DE1802275B1

DE1802275B1 - Druckhalte- und Drainageventil eines Gasturbinentriebwerkes

Info

Publication number: DE1802275B1
Application number: DE19681802275
Authority: DE
Inventors: Adolf Fehler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH; MAN Turbo GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; MAN Turbo GmbH
Priority date: 1968-10-10
Filing date: 1968-10-10
Publication date: 1970-07-30
Also published as: GB1263587A; US3606905A; DE1802275C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckhalte- und Drainageventil eines Gasturbinentriebwerks mit als Doppelstutzen ausgebildeten, mit Dichtungsringen versehenen Leitungsanschlüssen, welche für die Kraftstoffzufuhr in das Ventil, die Kraftstoffabführung aus dem Ventil zur Einspritzdüse der Brennkammer sowie für die Kraftstoffdrainage vorgesehen sind, und mit einem Zylinder, in dem ein vom Kraftstoffzulauf mit Kraftstoff beaufschlagbarer und demzufolge vom Kraftstoffdruck entgegen der Wirkung einer Feder betätigter, stufenlos ausgebildeter Steuerkolben wechselweise Öffnungen des Zylinders absteuert, von denen die einen bei eingeschalteter Kraftstoffzufuhr und damit verbundener Freigabe durch den Steuerkolben die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen ermöglichen und bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr unter der durch die Rückstellfeder erfolgenden Bewegungen des Steuerkolbens verschlossen werden, während gleichzeitig damit weitere Bohrungen in dem Zylinder durch die rücklaufende Bewegung des Steuerkolbens freigegeben werden und einen Ablauf des in den Einspritzdüsen verbliebenen Restkraftstoffes in die Drainageleitung ermöglichen.

Beim Betrieb moderner Gasturbinentriebwerke stößt man ständig auf das Problem des Ablassens des unverbrauchten Kraftstoffs aus den Kraftstoffeinspritzdüsen nach dem Abschalten des Triebwerks. Beim Abschalten sammelt sich Kraftstoff in den Brennkammern durch ein Ablaufen aus den von den Kraftstofftanks herführenden Leitungen, so daß bei einem neuerlichen Starten des Triebwerks der Kraftstoff sofort zur Verbrennung kommen kann und folglich in der Brennkammer eine Ubertemperatur entstehen kann. Die Übertemperatur kann zu einer Beschädigung des Triebwerks führen, und es empfiehlt sich daher, diesen Kraftstoff beim Abschalten aus dem Triebwerk abzulassen.

Hierzu ist an Hand der britischen Patentschrift 1 034 758 (USA.-Patent 3 339 574) bereits ein Druckhalte- und Drainageventil für das Kraftstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks vorgeschlagen worden, welches in wesentlichen Teilen demjenigen nach der eingangs genannten Gattung entspricht. Das Druckhalte- und Drainageventil nach der französischen Patentschrift 1 432 422 ist ebenfalls dieser Gattung zuzuordnen.

Das Druckhalte- und Drainageventil soll die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzdüse sicher absperren können trotz eingeschalteter Vordruckpumpe. Das Druckhalte- und Drainageventil soll ferner bei einem Mindestvordruck sich öffnen und beim Starten des Triebwerks ein rasches, sicheres Umschalten zum Zwecke der Kraftstoffbeaufschlagung der Einspritzdüse gewährleisten. Während des Triebwerksbetriebs soll weiter die Drainageleitung gegenüber dem das Ventil durchströmenden Kraftstoff einwandfrei abgedichtet sein, um Kraftstoffleckverluste auszuschließen.

Darüber hinaus soll das Druckhalte- und Drainageventil in der Lage sein, daß bei Unterschreiten eines Mindestvordruckes des von der Vordruckpumpe geförderten Kraftstoffs die Kraftstoffzuleitung zur Brennstoffdüse einwandfrei abgesperrt ist, während gleichzeitig die Verbindung der Einspritzdüse mit der Drainageleitung hergestellt ist, um einen in der Einspritzdüse verbliebenen Kraftstoffrest in die Drainageleitung abzublasen.

