DE1944714A1

DE1944714A1 - Pumpe fuer sowohl Fluessigkeiten als auch Gase enthaltende Stroemungsmittel

Info

Publication number: DE1944714A1
Application number: DE19691944714
Authority: DE
Inventors: Schofield John J
Original assignee: Chandler Evans Inc
Current assignee: Chandler Evans Inc
Priority date: 1968-09-04
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3532441A; FR2017362A1; GB1285944A; CA942124A

Description

Pumpe für sowohl Flüssigkeiten als auch Gase enthaltend«

Strömungsmittel

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Pumpenvorrichtungen
und insbesondere mit einer Pumpvorrichtung für ein Brennstoff-= system, wobei eine Vorrichtung dafür sorgen soll, da3 im System entstehender Dampf bzw. entsprechende Gase unter Druck gesetzt und wieder in den Brennstoffstrom eingeführt wird bzw. werden·

Das Vorliegen von Dampf in Strömungsmit te !pumpen und das dabei auftretende Sperren des Systems wegen des Dampfes 1st eine bekannte Schwierigkeit. Dieses Problem tritt Insbesondere dann
auf, wenn eine Sperre oder Außerbetriebsetzung der Pumpe wegen des Vorllegens von Dampf eine nachgeschaltete Maschine, der
das Strömungsmittel zugeführt wird, abschalten kann. Das Problem tritt vor allem bei der Brennstoffspeisung von Flugzeugmotoren auf, bei denen aus Gründen, die nicht näher erläueft werden müssen«

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SA0

eine Stillsetzung der Maschinen wegen e:.ner Dampfsperre in dem Bremst of ^-Fördersystem besonders gefährlich ist.

Bs ist bekannt» bsi Brennstoff systemen für Flagsstig* zur Behandlung und Mitnahme eines bestiaaten Anteile am ungelöster Luft und freiem Dampf Blngpumpsn oder besonders ausgebildete Zentrifugalpumpen zu verwenden, die ihrerseits die Hauptpuaspe zur Belieferung der Verbrennungssasehln® speisen. Die bekannten Mittel reichen aus zur Verpusipung von .Strömungsmitteln, die ) ein Dampf~zy°Flüssigkeitsverhältiiis bis zu 0,45 haben., d„ h« für Strömungsmittel« bei denen Q₉$5 Teii.a Dampf auf Jeweils ein Teil Flüssigkeit kommen« Bei den modernen großen Gasturbinen-Flugzeugen besteht aber auch eine vergrößerte Gefahr der Bildung von Dampf in den Brennstoff -Leitungen« Dieses Problem tritt insbesondere dann auf» Kenn die Triebwerke am Heck montiert sind« weil dabei besonders lange Brennstoff leitungen auftreten und weil die Tanks und die Turbinen eine solche Höhendifferent haben, daß dabei besonders leicht Dampf entsteht. Xm Segensatz zu dem früher übliehen Dampf=FltSßsigkeitsver!2lltnis von 0,45 Is Brennstoff besteht nunmehr die Notwendigkeit SBit eines! Dampf-Flüssigkeitsverhältnis von etwa 2 fertig au werden» - d. he mit Brennstoffen _t die auf ein Tel?- Flüssigkeit zwei Teile " Dampf enthalten. Die bekannten Vorrlchtimgen erweisen sich bei der Lösung dieses Problems als unzulänglich.

Die Erfindung löst die beschriebenen Schwierigkeiten durch eine Vorrichtung an der Pumpe_s welche Gase atjoh bei einem Dampf-■ Flüssigkeitsverhältnis von mehr als 2 komprimiert und wiecier in den Versorgungsbremst of fs trcaneinführt« Bei einer zv/ecksiäßlgen Ausgestaltung der Erfindung verwendet ein© Treibstrahlpuaipä überschüssiges Purapen-StrÖmtingsBiittel und den νοίϊ d©r Brennstoff« regeleinrichtung sur Pumpe surüskgef orderten η tent. gebrauchten

Brennetoff ale Treibstrahl. Die Treibstrahlpumpe ist nit denjenigen Punkten der Brennstoffversorgung verbunden» an denen sieh üblicherweise Dämpfe bzw. Oase ansammeln und die Treibstrahlpumpe zieht auf diese Weise die Dämpfe bzw. Gas· von den gefährlichen Stellen ab. Der von der Treibstrahlpumpe angesogene Dampf wird komprimiert und in den die Pumpe durchsetzenden Brennstoffstrom eingespeist« dort gelöst und der naohgesohalteten Verbrennungsmasehine zugeführt.

