DE1951228C3 - Kraftstoffregelanlage für den Nachbrenner einer Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffregelanlage für den Nachbrenner einer Gasturbinenanlage, mit einer

Nachbrenner-Kraftstoffpumpe, mindestens einer Kraftstoff-Einspritzdüse, die in der stromab der Turbine angeordneten Nachbrennkammer angeordnet und durch eine Zuführungsleitung mit der Kraftstoffpumpe verbunden ist, einem Durchsatzregelventü, das in der Zuführungsleitung angeordnet ist, einer Zweigleitung, die zur Zuführungsleitung parallel geschaltet ist und das Durchsatzregelventil umgeht, einer Vorrichtung zum Sperren der Zweigleitung und einer zum Zünden des in die Nachbrennkammer eingespritzten Kraftstoffes dienenden Zündvorrichtung mit mindestens einer Hilfseinspritzdüse, die in einer stromauf der Turbine angeordneten Brennkammer mündet und an einer Hilfsdüsen-Zufuhrleitung angeschlossen ist

Eine Kraftstoffregelanlage dieser Gattung ist in der GB-PS 8 39 927 beschrieben. Diese Kraftstoffregelanlage erfüllt während des Zündens des Nachbrenners drei Funktionen:

a) beschleunigtes Füllen der Einspritzdüsen,

b) Feststellen, wann die Einspritzdüsen mit Kraftstoff gefüllt sind,

c) Beaufschlagen der Hilfseinspritzdüsen mit Kraftstoff, sobald die Nachbrenner-Einspritzdüsen mit Kraftstoff gefüllt sind.

Zum Ausführen dieser drei Funktionen sind bei der vorbekannten Kraftstoffregelanlage drei getrennte Organe vorgesehen, und zwar ein Elektroventil, das in der Zweigleitung angeordnet ist (Funktion a); ein Differenzdruckmesser, der die Differenz zwischen dem in der Nachbrennkammer herrschenden Gasdruck und dem in den Nachbrenner-Einspritzdüsen herrschenden Kraftstoffdruck mißt (Funktion b); ein Elektroventil, das in der Hilfsdüsen-Zuführleitung angeordnet und mit einer besonderen Hilfseinspritzpumpe verbunden ist (Funktion c). Das in der Zweigleitung angeordnete Elektroventil wird geschlossen, und das in der Hilfsdüsenzufuhrleitung angeordnete Elektroventil wird geöffnet, sobald der Differenzdruckmesser festgestellt hat, daß die Nachbrenner-Einspritzdüsen mit Kraftstoff gefüllt sind. Diese Kraftstoffregelanlage, deren einzelne Organe durch einen elektrischen Schaltkreis untereinander verbunden sind, ist verhältnismäßig kompliziert, relativ störanfällig (insbesondere in Hinblick auf die in dem betreffenden Bereich herrschenden hohen Temperaturen) und schwierig zu warten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffregelanlage der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß die zeitlich aufeinander abgestimmte Beaufschlagung der Einspritzdüsen und der Hilfseinspritzdüsen mit konstruktiv möglichst einfachen und funktionssicheren Mitteln durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei der Kraftstoffregelanlage mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein in einem Zylinder gleitbarer Schieber einerseits das Schließorgan der Vorrichtung zum Sperren der Zweigleitung und andererseits den Kolben einer die Hilfsdüsen-Zufuhrleitung beaufschlagenden Kolbenpumpe bildet, wobei der Schieber entgegen einer Rückholkraft mit dem in der Kraftstoff-Einspritzdüse herrschenden Druck beaufschlagt ist, so daß bei Überschreiten eines durch die Rückholkraft festgelegten Wertes des Kraftstoffdrucks der Schieber verschoben wird, urn einerseits die Zweigleitung zu sperren und andererseits die Hilfseinspritzdüsen mit einem Kraftstoffstrahl zu beaufschlagen.

Erfindungsgemäß werden somit die drei eingangs genannten Funktionen von einem einzigen mechanischen Bauteil, und zwar dem Schieber ausgeführt Der Schieber ist mit dem in den Nachbrenner-Einspritzdüsen herrschenden Druck beaufschlagt, so daß eine Betätigung in Abhängigkeit von der Füllung der Nachbrenner-Einspritzdüsen erfolgt (Funktion b). Sobald er durch den in den Einspritzdüsen herrschenden Druck betätigt worden ist, sperrt er die Zweigleitung (Funktion a) und beaufschlagt dann — mit. einer kleinen Verzögerung — die Hilfseinspritzdüsen (Funktion c).

■ o Hierdurch wird die Kraftstoffregelanlage konstruktiv erheblich vereinfacht Sie zeichnet sich insbesondere durch große Robustheit (gerade in Hinblick auf die in diesem Bereich herrschenden hohen Temperaturen) sowie leichte Austauschbarkeit (Vereinfachung der Wartung) aus. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Druckbeaufschlagung der Hilfseinspritzdüsen mit einer kleinen Verzögerung erfolgt, so daß der Kraftstoff in der Nachbrennkammer nicht gerade zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff erstmalig aus den Nachbrenner-Einspritzdüsen austritt, gezündet wird. Dies ist nämlich unerwünscht, da in diesem Augenblick der Druck des Kraftstoffes in den Nachbrenner-Einspritzdüsen schlagartig ansteigt, weil nun nicht mehr Luft, sondern Kraftstoff aus den Einspritzdüsen austritt Das Gemisch in der Nachbrennkammer ist zu diesem Zeitpunkt zu stark mit Kraftstoff angereichert was eine einwandfreie Zündung erschwert Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Strahltriebwerks mit Nachbrenner, das mit einer erfindungsgemä- Ben Kraftstoffregelanlage zur Steuerung des Zündvorgangs des Nachbrenners versehen ist, wobei diese Kraftstoffregelanlage mit einer zur Zündung dienenden Hilfseinspritzdüse zusammenwirkt Fig.2, 3 und 4 in vergrößertem Maßslab eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffregelanlage mit einem Programmregler, der sich in Fig.2 in einer Stellung befindet, bei der der Nachbrenner ausgeschaltet ist, in Fig.3 in einer Stellung, in der die beschleunigte Vorfüllung einer Nachbrenner-Einspritzdüse beendet ist und die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in eine zur Zündung dienende Hilfseinspritzdüse beginnt, und in F i g. 4 schließlich in einer Stellung, in der der Nachbrenner eingeschaltet ist,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform der in F i g. 2 dargestellten Kraftstoffregelanlage, und zwar in der Stellung, in der der Nachbrenner ausgeschaltet ist

