einem auf der Abgabeseite der Pumpe befindlichen hydraulischen Abnehmer steuerbar ist, und aus einer Ventileinrichtung, die in der Stellung "kein Durchfluß" der Steuervorrichtung die Verbindung der Flüssigkeitsquelle mit dem Pumpeneinlaß sperrt und den Pumpenauslaß öffnet, um die Pumpe zu entleeren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugstrahlpumpe (48) über eine Einlaßdüse (53) mit einer unabhängigen Quelle (4) von unter Druck stehender Flüssigkeit verbunden und eine Einströmkammer (49) und

   niedrigem
   ein mit einem unter/Druck stehendem Teil (55) der Fördereinrichtung verbundener Auslaßdiffusor (54) vorgesehen sind, ein Absperrventil (46) zwischen der Abgabeseite der Kreiselpumpe (13) und der Einströmkammer (49) angeordnet und betriebsmäßig mit einer Durchflußwahlvorrichtung (45) verbunden ist, welche die Durchflußsteuervorrichtung (ll) betätigt und diese öffnet, wenn die Wahlvorrichtung (45) in die Stellung "kein Durchfluß" gebracht wird.

   2, Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (13) in an sich bekannter Weise ein Einlaß-

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   ventil (l6,17) enthält, das durch die Steuervorrichtung (il) betätigbar ist, und die Steuervorrichtung (ll) la Schließsinne des Ventils durch ein zweites Absperrventil (56) betätigbar ist, das gemeinsam mit dem ersten Absperrventil (46) durch die Durch·* flußwahlvorrichtung (45) betätigbar ist,

   3· Fördereinrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß eine stromaufwärts von dem Einlaßventil (l6,17) verbundene Leitung (74), die von der Fltissigkeitsquelle (l) mit Flüssigkeit beschickt wird, mit einer Anzahl von Düsenöffnungen (75) verbunden ist, durch welche flüssiger Brennstoff gegen eine Hauptdichtung (67) sprühbar ist, die zwischen dem Pumpenrad (14) und dem Pumpengehäuse angeordnet ist»

   4« Fördereinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine unabhängige Quelle (4) von unter Druck stehender Flüssigkeit in der Form einer Ilauptpumpe vorgesehen ist, welche von einer Flüssigkeitsquelle (l) flüssigen Brennstoff zu den Hauptbrennern (7) des Triebwerkes liefert, und die Abgabeseite dieser Hauptpumpe (4) mit der Einlaßdüse (53) der Saugstrahlpumpe (48) über ein Ventil (52) verbunden ist, das ein durch eine Feder (62) beaufschlagtes Ventilglied (58,59) enthält, welches auf den Druck der Hauptpumpe ansprechbar ist«

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