Bin soweit in Umrissen beschriebenes Pumpsystem ait Treibstrahlpumpe gemäß der Erfindung kann Brennstoffe »it erheblich höheren Dampf-Flüssigkeitsverhältnissen verarbeiten; das System nach der Erfindung ist damit besonders geeignet zum Einsatz in Flugzeugen mit Düsentriebwerken.

Die Verwendung einer TreibetgfstslpuBpe gemäß der Erfindung ist von besonderer Bedeutung, weil eine solche Treibstrahlpuspe von einem einphasigen Strömungsmittel getrieben wird« wodurch keine Konstruktionsproblerae wegen Schichtenbildung der Strömung auftreten können. Die Treibstrahlpumpe kann weiterhin in das System eingebaut werden, ohne das die Haupteinlaßleitung zur Pumpe beeinträchtigt wird* eine solche Treibstrahlpumpe ist 'fernerhin von kleinen Abmessungen und braucht wenig Kraft. Weiterhin ist eine Treibstrahlpumpe ein besonders geeignetes Bauelement zum Wiedereinführen von Dairpf in ein System an Jener Stelle, an welcher dieser Dampf wieder gelöst werden kann.

Die Erfindung richtet sich im einzelnen auf eine Pumpe für gashaltige Flüssigkeiten und kennzeichnet sich durch eine Rücklauf leitung zum Wiedereinspeisen nicht verbrauchter verpumpter Flüssigkeit und Mittel zum Einführen und Verdichten

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von Dampf in die Flüssigkeit, wobei diese Mittel zwischen der !Rücklaufleitung und der Pumpe liegen und der Pumpe Dampf bzw. QaB unter Druck zuführen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung zu beschreibenden Ausführungsbeispielen. Xn der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schema tisch eine bekannte Brennstoffpumpe zusa Fördern von Brennstoff mit relativ geringer Dampf bildung;

Flg. 2 schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungegesnäßen Brennstoffpumpe; und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoff pumpe mit weiteren Einzelheiten.

Bs sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf Pumpen für die Brennstoffversorgung von Motoren jeder Art beschränkt ISt₉ sondern sich überall da anwenden IMSt„ wo Strömungsmittel zu fördern sind« die einen hohen Dampfanteil haben können.

In Fig. 1 ist schematisch eine bekannte Pumpenanordnung dargestellt/welche keine besondere Einrichtung zur Weiterverarbeitung von Dämpfen bzw· aasen aufweist. Der Brennstoff aus einem nicht gezeigten Brennstoffbehälter wird über eine Leitung 10 in Richtung des links von der Leitung 10 dargestellten Pfeiles einer ersten Pumpenstufe 12 zugeleitet, welche als Zentrifugalpumpe ausgebildet ist. Der in die Pumpe 12 eintretende Brenn» stoff hat also zunächst den Eingangsdruck und verläßt die Pumpe 12 über eine Leitung 14 mit einem erhöhten Druck, der als ZwI-schendruok bezeichnet wird. Die Leitung 14 liefert den Brennstoff

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BADORtGINAL

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an eine als zweite Stufe ausgebildete Zahnradpumpe 16, welche den Brennstoffdruck auf den Ausgangsdruck anhebt und der Brennstoff mit dem Ausgangsdruck wird über die Leitung 18 zu den Brennstoff-Regelorganen der Verbrennungsmasehine geliefert. Die Pumpen 12 und 16 sind normalerweise auf einer gemeinsamen Antriebswelle gelagert und von dieser angetrieben und eine Nebenschlußrücklaufleitung 22 ist üblicherweise an die Leitung 14 angeschlossen« weiche nicht gebrauchten Brennstoff von der Brennstoff-Regeleinrichtung an eine Stelle zwisohen den Pumpen 12 und 16 liefert, damit dieser Brennstoff wieder an die Hegeleinrichtungen geliefert werden kann· Der zurücklaufende Brennstoff hat dabei einen Druck von der Höhe des Zwischendrucks. Das Vorliegen großer Dampf- oder Oasmengen in der Brennstoffleitung 10 kann nun dazu führen« daß die Druckpumpen nicht mehr arbeiten, weil z. B. die Zentrifugalpumpe 12 trocken, d. h. in aas und nicht in Flüssigkeit läuft. Damit verliert die Pumpe praktisch jeglichen Wix'kungsgrad; mit der Lösung dieses Problems befaßt sieh die vorliegende Erfindung.