Schließlich soll ein solches Druckhalte- und Drainageventil für die Durchführung der genannten Steuervorgänge einfach und robust aufgebaut und bei Dauerbeanspruchung funktionssicher und lediglich geringem Verschleiß unterworfen sein.

Bei den durch die vorgenannten Patentschriften bekannten Ventilen gleitet der Steuerkolben mittels diesen umschließender O-Ringdichtungen innerhalb des Zylinders, welche einen Kraftstoffleckfluß ausschließen sollen. Diese O-Ringdichtungen sind beim Übersteuern der Bohrungen des Zylinders einem hohen ίο Verschleiß unterworfen und verhindern ferner ein erwünschtes leichtes Gleiten des Kolbens, um den von einem solchen Ventil verlangten raschen Umschaltvorgängen Rechnung tragen zu können. Bei Dauerbeanspruchung führen diese O-Ringdichtungen des Kolbens somit zu Undichtheiten und gegebenenfalls sogar zum Verklemmen des Kolbens.

Ferner sperrt bei einer dieser bekannten Anordnungen der in Ruhelage befindliche Kolben nur unzureichend das Ventil gegenüber der Kraftstoffzuleitung ab, und zwar infolge einer hierzu vorgesehenen metallischen Abdichtung gegen einen losen Anschlag, wodurch bereits der Vordruck der Tankpumpe ausreicht, um geringe Kraftstoffleckmengen zur Einspritzdüse der Brennkammer gelangen zu lassen, was sich schädlich beim Zünden des Triebwerks auswirken kann.

Ferner ist bei diesen bekannten Ventilen eine Vielzahl weiterer Dichtungen erforderlich, die den Zylinder gegenüber einem hier zusätzlich erforderlichen, äußeren Mantelgehäuse abdichten müssen.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 859 839 eine Einrichtung zum Zuführen von Brennstoff zu mindestens einem Brenner, insbesondere bei Gasturbinen bekannt. Bei diesem Ventil sind die Leitungsanschlüsse für die Kraftstoffzufuhr sowie für die Kraftstoffdrainage mit beiden Enden des Zylinders verschraubte Doppelstutzen, wobei innerhalb des drainageseitig gelegenen Stutzens eine Ringscheibe als Dichtung angeordnet ist. an welche der Steuerkolben nach dem Absteuern der Öffnungen anschlägt. Infolge des Verlegens der Dichtung in das Innere des Stutzens dient die Dichtung einzig und allein als Abdichtung der Stirnfläche des Steuerkolbens, d. h. als Ventilsitz.

Der Nachteil dieses Ventils besteht darin, daß keinerlei Abdichtung des Zylinders bzw. des Stutzens nach außen hin besteht. Ferner besteht infolge des verlängerten Steuerkolbenhubcs auf Grund der Anordnung der Dichtung im Inneren des Stutzens die Gefahr hoher Kraftstoffleckverluste.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bei dem bekannten Druckhalte- und Drainageventilen aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und ein Ventil solcher Art zu schaffen, bei dem die Dichtungen sowohl eine Abdichtung des Zylinders nach außen hin als auch einen Ventilsitz für den Steuerkolben bilden, wobei es eine rasche funktionssichere Absteuerung der für den Kraftstoffzulauf zur Einspritzdüse sowie für den Kraftstolfablauf aus der Einspritzdüse in die Drainageleitung vorgesehenen Öffnungen ermöglicht, einschließlich einer einwandfreien Abdichtung der Drainageleitung bei vom Kraftstoff beaufschlagter Einspritzdüse sowie einer einwandfreien Absperrung der Kraftstoffzuleitung während des Ausblasens von in der Einspritzdüse verbliebenen Kraftstolfresten in die Drainageleitung. Außerdem soll das Ventil einen einfachen Aufbau und damit eine verbilligte Herstellungsweise ermöglichen und bei

Dauerbetrieb einem geringen Verschleiß unterworfen sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Ventil der eingangs genannten Gattung vor, daß an den dem Steuerkolben zugewandten Stirnseiten der Doppelstutzen zwischen Gehäuse und Doppelstutzen deren Stirnflächen überragende Dichtungsringe vorgesehen sind, welche sowohl eine Abdichtung des Gewindes zwischen Doppelstutzen und Gehäuse nach außen als auch einen abdichtenden Ventilsitz für den wechselseitig an diese Dichtungsringe anschlagenden Steuerkolben bilden.