Fig.6 bis 8 schematische Ansichten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Pro grammreglers, bei dem die Programmsteuerung durch einen Bezugsdruck beeinflußt wird, der sich in Abhängigkeit von der von der Nachbrenner-Kraftstoffpumpe gelieferten Kraftstoffmenge ändert, F i g. 9 und 10 einen schematischen Querschnitt längs der Linien XIIa-XIIaund XILb-XH6in F i g. 7.

In F i g. 1 ist ein Strahltriebwerk 1 dargestellt, das mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffregelanlage ausgerüstet ist. Das Strahltriebwerk, das zum Antrieb eines Flugzeuges dient, weist einen, einem Lufteinlaß (nicht

6s dargestellt) nachgeschalteten, Verdichter 2, eine Hauptbrennkammer 3, eine Turbine 4, eine Nachbrennkammer 5 und einen Auslaßkanal, der in einer Strahldüse (nicht dargestellt) endet, auf.

In der Nachbrennkammer sind mehrere Nachbrenner-Einspritzdüsen angeordnet, die eine dosierte Kraftstoffmenge im Gegenstromprinzip in den Heißgasstrom F, der aus der Turbine 4 kommt, einspritzen können. Diese Einspritzdüsen können ringförmig ausgebildet und, was zumindest einen Teil von ihnen anbelangt, (beispielsweise die Einspritzdüsen R₂, R₃) in V-förmigen Stabilisierungsringen 7 angeordnet sein. Die Stabilisierungsringe sind an der Spitze des V mit öffnungen versehen, durch die der Kraftstoff aus der Einspritzdüsen austreten kann.

Die Einspritzdüsen R\, R₂, Ri werden von einer gemeinsamen Kraftstoffquelle mit Kraftstoff versorgt, die insbesondere eine Kraftstoffpumpe 8 mit großem Durchsatz und eine Zuführungsleitung 9 aufweist. Der Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe S gefördert wird, durchströmt nacheinander eine Leitung 10, ein Durchsatzregelventil 11, eine Leitung 12 und ein Verteiler-Ventil 13, von dem Leitungen CRu CR₂, CR₃ abgehen, die parallel geschaltet und jeweils an den Einspritzdüsen R_u R2, R₃ angeschlossen sind. Jede der Einspritzdüsen ist somit mit der Kraftstoffpumpe 8 über eine Zuführungsleitung (beispielsweise 10, 12, CR\ für die Einspritzdüse R\) verbunden, in der ein Durchsatzregelventil 11 angeordnet ist, das sämtlichen Einspritzdüsen gemeinsam ist.

Eine zur Zündung dienende Hilfseinspritzdüse 17, die in der Hauptbrennkammer 3 des Strahltriebwerkes mündet, dient dazu, während einer bestimmten Zeit, wenn der Nachbrenner eingeschaltet wird, eine zusätzliche Menge Kraftstoff vor der Turbine 4 einzuspritzen. Der zusätzliche Kraftstoff entzündet sich aufgrund der in der Hauptbrennkammer 3 herrschenden hohen Temperatur und erzeugt somit eine Stichflamme, die die Schaufeln der Turbine 4 durchläuft und somit den Kraftstoff des Nachbrenners zündet, der insbesondere aus der Einspritzdüse R\ austritt.

Eine zusätzliche Hilfseinspritzdüse 56, die über eine Verstärker-Leitung 57 gespeist wird, kann außerdem vorgesehen sein, um kurzzeitig etwas hinter der Turbine eine bestimmte Menge Kraftstoff zuzuführen, die den Zweck hat, die von der Hilfseinspritzdüse 17 kommende Stichflamme zu verlängern, was die Zündung des Nachbrenner-Kraftstoffes noch erleichtert

Bei ausgeschaltetem Nachbrenner verden die Einspritzdüsen R], R2, R₃ von einem Druckluftstrahl gespült, der von dem Verteiler-Ventil 13 kommt; die Einspritzdüsen sind dann von Kraftstoff entleert Wenn der Nachbrenner durch Betätigung des Steuerhebels eingeschaltet wird, entsteht, wie bereits erwähnt wurde, zwischen dem Augenblick, in dem der Steuerknüppel die Stellung »Nachbrenner« erreicht, und dem Augenblick, in dem der Kraftstoff tatsächlich aus den Einspritzdüsen R_u R₂, A3 austritt eine gewisse Verzögerung, die von der Zeit herrührt, die erforderlich ist, um die Einspritzdüsen über die Leitungen CR_U CR₂, CR₃ zu füllen. Die Verzögerung der Einspritzung ist um so größer, je größer der Rauminhalt der Einspritzdüsen und der Leitungen und je kleiner der Durchsatz des Kraftstoffes ist, der duch die Leitung 12 aus dem Durchsatzregelventil 11 (das sich häufig in diesem Augenblick in der Leerlaufsiellung befindet) austritt Diese Verzögerung der Einspritzung hat eine Verzögerung der Zündung der Nachverbrennung zur Folge, was für die Wärmefestigkeit der Schaufeln der Turbine 4 schädliche Folgen haben kann, weil der Zündkraftstoff, der aus der Hilfseinspritzdüse 17 austritt, bevor die Nachbrenner-Einspritzdüsen R\, R₂, R₃ Kraftstoff fördern, überflüssigerweise eingespritzt wird. Diese Verzögerung kann außerdem in Hinblick auf die Genauigkeit des Betriebsverhaltens der vom Strahltriebwerk angetriebenen Maschine von Nachteil sein.
Diese Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden, die den Zündvorgang der Nachverbrennung steuert; Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kraftstoffregelanlage werden nun im folgenden genauer erläutert:

Ein wesentlicher Bestandteil einer solchen Kraftstoffregelanlage ist eine Einrichtung zum beschleunigten Vorfüllen wenigstens einer der Nachbrenner-Einspritzdüsen, beispielsweise der Einspritzdüse R\; der von der Kraftstoffpumpe 8 kommende Kraftstoff umgeht, während einer bestimmten Zeit das Durchsatzregelventil 11 mittels einer Zweigleitung 18, 19 die die Kraftstoffpumpe 8 (über das Verteiler-Ventil 13 und eine Leitung CR\) mit der Einspritzdüse /?, unmittelbar verbindet. In der Zweigleitung 18,19 ist ein Programmregler 26 angeordnet, an dem Leitungen 20, 21, 22 angeschlossen sind. Die Leitung 20, in der sich ein Einwegventil 23 befindet, und die Leitung 21 vereinigen sich in einer gemeinsamen Leitung 24, die an der Zuführungsleitung 9 der Kraftstoffpumpe 8 angeschlossen ist. Die Leitung 22 ist über ein Einwegventil 25 mit der Hilfseinspritzdüse 17 für den Zündkraftstoff verbunden. Ferner kann eine zusätzliche Leitung 58 vorgesehen sein, von der noch in Verbindung mit den F i g. 6 bis 8 die Rede sein wird.

In den F i g. 2, 3 und 4 ist in vergrößertem Maßstab eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffregelanlage dargestellt. Man erkennt den Programmregler 26, an dem die Leitungen 18,19, 20,21, 22 angeschlossen sind. Der Programmregler weist insbesondere einen Stufenzylinder 26a auf, der an seinen beiden Enden durch Deckel 26aa und 26ab verschlossen ist und in dem ein Schieber 26b gleitbar gelagert ist. Der Schieber 266 ist mit einem Kolben 26bb einstückig verbunden, der eine Kammer 26ac von einer Kammer 26ad trennt. Der Deckel 26aa ist eben, während der Deckel 26ab einen Hohlzylinder 26aba bildet, der in die Kammer 26 ad hineinragt und zur Führung einer Feder 26c dient. Die Feder 26c befindet sich in der Kammer 26ad und liegt einerseits an dem Deckel und andererseits an dem Schieber 26b an. Die Kammer 26ac steht vorzugsweise über eine Drosselstelle 26aaa, die in dem Deckel 26aa gebildet ist, mit der Leitung 18 in Verbindung, so daß der Schieber 26b in der einen Richtung dem in dieser Leitung herrschenden Kraftstoffdruck ausgesetzt sein kann, während die Feder 26c auf den Schieber eine Rückholkraft ausübt die in die entgegengesetzte Richtung weist

Wenn der in der Leitung 18 herrschende, auf den-Schieber ausgeübte Kraftstoffdnick nicht groß genug ist, um die Rückholkraft der Feder zu überwinden, nimmt der Schieber die in Fig.2 dargestellte Endstellung ein, in der er am Deckel 26aa anliegt Wenn dagegen der Druck größer als die Rückholkraft der Feder wird, bewegt sich der Schieber in die in Fig.4 dargestellte andere Endstellung, in der er am Abschnitt 26aba des Deckels 26ab anliegt, der in den Raum 26ad hineinragt. Die Fig.3 stellt eine Zwischenstellung des Schiebers dar. Der Schieber 266 spricht also auf den in der Zweigleitung herrschenden Kraftstoffdruck an.

6s Die unmittelbare Verbindung zwischen der Kraftstoffpumpe 8 und der Einspritzdüse R, (über die Zweigleitung 18, 19) kann durch eine Vorrichtung unterbrochen werden, die die Leitung 18 gegenüber der

Leitung 19 absperren kann. Diese Vorrichtung weist ein Schließorgan 266a auf, das durch einen mit dem Schieber 266 einstückig ausgebildeten Hohlzylinder gebildet wird. Der Hohlraum des Schließorgans steht mit der Kammer 26ac in Verbindung. Das Schließorgan 26ba weist Schlitze 266aa auf, die mit dem Hohlraum des Schließorgans verbunden sind und, in der in F i g. 2 dargestellten Stellung, zu einem ringförmigen Sammler 26ae ausgerichtet sind, der im Zylinder 26a gebildet ist und über einen Anschluß 26a/" mit der Leitung 19 in Verbindung steht.

Wenn sich der Schieber 266 in der in F i g. 2 dargestellten Stellung befindet, steht die Leitung 18 mit der Leitung 19 über die Bauteile 26aaa, 26aa, 26ae und 26afin Verbindung, so daß das Durchsatzregelventil 11 iy über die Zweigleitung 18,19 kurzgeschlossen ist und die Kraftstoffpumpe 8 mit der Einspritzdüse R\ unmittelbar in Verbindung steht. Wenn der in der Zweigleitung 18, 19 herrschende Druck einen vorgegebenen Wert überschreitet, verschiebt sich der Schieber und nimmt die in den F i g. 3 und 4 dargestellten Stellungen ein. Die Schlitze 26baa sind dann zu dem Sammler 26ae nicht mehr ausgerichtet, so daß diese unmittelbare Verbindung unterbrochen ist.

Die Kammer 26ad, die sich in der Figur rechts vom Schieber 266 befindet, bildet die Kammer einer Einspritzpumpe, und zwar einer Kolbenpumpe, deren beweglicher Teil von dem mit dem Schieber einstückig ausgebildeten Kolben 2666 gebildet wird. Die Kammer 26ad steht über eine Bohrung 26abc, die im Deckel 26ab gebildet ist, mit der Leitung 22 in Verbindung, die die Förderleitung für die zur Zündung dienende Hilfseinspritzdüse 17 bildet. Sie steht ebenfalls über einen Anschluß 26abdund die Leitung 20, die die Einlaßleitung bildet, mit einer Kraftstoffquelle niedrigen Druckes in Verbindung, beispielsweise mit dem Zuführungskanal 9 der Kraftstoffpumpe 8.

Der Kolben 26bb weist eine Ringnut 26bba und öffnungen 26bbb auf, die die Ringnut mit der Kammer 26ad verbinden. In der in F i g. 2 dargestellten Stellung befindet sich die Ringnut 2666a gegenüber einem Querkanal 2ßag, der in der Wand des Zylinders 26a gebildet ist und über die Leitung 21 mit der Einlaßleitung 20, 24 der Einspritzpumpe in Verbindung steht. Wenn sich der Schieber aus dieser Stellung nach Rechts (in den Figuren) verschiebt, fördert der Kolben 2666 im ersten Abschnitt seiner Förderbewegung den in der Kammer 26arf befindlichen Kraftstoff in die Einlaßleitung 20, 24 der Einspritzpumpe, und zwar durch die öffnungen 26666, die Ringnut 2666a, den Querkanal 26a£-und die Leitung 21, und dies so lange, bis sich die Ringnut 2666a des Kolbens an der Stelle des Querkanals 2Sag vorbeibewegt hat Die Lage des Sammlers 26ae und des Querkanals 26ag relativ zueinander kann von vornherein derart festgelegt werden, daß der Sammler und der Querkanal bei einer Bewegung des Schiebers 266 nach rechts (in den Figuren) gleichzeitig verdeckt werden, wie dies insbesondere in Fig.3 dargestellt ist, so daß die Zweigleitung 18, 19, die das Durchsatzregelventil 11 umgeht, und die Rückführungseinrichtung, die von dem Querkanal 26ag und der Leitung 21 gebildet wird, gleichzeitig verschlossen werden. In der gleichen Weise werden die Zweigleitung 18,19 und die Rückführungseinrichtung 26ag, 21 gleichzeitig wieder geöffnet, wenn der Schieber in die in Fig.2 dargestellte Stellung zurückgekehrt ist

Die Kraftstoffregelanlage arbeitet wie folgt:

Wenn das Triebwerk ohne Nachverbrennung arbeitet, befindet sich die beschriebene Kraftstoffregelanlage in der in F i g. 2 dargestellten Stellung. Die Kraftstoffpumpe 8 ist außer Betrieb. Die Leitungen, Kanäle bzw. Kammern 10, 12, 136a, 18, 26ac, 19, 20, 21, 22 (bis zum Ventil 25), 24, Xadsind gefüllt mit Kraftstoff vom Druck po, der sehr gering oder Null ist und in der Zuführungsleitung 9 der Kraftstoffpumpe 8 herrscht. Der Kraftstoffdruck ist zu beiden Seiten des Schiebers 266 gleich; der Schieber wird somit durch die Feder 26c nach links (in den Figuren) gedrückt und liegt an dem Deckel 26aa an. In der gleichen Weise drückt die Feder 13c des Verteiler-Ventils 13 den Kolben 13a nach links (in den Figuren), so daß die Nachbrenner-Einspritzdüse R\, die mit aus der Druckluftleitung 16 kommender Druckluft gespült wird, von Kraftstoff frei ist. Die Zweigleitung 18,19 ist, ebenso wie die Rückführleitung 26ag, 21 geöffnet.

Wenn der Nachbrenner eingeschaltet werden soll, wird der Steuerknüppel PC in eine Stellung verschoben, in der die Nachbrenner-Kraftstoffpumpe 8 in Betrieb gesetzt wird. Der von der Kraftstoffpumpe 8 geförderte Kraftstoff gelangt durch die Zweigleitung 18, 19 in die Kammer 136a und drückt den Kolben 13a nach rechts, der daraufhin in die in der F i g. 3 dargestellte Stellung verschoben wird, in der die Nachbrenner-Einspritzdüse R\ mit der Kammer 136a in Verbindung steht. Der unter hohem Druck zugeführte Kraftstoff vertreibt dann sehr rasch die in der Leitung CR\ und in der Einspritzdüse R\ enthaltene Luft bzw. die darin enthaltenen Gase, so daß die Einspritzdüse beschleunigt gefüllt wird. Die Drosselstelle 26aaa, die Schlitze 26baa und die Feder 26c sind derart bemessen, daß der Schieber 266 trotz des in den Raum 26ac herrschenden Druckes mit dem Deckel 26aa in Berührung bleibt

Wenn die Einspritzdüse Äi vollständig gefüllt ist (was äußerst rasch geschieht, da das Durchsatzregelventil 11 kurzgeschlossen ist), beginnt Kraftstoff, und nicht mehr Luft oder Gas aus den öffnungen der Einspritzdüse auszutreten. Das eingespritzte Strömungsmittel ändert somit schlagartig seine Natur und Viskosität, so daß der Durchsatz der Einspritzdüse in beträchtlichem Ausmaß ebenfalls schlagartig abnimmt Der Druck des Kraftstoffes in dem Kreis 18, 26ac, 19, R\ steigt dann augenblicklich an, was zur Folge hat, daß sich der Schieber 266 entgegen der Kraft der Feder 26c nach rechts (in der Figur) zu verschieben beginnt

Der Betriebszustand »beschleunigte Vorfüllung« ist beendet, sobald die Schlitze 26baa nicht mehr dem Sammler 26ae gegenüberliegen. Die Regelung des Kraftstoffdurchsatzes der Nachbrenner-Einspritzdüse wird nun vom Durchsatzregelventil 11 übernommen.

Die Bewegung des Schiebers 266 steuert im übrigen das Inbetriebsetzen der Einspritzpumpe für den Zündkraftstoff. Wie bereits weiter oben erwähnt, sollte vermieden werden, daß bei einem Druck gezündet wird, der am Ende der VerfüUung der Nachbrenner-Einspritzdflse herrscht, und entsprechend sollte der Beginn der Kraftstoff-Einspritzung durch die zur Zündung dienende Hilfseinspritzdüse 17 etwas verschoben werden bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Vorfüllung der Nachbrenner-Einspritzdüse vollständig unterbrochen wurde, wenn die Einspritzdüse einmal (während der oben beschriebenen Zeit) vollständig gefüllt ist

Zu diesem Zweck wird während der Verschiebung des Schiebers, deren Länge der Breite der Schlitze 266aa entspricht, der Kraftstoff, der die Kammer 26a</ der Einspritzpumpe fallt, durch die öffnungen 26666,

die Nut 26bba, den Querkanal 26ag'und die Leitung 21 in die Einlaßleitung der Kraftstoffpumpe 8, in der der Druck po herrscht, gefördert.

Während sich der Schieber nach rechts bewegt, wird die Verbindung zwischen der Ringnut 26bba und dem Querkanal 26ag unterbrochen, und zwar in dem Augenblick (Fig.3), in dem die Schlitze 26/jaa nicht mehr dem Sammler 26ae gegenüberliegen, d. h. in dem Augenblick, in dem die Strömung der Vorfüllung, die das Durchsatzregelventil 11 kurzschließt, unterbrochen wird. Der Druck in der Kammer 26ad steigt nun seinerseits an, das Ventil 25 öffnet sich, und die Hilfseinspritzdüse 17 stößt einen zur Zündung dienenden Kraftstoffstrahl in die Hauptbrennkammer aus. Gleichzeitig beginnt die Nachbrenner-Einspritzdüse R\ eine bestimmte Kraftstoffmenge unter normalem Druck abzugeben, die dem Leerlaufdurchsatz, wie er durch das Durchsatzregelventil 11 festgelegt wird, entspricht

Der Kolben 26bb der Einspritzpumpe verschiebt sich weiter, wobei die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um eine die Schaufeln der Turbine 4 durchschlagende Stichflamme zu erzeugen, durch die Leitung 22 der Hilfseinspritzdüse 17 zuführt Die Zündung der Nachverbrennung erfolgt somit augenblicklich unter den besten Bedingungen.

Wenn sich der Kolben 26bb an den vorstehenden Abschnitt 26aba des Deckels 26ab anlegt, ist die zur Zündung bestimmte Kraftstoffmenge vollständig eingespritzt. Der Programmregler befindet sich dann in der in Fig.4 dargestellten Lage, die dem Betriebszustand »eingeschalteter Nachbrenner« entspricht Der Kraftstoff, der in den rechts vom Kolben 26bb befindlichen Hohlräumen verbleibt, fällt nun auf den Druck po zurück, der durch die Ansaugleitung 20,24 übertragen wird.

Wenn der Steuerknüppel PC in die Stellung »ausgeschalteter Nachbrenner« zurückbewegt wird, wird die Nachbrenner-Kraftstoffpumpe 8 außer Betrieb gesetzt Der Druck in der Leitung 10 fällt nun auf den Wert po ab, was einerseits bewirkt, daß sich der Schieber 266 unter der Wirkung der Feder 26c gegen den Deckel 26aa anlegt, und was andererseits zur Folge hat, daß sich der Kolben 13a des Verteiler-Ventils 13 unter der Wirkung der Feder nach links zurückbewegt und die Nachbrenner-Einspritzdüsen wieder mit aus der Leitung 16 kommender Druckluft gespült werden. Die Kammer 26ad wird über die Leitungen 24, 20, 21 mit Kraftstoff vom Druck po gefüllt, so daß die Einspritzpumpe für den Zündkraftstoff von neuem betriebsbereit ist

In F i g. 5 ist ein Programmregler 126 dargestellt, der sich von dem oben beschriebenen Programmregler 26 nur in einigen konstruktiven Details unterscheidet Der Programmregler 126 weist, wie der vorher beschriebene, einen Zylinder 126a auf, in dem ein Schieber 1266 gleitbar gelagert ist Der Schieber 1266 ist dem Kraftstoffdruck in der Zweigleitung 18 und der entgegengesetzt wirkenden Rückholkraft der Feder 126c ausgesetzt Der Schieber trennt zwei Kammern 126acund 126k/ voneinander, von denen die erste mit der Zweigleitung 18 verbunden ist und von denen die zweite die Kammer einer Einspritzpumpe bildet, die eine Einlaßleitung 20 und eine Druckleitung 22 zum Fördern des Zündkraftstoffes aufweist Die Kammer i2Sad\st durch einen ebenen Deckel 126a6 verschlossen und weist somit im Gegensatz zum Deckel 26a6 keinen vorstehenden Abschnitt auf.

Schlitze 1266aa, ein Sammler 126ae; ein Anschluß t26af, ein Querkanal I26ag, entsprechend den Bauteilen 26baa, 26ae, 26a/; 26ag, sind ebenfalls vorgesehen. Der Schieber weist keine Ringnut entsprechend der Ringnut 26bba auf, und die Feder 126c befindet sich außerhalb der Einspritzpumpe.

s Die in den F i g. 6 bis 8 dargestellten Programmregler betreffen den Fall, in dem die Rückholkraft nicht von einer Feder (beispielsweise der Feder 26c in Fig. 1), sondern von einem Bezugsdruck ausgeübt wird, der von dem Durchsatz des Kraftstoffs, der von der Nachbren-ο ner-Kraftstoffpumpe gefördert wird, abhängt.

Es wird zunächst auf Fig.6 Bezug genommen, die eine erste Ausführungsform eines solchen Programmreglers darstellt.
Man erkennt in dieser Figur die wesentlichen Bauteile, die bereits in Verbindung mit Fig.5 beschrieben wurden und die mit den gleichen Bezugsziffern, denen jedoch eine Vier vorangeht, bezeichnet sind. In diesem Fall bildet jedoch der Schieber 426d mit einem Kolben 426dl ein einstückiges Bauteil, das einen Stufenkolben darstellt. Der Kolben 426dl gleitet in dem Zylinder 426a und trennt die Kammer 426e von einer Kammer 426/ Anschläge 426dc verhindern, daß der Kolben 426db am Boden des Zylinders 426a anschlägt, und geben dem Druck, der in der Kammer 426e (d. h.

fast der Druck, der in den Einspritzdüsen R\, Rz, R3 herrscht) herrscht, die Möglichkeit, daß er auf die gesamte Oberfläche des Kolbens einwirkt Die Kammer 426/ ist über die Leitung 58 dem Druck, der auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe 8 herrscht, ausgesetzt.

Die Regelfeder 126c, die in Verbindung mit Fig.5 beschrieben wurde, ist durch eine leichte Feder 426/ ersetzt, die allein dazu dient, bei fehlendem Druck in der Kammer 426e den Schieber nach links zu verschieben, um somit den Programmregler wieder betriebsbereit zu machen.

Bei der in Fig.6 dargestellten Kraftstoffpumpe 8 handelt es sich um eine Flüssigkeitsringpumpe (Pumpe mit »Dampfkern«). Bei dieser Pumpe bildet die Flüssigkeit, die durch ein Ventil 8b eingespritzt wurde, einen Ring, der einen Kern 8a aus verdampfter Flüssigkeit umgibt Es versteht sich jedoch von selbst, daß man statt dessen auch eine herkömmliche Zentrifugalpumpe oder eine Verdrängerpumpe verwenden könnte.
Im folgenden werden nachstehende Bezeichnungen

verwendet:

P ist der Druck, der in der Kammer 426e herrscht

und auf eine Fläche 5des Schiebers einwirkt,
Prcf ist der Bezugsdruck, der in der Kammer 426/ herrscht und auf eine Fläche (S — 5^ des Schiebers einwirkt (im Fall der F i g. 6 ist dieser Bezugsdruck gleich dem Förderdruck der Kraftstoffpumpe),
Pd ist der Ansaugdruck der Kraftstoffpumpe 8, der in der Kammer 426/herrscht und auf die Fläche 5 des Schiebers einwirkt

Wenn das Triebwerk ohne Nachverbrennung arbeitet, sind alle Drücke gleich dem Ansaugdruck, und der Schieber befindet sich in der in Fig.6 dargestellten Lage.

Wenn der Nachbrenner eingeschaltet wird, öffnet sich das Ventil Sb der Flüssigkeitsringpumpe, und der Kraftstoff wird einerseits durch das Durchsatzregelven tu 11 (normaler Kreis) und andererseits in Parallelschal tung zum Innern des Programmreglers durch die Drosselstelle 26& die Schlitze 426Λ, die Leitung 19, das Spülungs-Verteiler-Ventil 13 und die Einspritzdüse Ri

(Vorfüllungskreis) gefördert

Solange die Einspritzdüse nicht gefüllt ist, hat die Kraftstofförderung die Klappen des Verteiler-Ventils nicht zu überwinden. Aus der Tatsache, daß ihr Haltedruck verhältnismäßig klein ist (ein wenig über dem Ansaugdruck), folgt, daß der Druck, der in der Kammer 426e herrscht, während des Füllvorganges im wesentlichen gleich dem Haltedruck Pd des Verteiler-Ventils ist

Während dieses Füllvorgangs muß der Schieber in der in der F i g. 6 gezeigten Lage bleiben. Es muß somit gelten:

(S-S)+ P_dS> PS.

Der Programmregler wird daher derart bemessen, daß er dieser Bedingung genügt

Am Ende des Füllvorganges, wenn die Einspritzdüse gefüllt ist, trifft der Kraftstoff auf die verhältnismäßig kleinen Düsenöffnungen / auf, und der Durchsatz verringert sich schlagartig. Daraus folgt, daß im gesamten Kreis der Förderdruck augenblicklich um ΔΡ ansteigt so daß aus P_nIder Druck (Ρ_Κ[ ΔΡ) und aus P der Druck (P + ΑΡ)νι\τά.

Die sich entgegenwirkenden, auf den Schieber ausgeübten Kräfte sind somit:

(P_re/ + .IP)-(S-s) und (P+ IP)S.

(2)

Wenn man die Drosselstelle 26g derart auslegt, daß der Durchsatz der Füllung und somit P genügend groß werden, wird aus der Ungleichung (1):

(P_ref + .IP)-(S-S)+ P_--S-C(P + AP)-S. (3)

Sie kann sich umkehren, da der Druck 4P des ersten Gliedes auf eine kleinere Fläche als derjenige 4P des zweiten Gliedes einwirkt

Der Schieber wird sich verschieben, wobei er den Inhalt der Kammer 426/ durch die zur Zündung dienende Hilfseinspritzdüse 17 in die Hauptbrennkammer 3 einspritzt

Die F i g. 7 stellt eine weitere Ausführungsform dar, deren Funktionsprinzip dem vorhergehenden Fall entspricht Die Bauteile, die den bereits beschriebenen Bauteilen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern, denen lediglich die Ziffer 5 vorangeht bezeichnet Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform im wesentlichen darin, daß das einstückig ausgebildete Bauteil 4264 426dl durch ein Gebilde ersetzt wird, das aus zwei Kolben 5264 526Jc besteht Die beiden Kolben sind untereinander durch ein Gestänge, beispielsweise eine Koppelstange 526/ veränderlicher Länge, mit zwei Gelenken 526/a, 526Zb verbunden. Die Kolben gleiten in den Zylindern 526a bzw. 526b. Auf diese Weise sind drei Kammern 526e, 526/und 526/gebildet In der Kammer 526e herrscht der Kraftstoffdruck der Einspritzdüsen, in der Kammer 526/ der Bezugsdruck, und die Kammer 526/bildet die Arbeitskammer der Einspritzpumpe.

Die Lagerung mittels des Doppelgelenks dient dazu, daß die beiden Kolben trotz einer Achsversetzung der Zylinder 526a und 5266 leicht und abgedichtet gleiten. Ein Führungsfinger 526m, der in den Boden des Zylinders 526a eingeschraubt ist und mit einer Nut 526dd am Ende des Kolbens 526t/ zusammenwirkt.

verhindert im übrigen, daß sich der Kolben bei seiner Bewegung verdrehen kann.

Die Verbindung zwischen der Kammer 526e und der Leitung 19 erfolgt über Schlitze 526da und über eine exzentrische Nut 526aa mit rechteckigem Querschnitt die im Innereren des Zylinders 526a gebildet ist (F i g. 9).

Die Leitungen 20 und 21 sind durch eine Leitung 59

miteinander verbunden, in der eine Drosselstelle 60 vorgesehen ist Diese Anordnung gibt die Möglichkeit,

ίο eine gedrosselte Verbindung zwischen der Kammer 526/und der Saugseite der Kraftstoffpumpe 8 am Ende der Zündeinspritzung herzustellen, und zwar derart, daß im Fall einer Leckage zwischen dem Kolben 526t/ und dem Zylinder 526a der Hochdruck, der in der Kammer 526e herrscht sich nicht in der Kammer 526/aufbauen kann, was zur Folge haben kann, daß Kraftstoff durch die Leitung 22 in die Hilfseinspritzdüse 17 gelangt

Die F i g. 8 stellt eine andere Ausführungsform eines Programmreglers 826 dar, bei der der Schieber ein einstückig und stufenförmig ausgebildetes Bauteil ist das an seiner Außenseite den Kolben 826n und in Nähe seiner Achse den Zylinder 826p bildet Der Kolben 826n arbeitet mit einem Zylinder 826g zusammen, der Teil eines ortsfesten Gehäuses ist Das Gehäuse weist ebenfalls einen ortsfesten hohlen Kolben 826r auf, der mit dem beweglichen Zylinder 826p zusammenwirkt wodurch drei Kammern 826e 826/ und 826/ gebildet werden. Wie vorher ist die Kammer 826e dem in den Einspritzdüsen R_u R₂, R3 herrschenden Druck P und die Kammer 826/dem Bezugsdruck Ρ_η! ausgesetzt und die Kammer 826/ bildet die Arbeitskammer der Einspritzpumpe für den Zündkraftstoff.

Der Schieber weist ein Bauteil 826pc/ mit einer Nut auf, die mit dem Führungsfinger 826m zusammenwirkt, um wie vorhin eine Drehung des Schiebers zu verhindern. Der Zylinder 826g ist durch zwei Deckel 8265 und 8261 verschlossen. An dem Deckel 826rist eine flexible Stange 826u befestigt die an ihrem Ende den hohlen Kolben 826r trägt Der Bezugsdruck der Leitung 65 gelangt durch einen Kanal 826fa im Deckel 826t, den Ringraum zwischen der Stange 826u und dem Inneren des hohlen Kolbens 826rund Kanäle 826ua und 826ui> in der Stange 826u bis in die Kammer 826i Diese Anordnung hat den Zweck, eine leichte Gleitbewegung des Zylinders 826p in dem hohlen Kolben 826;- zu ermöglichen und etwaige Achsversetzungen auszugleichen, ohne daß die gute Abdichtung verlorengeht; dies wird erreicht durch die Flexibilität der Stange 826u und das Vorhandensein einer Dichtung 826 v, die Achsver-

Schiebungen auffängt

Das Auffüllen der Kammer 826/ erfolgt durch die Leitung 20, wie die rechte Seite der Fi g. 8 zeigt deren Einlaß in die Kammer 826/bezügIich der Stelle, an der die Druckleitung 22 mündet, winkelverschoben ist

Im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen hängt der Bezugsdruck nicht allein von dem Förderdruck der Nachbrenner-Kraftstoffpumpe 8 ab, sondern auch von dem Förderdruck der Hauptbrennerkammer-Kraftstoffpumpe 51. Zu diesem Zweck wird der Bezugsdruck über die Leitung 65 aus einem Raum 66 entnommen, der über eine erste Drosselstelle 67 mit der Druckseite der Kraftstoffpumpe 8 und über eine zweite Drosselstelle 68 mit der Druckseite der Kraftstoffpumpe 51 in Verbindung steht Der Bezugs-

6$ druck weist somit einen Wert auf, der zwischen diesen beiden Drücken liegt

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Kraftstoffregelanlage far den Nachbrenner einer Gasturbinenanlage, mit einer Nachbrenner-Kraftstoffpumpe, mindeistens einer Kraftstoff-Einspritzdüse, die in der stromab der Turbine angeordneten Nachbrennkammer angeordnet und durch eine Zuführungsleitung mit der Kraftstoffpumpe verbunden ist, einem Durchsatzregelventil, das in der Zuführungsleitung angeordnet ist, einer Zweigleitung, die zur Zuführungsleitung parallel geschaltet ist und das Durchsatzregelventil umgeht, einer Vorrichtung zum Sperren der Zweigleitung und einer zum Zünden des in die Nachbrennkammer eingespritzten Kraftstoffes dienenden Zündvorrichtung mit mindestens einer Hilfseinspritzdüse, die in einer stromauf der Turbine angeordneten Brennkammer mündet und an einer Hilfsdüsen-Zufuhrleitung angeschlossen ist. dadurch gekenn- zeichnet, daß ein in einem Zylinder (26a) gleitbarer Schieber (266)i einerseits das Schließorgan (266a) der Vorrichtung zum Sperren der Zweigleitung (18,19) und and andererseits den Kolben (2666) einer die Hilfsdüsen-Zufuhrleitung (22) beaufschlagenden Kolbenpumpe bildet, wobei der Schieber (266) entgegen einer Rückholkraft mit dem in der Kraftstoff-Einspritzdüse (R^) herrschenden Druck beaufschlagt ist, so daß bei Überschreiten eines durch die Rückholkraft festgelegten Wertes des Kraftstoffdruckes der Schieber (266) verschoben wird, um einerseits die Zweigleitung (18, 19) zu sperren und andererseits: die Hilfseinspritzdüsen (17) mit einem Kraftstoffstrahl zu beaufschlagen.

2. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe über eine Einlaßleitung (20,24), die von der Ansaugleitung (9) der Kraftstoffpumpe (8) abgezweigt ist, mit Kraftstoff beaufschlagbar ist.

3. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe eine Rückführeinrichtung (26ag) aufweist, durch die der von der Kolbenpumpe geförderte Kraftstoff während eines Abschnitts der Förderbewegung des Kolbens (26bb) in die Einlaßleitung (20, 24) zurückgeführt wird, und zwar während desjenigen Abschnitts der Förderbewegung, die erforderlich ist, um die Zweigleitung (18,19) vollständig zu sperren.

4. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung einen in der Seitenwand des Zylinders in (26ad) der Kolbenpumpe gebildeten Querkanal (26ag) aufweist, der während des besagten Abschnitts der Förderbewegung des Kolbens mit der Einlaßleitung (20,24) so lange in Verbindung steht, bis der Kolben (Xbb) bei seiner Bewegung relativ zum Zylinder die Stelle des Querkanals (26a&)überschritten hat.

5. Kraftstoffregelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurcii gekennzeichnet, daß die Rückholkraft, der der Schieber ausgesetzt ist, die Kraft einer Feder (26cjist

6. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (\26c) außerhalb der Kolbenpumpe angeordnet ist (F i g. 5).

7. Kraftstoffregelanlage nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholkraft, der der Schieber (426b) ausgesetzt ist, wenigstens teilweise von einem Bezugsdruck gebildet wird, der von dem Durchsatz des von der Kraftstoffpumpe (8) geförderten Kraftstoffs abhängt

8. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsdruck der Druck ist, der auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe (8) herrscht

9. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 7 mit einer Kraftstoffpumpe, die eine stromauf der Turbine (4) angeordnete Hauptbrennkammer (3) mit Kraftstoff versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsdruck einen Raum (66) entnommen wird, der über eine erste Drosselstelle (67) mit der Druckseite der Nachbrenner-Kraftstoffpumpe (8) und über eine zweite Drosselstelle (68) mit der Hauptbrennkammer-Kraftstoffpumpe (51) in Verbindung steht

10. Kraftstoffregelanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Schiebers (4266Ji der dem in der Nachbrenner-Einspritzdüse (Ki) herrschenden Druck ausgesetzt ist, größer ist als der Querschnitt, der dem Bezugsdruck ausgesetzt ist

11. Kraftstoffregelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in Verbindung mit einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (4266) eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit Kolben und/oder Zylindern bildet, die fest miteinander verbunden sind und bezüglich eines Gehäuses (426aj derart gleitbar gelagert sind, daß sie zwischen sich drei Kammern bildet, deren Volumen je nach der Lage der Kolben-Zylinder-Anordnung veränderlich ist, und zwar eine erste Kammer (426ejt die dem in der Nachbrenner-Einspritzdüse (Ki) herrschenden Druck ausgesetzt ist, eine zweite Kammer (426/Jt die dem Bezugsdruck ausgesetzt ist, und eine dritte Kammer (426$ die die Arbeitskammer der Kolbenpumpe bildet (F i g. 6).

12. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung ein einstückig ausgebildetes Bauteil (426c/, 426dl) aufweist, das einen Stufenkolben bildet (F ig. 6).

13. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung ein einstückig und abgestuft ausgebildetes Bauteil aufweist, das an seiner Außenseite den Kolben (826η,) und im Bereich seiner Achse den Zylinder (826p,>bildet (F i g. 8).

14. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung zwei Kolben (526t/, 526k) oder zwei Zylinder oder einen Kolben und einen Zylinder unterschiedlichen Querschnitts aufweist, die untereinander durch ein Gestänge (5261) verbunden sind (Fig. 7).

15. Kraftstoffregelanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge eine Koppelstange (5261) aufweist, die mittels eines Gelenks (5261a) in dem einen Kolben und mittels eines Gelenks (526Ib) in dem anderen Kolben gelagert ist.