In Fig. 2 1st eine Pumpenanordnung nach der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Brennstoff aus einem nicht gezeigten Brennstoffvorrat fließt Über die Leitung 10 zur ersten, als Zentrifugalpumpe 12 ausgebildeten Stufe und von dieser über' die Leitung 14 zur zweiten Stufe, die als Zahnradpumpe 16 ausgebildet ist. Von deren Ausgang wird der Brennstoff über die Leitung 18 an die Brennstoff-Regeleinrichtung angeliefert, die damit die Brennstoff verbrauchende Belastung bildet« Gemäß der Erfindung 1st die Kapazität der Zentrifugalpumpe 12 so gewählt, daß ein Strömungsmittelüberfluß am Einlaß der zweiten Pumpenstufe 16 herrscht. D. h. also, daß das von der Pumpe 12 während einer bestimmten Periode gelieferte Brennstoffvolumen größer als

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das dasjenige Volumen 1st« welches die Puape 16 aufweinen kann, ao daß am Eingang der Puiape 16 überschüssiges Sferfö&ungsalttel zur Verfugung Steht... Das überssMsssige StröHSHigassittei ata Bin-IaB der Purape l6 wird von einer Leitung 24 in den NebenschluS-RQokfluß geführt, der von der Regeleinrichtung über die entsprechende Leitung 22 zurliekgespeist wird,

ι . - - ' ' ' ' - "'■■■■ Ersichtlich ist die Rücklaufleitung 22 derart ausgebildet, bzw. angeschlossen, daß das ias Hsbensehluß zurilekflieSende Ströraungsalttel an einer solishen Stelle in die PuapesEnordnung zurück» kehrt, an welcher der ^rlsuhendrusk herrscht. Der überschüssig© Brennstoff in der Leitung 24 und der nicht bematate oder-verbrauohte Brennstoff von der Begeleinrichtung (in der Rücklauf« leitung 23) werden ausajtanengeführt und an den Sinlaß einer Art Strahlpumpe 26 gefüi?.rt„ so daS der über-sonüssig* Brennstoff aus der Leitung 24 und der nicht gebrauchte Brennstoff aus der Leitung 22 als-.Prloär- oder üfreitraittelstrofi zuis Betrieb der Strahlpmope 26 dienen. Offensichtlich BmS also die Kapazität der Ftaape 12 grBSer sein als die Kapazität der Fmape 16, daislt iüsoer Treibstoff für den 'Treibstrahl der Treibstrahlpumpe 26 zur Verfügung steht.

Die Treibstrahlpumpe ist von der Üblichen Bauart und hat einen Yentur^BUsen-artlgen Abschnitt sit einer Engste I Ie 28. Der durch die Engstelle 28 fll@B@nde Brennstoff wird beschleunigt, bis der örtliöh© Brück sich in der Mhe des Dampfdrucks des

x) / - Brennstoffs befindet, ao daß also an d@r Engstelle init niedrigesn Druck entsteht. Bine Daaipfeinla®leitung 30 1st-nun-mit dieser Trelbstrahipirape oder ¥enturi-Bäse an d@r ^agstelle verbunden! die Leitung .30 kosssat vom ^ennstoff-Versorgungssystem _p z» B» über entsprechende Zuführiingsleituhgen* und zwar von solchen