Die an den Stirnflächen der Doppelstutzen angeordneten Dichtungen dichten den Zylinder nach außen ab und sorgen ferner dafür, daß gleichzeitig mit dem Anschlagen des Kolbens an eine Dichtung einer der Steuerschlitze sowie die Drainageleitung oder die Kraftstoffzufuhr in das Ventil einwandfrei abgesperrt sind. Die Dichtungen, welche gleichermaßen sowohl das Gewinde zwischen Doppelstutzen und Gehäuse nach außen einwandfrei abdichten als auch als Ventilsitz für den Steuerkolben dienen, führen eine Doppelfunktion aus, die einen wesentlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils gegenüber den vorbekannten Ventilen darstellt. Darüber hinaus bewirken diese Dichtungen einen gedämpften Anschlag des Steuerkolbens.

Außerdem ermöglichen bei dem erfindungsgemäßen Ventil die weit in den Zylinder hineinragenden Stirnflächen der Doppelstutzen erwünschte, äußerst kurze Steuerhübe und damit eine rasche Betätigung des Ventils, verbunden mit einem äußerst geringen Kraftstoffleckfluß während des Umschaltvorganges.

An Hand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen ist die Erfindung im einzelnen weiter näher erläutert; in den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Mittellängsschnitt eines erfindungsgemäßen Druckhalte- und Drainageventils in der Stellung: Kraftstoffzu- und -ablauf geschlossen, Drainage geöffnet, einschließlich eines Gasturbinentriebwerks mit zugehörigem Kraftstoffsystem in schematischer Darstellung,

F i g. 2 das in F i g. 1 dargestellte Druckhalte- und Drainageventil, jedoch in der Stellung: Kraftstoffzulauf geöffnet, Kraftstoffablauf und Drainage geschlossen und

F i g. 3 das in F i g. 1 dargestellte Druckhalte- und Drainageventil, jedoch in der Stellung: Kraftstoffzu- und -ablauf geöffnet und Drainage geschlossen.

Das in F i g. 1 beispielhaft dargestellte Gasturbinentriebwerk 1 besteht in bekannter Weise, in Reihe hintereinandergeschaltet, aus einem Verdichter 2, Brennkammern 3,4 sowie aus einer sich daran anschließenden Turbine 5. Mit 6 und 7 sind Kraftstoffeinspritzdüsen der Brennkammern 3, 4 bezeichnet. Das zum Triebwerk gehörige Kraftstoffsystem besteht im wesentlichen aus einem Kraftstoffbehälter 8, einer sich daran anschließenden Vordruckpumpe 9, von der eine Zufuhrleitung 9 α zu einer Kraftstoffpumpe 10 hinführt, welche über eine weitere Leitung 11 den Kraftstoff zu einem Kraftstoffregler 12 fördert. Der Kraftstoffregler 12 ist mit einer Pumpen-Rücklaufleitung

13 verbunden, die mit der Zufuhrleitung 9 vor der Pumpe 10 verbunden ist. Vom Kraftstoffregler 12 fließt die für den Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 1 notwendige Kraftstoffmenge über eine Leitung

14 zum Druckhalte- und Drainageventil 15.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, besteht das Druckhalte- und Drainageventil 15 aus einem Zylinder 16, in dem ein Steuerkolben 17 und eine Druckfeder 18 gelagert sind. An den Enden des Aufnahmegehäuses ist je ein Doppelstutzen 19 und 20 mit Gewinde eingeschraubt, wobei an den Stirnflächen der Doppelstutzen 19, 20 Dichtungen 21 und 22 gelagert sind. Auf dem Gehäuseaußendurchmesser ist ein Schwenkanschluß 23 geführt, in dem zwei Dichtungen 24, 25 gelagert sind und welcher seitlich durch zwei Sicherungsringe 26,27 am Zylinder 16 fixiert ist.