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Stellen» an welchen si ah üblicherweise der unerwünschte Dampf bzw. die unerwünschten Gase sammeln, z. B. an Rohrkrümosungen oder besonders hohen Stellen der Brennstoff leitungen· Die Treibstrahlpumpe 26 saugt also die aase bzw. Dämpfe von den ge· fährdeten Stellen aber die Leitung 30 in den Treibmlttelstrahl hinein. Die Wechselwirkung zwischen' der BewegungsgröSe des Treibmittelstroms in dar Treibmittelpumpe und des auf diese Weise in die Treibmittslpumpe eingesogenen Dampfes oder Oases hebt den Druckpegel de3 Dampfes bzw. Gases auf einen Wert, bei welchen er bzw. es wieder in den Brennstoffstrom eingeführt und in diesem gelöst werdea kann. Der Ausgang der Treibstrahlpumpe 26 1st Über die leitung 22 mit der Zentrifugalpumpe 12 an einer Stelle zwischen deren Einlaß und Auslas, und zwar vorzugsweise etwa in der Mitte dieser Vorpumpe 12 verbunden, so daß der unter Druck gesetzte Dampf wieder in den durch die Pumpe 12 fliesenden Brennstoff eingeführt und dort* gelöst wird. Der gelüste Dampf wird dann zusammen mit den normalen Brennstoff von der Pumpe über die Leitung 14 zur Pumpe 16 gefördert.

In Figo 3 ist eine der Flg. 2 ähnliche Anordnung mit einigen weiteren Einzelheiten dargestellt. Der Brennstoff gelangt über die BinlaSleitung 10 zur Singangsselte der Zentrifugalpumpe 12 und verlast diese über eine Leitung IAa. Die Leitung I4a entspricht dem stromaufwärtigen Abschnitt der Leitung 14 in Flg. 2, wird aber in Fig. 3 zum besseren Verständnis als Leitung 14a bezeichnet. Der Brennstoff In der Leitung 14a befindet sich auf dem Zwischendruck und kann z. 3. einer zwisehengesohalteten Einrichtung, wie einem ölkühler oder einem zwischengeschalteten Wärmetauscher zugeführt werden, bevor er der Pumpe 16 zugeführt wird* oder kann direkt zur Pumps 16 geleitet werden. Jedenfalls ist die Elngangsleittmg zur Pumpe 16 in Fig. 3 mit 14b bezeichnet und die Leitung 14b entspricht dem strcmabwärtlgen

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Abschnitt der Leitung 14 in Fig. 2/ welcher in die Pumpe 16 fuhrt. Der Brennstoff in der Leitung 14b fließt durch ein Filter ?4 und ein Teil des Brennstoffs wird dann in die Pumpe 16 geleitet» wie mit dem Pfeil angedeutet ist. Der Ausgang der Pumpe 16 führt über die Leitung 18 zur Brennstoff-Regel· einrichtung. Die ganze Pumpe kann noch die üblichen und deshalb nlQht gezeigten Druokfühler und Rücklauf leitungen mit Überlaufventilen und Regelventilen aufweisen* die aber nicht zur Ir-P findung gehören.

Wie bereits oben erläutert wurde» 1st die Kapazität» d. h. das Furdervermögen der Pumpe 12 so gewählt« daß am Eingang der Pumpe.-16ein Brennstoff -Überfluß zur Verfugungsteht unddieser überschüssige Brennstoff wird über die Leitung 24 mit der Rückflußleitung 22 zusammengeführt; die zuaamiaengeführte.n Brennstoff» ströme werden dann an den Einlaß einer Treibstrahlpumpe 26 in der Weise gelegt, daß diese beiden zusammengelegten Brennstoff-Ströme den Treibstrahl dieser Pumpe bilden. Die Sngstelle 28 der Treibstrahlpumpe 26 kann z. B. von einem auswechselbaren Düsenelement 36 gebildet werden, so daß man also ggf. die Strömungseigenschaften der Treibstrahlpumpe 26 in einfacher Weise ändern kann. Wie bereits oben unter Hinweis auf Fig* 2 erläutert wurde, 1st ein Dampf- oder Gaseinlaß 30 im Bereich der Bngstelle der Treibstrahlpumpe angeschlossen und der den Ausgang der Trelbstrahlpumps bildende vereinigte Ström von Brennstoff und komprimiertem Dampf wird über die Leitung 32 drückmäßig etwa einer mittleren Stelle der Zentrifugalpumpe 12 zugeleitet, wodurch der Dampf wieder gelöst wird und Bestandteil des von der Pumpe 12 in die Leitung l4a fließenden Brennstoffstromes wird.

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BAD OBQINAt.

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Die unter Hinweis auf die Figuren 2 und j5 beschriebene Anordnung kann besonders große Dampf· bzw. Gasmengen wieder lösen» Insbesondere last die beschriebene Anordnung das eingangs beschriebene Problem, welches dann entsteht, wenn das Verhältnis zwischen Dampf und Flüssigkeit den Wert 2 erreicht. Eine Treibstrahlpumpe ist ein besonders zweckmäßiges Bauelement im vorliegenden Zusammenhang zur Wiedereinführung der Dämpfe, weil sie mit einer einzigen Strömungsmittelphase arbeitet» weil sie weiter nicht am Eingang 10 zur Pumpe 12 angeordnet sein muß, wo sie stören würde, und weil sie von kleiner Bauart 1st« sowie wenig Kraft braucht«

Patentansprüche

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SADORiGiNAL

Claims

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CH 52 P 102

PATENTAHSPRÖCHB

Pumpe für gashaltige Flüssigkelten, g β k e η η ~ lehnet durch eine Rücklauf leitung (22) zum Wiedereinspeisen nicht verbrauchter verpumpter Flüssigkeit und Mittel zum Einführen und Verdichten von Dampf in die Flüssigkeit, wobei diese Mittel (26) zwischen der Rücklauf leitung (22) und der Pumpe liegen und der Pumpe (12) Dampf bzw. Gas unter Druck zuführen.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ic h net, daß die Mittel zum Verdichten und Einführen der Dämpfe in die Flüssigkeit von einer Treibstrahlpumpe (26) gebildet sind·

3. Pumpe nach Ansprach 2, dadurch -g e k e η η z-'e. 1 c h η e t, daß der Treibstrahl der Treibstrahlpumpe von dem rücklauf enden

Strömungsmittel gebildet wird·

4» Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekenn ze ic h η e t, daß die Treibstrahlpumpe 06} eine Ansaugleitung (30) für Gase bzw· Dämpf© des Strömungsraitteis aufweist.

5· Pumpe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h 131 e t, daß sie zwei durch entsprechende Leitungen miteinander verbundene Pumpenstufen aufweist, und daß die Kapazität bzw- Fördermenge der ersten Stufe größer ist als die Kapazität bsw« Fördermenge der zweiten Stufe, wodurch ein Str8my.ngsmittelübersohu0 vor der zweiten Pumpstufe entsteht, und daß ein Strd^ungsmittelpfad

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von der Eingangsseite.der zweiten Stufe zur ersten Stufe führt, welcher die überschüssige Strömungensitte!menge über die Vorrichtung zur Kompression und Einführung von Dämpfen (26) der ersten Stufe (12) zuführt.

6. Pumpe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die überschüssige Flüssigkeit an Ausgang der ersten Stufe (12) das Treibe!ttel für die Treibmittelpumpe (26) darstellt·

7· Pumpe nach einen oder mehreren der vorstehnnden Ansprüche, dadurch gekennzelchn e t ", daß das Überschüssige Strömungsmittel zwischen den Pumpenstufen vor Eingang in die Treibstrahlpumpe mit dem rücklauf enden Strömungsmittel (22) zusammengeführt ist.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dä&ävoh gekennzeichnet, daß das überschüssige Strömungsmittel und das rüokkehrende Stromungsmittel zusammen als Treibstrahl der Treibstrahlpuape wirken.

9· Punpe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Treibstrahlpumpe (26) über Leitungen (30) alt denjenigen Stellen des Systems verbunden ist, an denen sich üblicherweise unerwünschte Oas- bzw. Datapfmengen bilden.

10. Punpe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Pumpetufe eine Zentrifugalpumpe (12) ist und daß der Ausgang der Treibstrahlpumpe an einer Stelle zwischen Eingang und Ausgang der Zentrifugalpumpe an diese angeschlossen ist.

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^ÖA0

11, FuBpe nach einem oder nenreren der vorstehenden Aneprüahe, dadurch ge k β a na tie hn et» dafl die BaMpT- oder easansaugleitimg (30) an der Bagatelle der Trelbatrahlpuape (26) in diese einmündet.

12. Puepe naeh βΐηββ oder mehreren der vorstehenden Anepräehe, dadurch g e ken nzeichnet, daß die zweite Fittpenetuf· eine Zahnraöpumpe (16) ist.

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