Während des Betriebes fließt Kraftstoff über die Leitung 14 in den Doppelstutzen 19 und beaufschlagt die Kolbenfläche 28, schiebt den Steuerkolben unter Druck gegen die Feder 18 und schließt den Steuerschlitz 29 (F i g. 2), wobei der Steuerschlitz 30 noch geschlossen ist; durch Druckerhöhung stößt der Kolben 17 gegen die Dichtung 22 (F i g. 3) und gibt den Steuerschlitz 30 frei, und damit fließt Kraftstoff über den Schwenkanschluß 23 und die Leitung 31 (F i g. 1)

au zu den Einspritzdüsen 6,7. Wird das Triebwerk und damit die Kraftstoffzufuhr abgestellt, läuft der Steuerkolben 17, gegen die Dichtung 21, (F i g. 1) und gibt den Steuerschlitz 29 frei und der noch in den Einspritzdüsen 6, 7 und in der Leitung 31 befindliche Kraftstoff fließt durch den noch in den Brennkammern 3, 4 vorhandenen Gasdruck über den Schwenkanschluß 23, den Steuerschlitz 29 und den Doppelstutzen 20 in die Drainageleitung 32 ab.

Der Steuerkolben 17 ist im Zylinder 16 eingeläppt und garantiert dadurch einen leichten Lauf und ein einwandfreies Übersteuern der Steuerschlitze 29 und 30. Die Doppelstutzen 19, 20 sind so ausgebildet, daß deren Dichtungen 21, 22 gleichzeitig als Anschlag für den Steuerkolben 17 und zur stirnseitigen Abdichtung dienen; dies ermöglicht eine sichere Abdichtung in der Ruhelage sowie in allen anderen Betriebszuständen. Die bei dem Druckhalte- und Drainageventil vorgesehenen Dichtungen 21, 22, 24, 25 können in an sich bekannter Weise O-Ringe aus einem verschleißfesten Werkstoff sein.

Das in Fig. 1 dargestellte Gasturbinentriebwerk stellt für die Anwendung des erfindungsgemäßen Druckhalte- und Drainageventils keine bindende Ausführungsform dar. Das vorgeschlagene Druckhalte- und Drainageventil kann ebenso beispielsweise bei Mehr-Wellen-Gasturbinentriebwerken sowie bei Gasturbinentriebwerken für stationären Betrieb Anwendung finden, welche mit Einzel- oder Ringbrennlcammem sowie mit einer oder mehreren Einspritzdüsen ausgerüstet sind.

Claims

Patentanspruch:

Druckhalte- und Drainageventil eines Gasturbinentriebwerks mit als Doppelstutzen ausgebildeten, mit Dichtungsringen versehenen Leitungsanschlüssen, welche für die Kraftstoffzufuhr in das Ventil, die Kraftstoffabführung aus dem Ventil zur Einspritzdüse der Brennkammer sowie für die Kraftstoffdrainage vorgesehen sind, und mit einem Zylinder, in dem ein vom Kraftstoffzulauf mit Kraftstoff beaufschlagbarer und demzufolge vom Kraftstoffdruck entgegen der Wirkung einer Feder betätigter, stufenlos ausgebildeter Steuerkolben wechselweise Öffnungen des Zylinders absteuert, von denen die einen bei eingeschalteter Kraftstoffzufuhr und damit verbundener Freigabe durch den Steuerkolben die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen ermög-

lichen und bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr unter der durch die Rückstellfeder erfolgenden Bewegungen des Steuerkolbens verschlossen werden, während gleichzeitig damit weitere Bohrungen in dem Zylinder durch die rücklaufende Bewegung des Steuerkolbens freigegeben werden und einen Ablauf des in den Einspritzdüsen verbliebenen Restkraftstoffes in die Drainageleitung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem Steuerkolben (17) zugewandten Stirnseiten der Doppelstutzen (19, 20) zwischen Gehäuse und Doppelstutzen deren Stirnflächen überragende Dichtungsringe (21, 22) vorgesehen sind, welche sowohl eine Abdichtung des Gewindes zwischen Doppelstutzen und Gehäuse nach außen als auch einen abdichtenden Ventilsitz für den wechselseitig an diese Dichtungsringe anschlagenden Steuerkolben bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen