DE1958813C3 - Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Die in F i g. 1 schematisch dargestellte erfindungsbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen gemäße Regelvorrichtung ist bestimmt für eine Gas-Brennstoffabflußventil und Einspritzdüsen (50. 45 turbine mit einem Gaserzeugerteil 2 auf einer ersten 51) elektromagnetisch schaltbare Zwei-Weg-Ven- Welle 1 und einer Nutzlastturbine 4 auf einer zweiten tile (52,53) angeordnet sind. Welle 3. Im einzelnen trägt die erste Welle 1 den Rotor 5 eines Zentrifugalkompressors (Gaserzeugerteil)

und den Rotor 6 einer den Kompressor antreibenden

50 Hochdruckturbine. Die zweite Welle 3 trägt den Ro-

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelvorrich- tor 7 einer Niederdruckturbine. Die erste Welle 1 ist

rung für Gasturbinentriebwerke mit vom Gaserzeu- zu einem Getriebe 8 geführt, über welches ein Ge-

gerteil getrennter Nutzlastturbine und einer Brenn- blase9 und drei Pumpen der erfindungsgemäßen

stoffpumpe, in deren zu den Einspritzdüsen führen- Vorrichtung angetrieben werden.
den Druckleitung ein Brennstoff-Abflußventil mit 55 ~ _c . . ... ,. · , _t

einer von der Drehzahl der Nutzlastturbine beein- Der Schrmerrmttelkreislauf

flußten hydraulischen Stelleinrichtung angeordnet ist. Durch den Schmiermittelkreislauf werden die Lager

Eine bekannte derartige Brennstoffregelvorrich- der Turbinenwellen, beispielsweise Lager 10, 11, 12

rung arbeitet pneumatisch, und zwar mit Membran- und 13, über eine Schmiermittelhauptleitung 14 ver-

kolben (deutsche Patentschrift 1268 436). Sie eignet 60 sorgt. Hinter den Lagern 10 bis 13 wird das

sich nicht zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, da Schmieröl in einem Vorratsbehälter 16 wieder ge-

wegen der Kompressibilität des die Steuerimpulse sammelt. Durch einen Einlaß 17 wird das öl aus

übertragenden Gases und wegen der verhältnismäßig dem Vorratsbehälter 16 durch drei Pumpen 18, 19

groben Umsetzung der gemessenen Drehzahl der und 20 angesaugt. Die Pumpen 18 und 19 werden

Nutzlastturbine in Druck-Steuerimpulse eine schnelle 65 über das Getriebe 8 mechanisch angetrieben, wäh-

und feinfühlige Reaktion auf Änderungen der Be- rend die Pumpe 20 ihren Antrieb von einem unabhän-

triebsbedingungen nicht möglich ist. gigen Elektromotor 21 erhält. Die letztere ist dazu

Aus demselben Grund scheiden auch sonstige, bestimmt, für eine ausreichende Schmierung der Tür-

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bine auch während des Anlaufs zu sorgen, bevor die seitig mit dem Einlaß 45 der Brennstoffpumpe

andere Schmiermittelpumpe 19 voll wirksam gewor- 46 verbunden ist,

den ist. 2, ein Zwischenventil 49, welches den Brennstoff

Die Schmiermittelpumpe 19 lieiert Öl über ein zu parallelliegenden Düsen 50 und 51 der

Rückschlagventil 22 und ein Filter 24 an eine 5 Brennkammern des Triebwerks leitet, und zwar

Schmiermitttefleitung 23. Auch die unabhängige jeweils über ein elektromagnetisches Zwei-

Schmiermittelpumpe 20 fördert öl über ein Rück- Wege-Ventil 52 bzw. 53, welches überschüssi-

schlagventT. 25 zum Filter 24. gen Brennstoff durch eine gemeinsame Riick-

An der Druckleitung der Schmiermittelpumpe 19 fahrleitung 54 zum Tank 44 zurückführt. Daist vor dem Rückschlagventil 22 ein Druckschalter io durch wird verhindert, daß sich Lufteinschlüsse 26 angeordnet, welcher automatisch den Elektromo- in den Brennstoffzuleitungen bilden, die sich tor 21 der Schmiermittelpumpe 20 abstellt, wenn der während des Anlaufs der Turbine ungünstig Förderdruck der Schmiermittelpumpe 19 auf einen auswirken könnten,
bestimmten We. ι angestiegen ist. 3. ein Abflußventil 55, welches in Abhängigkeit

Hinter dem Filter 24 ist ein Druckbegrenzungsvon- 15 vom Regelventil 42 eine den Betriebsbedingun-

til 27 vorgesehen, welches als Bypass zur Schmier- gen des Triebwerks angepaßte Menge Brenn-

mittelleirung 23 arbeitet. Das Druckbegrenzungsven- stoff durch eine Rückführleitung 56 zum Einlaß

til 27 spricht an, wenn der Druck in der Schmiernut- 45 der Brennstoffpumpe 46 zurückführt und

telleitung 23 einen vorbestimmten Wert übersteigt. dadurch den Düsen 50, 51 entzieht.

Überschüssiges öl wird dann durch eine Rückfuhr- ao Das Zwischenventil 49 kann von Hand oder auto-

leitung 28 zum Vorratsbehälter 16 zurückgeleitct. matisch gesteuert sein. Es dient zur sofortigen Unter-

Die Schmiermittelleitung 23 führt durch einen brechung der Brennstoffzufuhr und zum Anhalten Kühler 29, wo das öl mittels des Gebläses 9 durch der Turbine für den Fall, daß die Ventile 52 und 53 Luft gekühlt wird. Das gekühlte öl gelangt dann nicht ordnungsgemäß arbeiten,
durch einen Filter 15 in die Schmiermittelhauptlei- »5 Schließlich ist an der Druckleitung 38 ein Sichertung 14. An der letzteren sind auch parallel zu den heitsventil 57 angeordnet, um eine überhöhte Dreh-Lagern 10 bis 13 mit Schaltern versehene Anzeige- zahl der Nutzlastturbine zu verhindern. Es spricht vorrichtungen 30 und 31 angeordnet, die ansprechen, an, wenn deren Drehzahl einen bestimmten Wert wenn der Schmiermitteldruck gefährlich abgesunken übersteigt. Ebenfalls der Sicherheit dient ein tempcist. 30 raturfühler 59 bekannter Art am Auslaß 58 der

Während des Anlaufs der Turbine wird die Nutzlastturbine.

Schmiermittelhauptleitung 14 durch die elektrisch Diese beiden Ventile sind, wie in F i g. 2 und 3 gebetriebene Schmiermittelpumpe 20 mit öl versorgt, zeigt, in demselben Gehäuse 58 untergebracht. Letawelche selbsttätig abgeschaltet wird, wenn die mecha- teres trägt oben einen Deckel 59, in den ein zylindiinisch angetriebene Schmiermittelpumpe 19 einen 35 sches Mittelteil 60 eines Steuerknopfes 61 zum Eiinausreichend hohen Öldruck erreicht hat. Die stellen einer bestimmten Drehzahl einschraubbar ist. Schmiermittelpumpe 20 sichert auch dann die Funk- Indem der Steuerknopf 61 mehr oder minder weit tionsfähigkeit des Schmiermittelkreislaufs, wenn die eingeschraubt wird, wird eine Feder 62 im entspre-Pumpe 19 aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte chenden Maß vorgespannt, die über eine Kugel (S3 (worauf im übrigen die Turbine zum Stehen gebracht 40 und eine sie aufnehmenden Sitz 64 auf einen axial wird). Schließlich fördert die Pumpe 20 beim Aus- verschiebbaren zylindrischen Ventilkörper 65 wirkt, laufen der Turbine auch dann noch öl an die Lager Dieser ist mit vier Längsschlitzen 66 versehen, die 12 und 13 der Niederdruckstufe 4, wenn die kurzer entsprechend der axialen Stellung des Ventilkörpers auslaufende erste Welle 1, von weichet der Antrieb 65 eine mehr oder minder weit geöffnete Durchflußder Schmiermittelpumpe 19 abgeleitet wird, bereits 45 öffnung durch einen ortsfesten Sitz 67 bilden. Der steht. Verstellweg des Ventilkörpers 65 ist nur sehr klein.

Die Leitung 32 teilt sich in zwei mit je einer Dros- Zwei seitliche Anschlüsse verbinden die Druckleitun-

sel 36 bzw. 37 versehene Druckleitungen 34 und 35 gen 34 und 38 mit den zylindrischen Hohlräumen 44

auf. Die Druckleitung 35 verzweigt sich ncch einmal bzw. 68 des Gehäuses 58.

in zwei Druckleitungen 38 und 39. In der letzteren 50 Im unteren Teil des Zylinders 44 ist ein Kolben 69

ist eine Schleuderpumpe 40 angeordnet, die auf der geführt, der durch eine Feder 70 entgegen dem ge-

Nutzlastturbinenwelle 3 sitzt. Diese Schleuderpumpe steuerten Druck im Zylinder 44 vorbelastet ist. Die

erzeugt in den Druckleitungen 38 und 39 einen Feder 70 stützt sich auf einer festen Zwischenwand

Druck, welcher etwa proportional zum Quadrat der 71 ab. Der unter dem Kolben 69 befindliche Zylin-

Drehzahl der Turbine ist. Die Schleuderpumpe 40 ist 55 derraum 72 steht über Bohrungen 73 und 74 sowohl

über eine Rückleitung 41 an den Vorratsbehälter 16 mit einer Abflußkammer 132, in die das durch die

der Hydraulikpumpe 18 angeschlossen. Längsschlitze 66 dringende öl gelangt, und gleichzei-

Die Druckleitung 38 steht mit dem Stellkolben tig über die Bohrung 74 auch mit der Rückleitung 43

eines Steuerventils <'·2 in Verbindung. Gemäß Fig. 2 in Verbindung. Der Kolben69 wirkt über eine KoI-

und 3 weist dieses ein an die Druckleitung 34 hinter 60 benstange 76 und eine Kugel 75 auf einen axial ver-

der Blende 36 angeschlossenes Ventilglied 67 auf, schiebbaren Federteller 78 mit fest verbundener KoI-

daß den Auslaß eines Zylinders 44 über eine Rück benstange 77. Diese gleitet in der Bohrung der Nabe

leitung 43 zum Vorratsbehälter 16 hin steuert. 79 eines weiteren Federtellers 80. Zwischen den

Der Brennstoff wird von einer Brennstoffpumpe Federtellern 78 und 80 sind konzentrisch zwei

46 durch einen Einlaß 45 aus einem Tank angesaugt 65 Druckfedern 81 und 82 unterschiedlicher Steifigkeit und durch ein Filter 47 gefördert. Hinter dem Filter angeordnet. Beide Federn sind über eine mittige

47 schließen sich in paralleler Anordnung an: Tragbuchse 83 hintereinander geschaltet.

1. ein Druckbegrenzungsventil 48, welches auslaß- Der Federteller 80 wirkt über eine Kugel 84 auf

einen axial verschiebbaren Ventilkörper 85. Dieser knopfs 61 die Feder 62 zunehmend zusammenzuweist einen zylindrischen Teil 86, mit kleinen Boh- drücken. Das hat zur Foge, daß der Abfluß von rangen 87 auf, so daß je nach seiner Stellung mit Be- durch die Blende 36 zuströmendem öl aus dem zu auf einen ortsfesten Sitz 88 die Durchlaßöffnung Hohlraum 44 beschränkt wird. Der verminderte Abunterschiedlich groß ist. 5 f luß durch die Längsschlitze 66 des Ventilkörpers 65

Oberhalb vom Sitz 88 befindet sich eine Ventil- führt zu einer Druckerhöhung im Hohlraum 44, die

kammer 89, die mit der Rückleitung 56 in Verbin- sich durch ein Niederdrücken des Kolbens 69 in

dung steht. Unterhalb des Sitzes 88 mündet im Ge- Richtung der Pfeile 91 äußert. Hierdurch wiederum

häuse 58 eine Leitung 90, die von der Druckleitung werden nacheinander die Federn 70 und 81, dann 70

der Brennstoffpumpe 46 vor dem Zwischenventil 49 io und 82 zusammengedrückt. Der Federdruck auf den

abzweigt. Ventilkörper 85 ist dem Öldruck in der Leitung 90

Beim Starten der Turbine beginnt die Brennstoff- (Pfeil 92) entgegengerichtet. Bei stärkerem Federzufuhr zu den Düsen 50 und 51 durch die Brenn- druck wird also der Brennstoffabfluß aus der Hauptstoffpumpe 46. Zur Bemessung der Brennstoffzufuhr zuführleitung durch die Leitung 90, die Bohrungen braucht nur der Druck in der Brennstoffzuleitung ge- 15 87 und die Rückleitung 56 eingeschränkt. Das Erändert werden; dies geschieht durch die Ventile 42 gebnis ist eine Druckerhöhung an den Düsen 50 und und 55. Dieses Doppelventil wird so eingestellt, daß 51 und dementsprechend eine Beschleunigung der beim Start der Druck des Brennstoffs ungefähr 7 Bar Turbinenwellen 1 und 3. Während der Beschleunibeträgt. Das ist der unterste Grenzwert, um einen gung stehen gegeneinander die Kraft der Feder 62 korrekten Brennvorgang in der Brennkammer sicher- 20 und sowohl der Öldruck auf das unterste Ende des zustellen. Ventilkörpers 65 als auch der Öldruck im Hohlraum

Die oben beschriebene Anordnung sorgt für die 68 auf die Kolbenfläche 93 (F i g. 3). Sobald die

Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl der zweite Welle 3 die vorbestimmte Drehzahl erreicht,

zweiten Welle 3 der Turbine in ganz bestimmten tritt eine Stabilisierung der Ventilteile ein.

Grenzen, wie auch immer die Belastung sich ändern 25 Beginnt dann die Belastung stärker zu werden, so

mag. Die Drehzahl kann dabei auf jeden gewünsch- fällt zunächst die Drehzahl der zweiten Welle 3 ge-

ten Wert eingestellt werden. ringfügig ab, welche Veränderung der normalen Ar-

Das Fühlglied der Regeleinrichtung ist die auf die beitsbedingungen zu einer Druckverringerung in der

Drehzahl der Turbinenwelle ansprechende Steuerleitung 38 führt. Dadurch wiederum wird der

Schleuderpumpe 40, die in der Steuerleitung 38 einen 3° Ventilkörper 65 verstellt, und auch der Druck im

dem Quadrat der Drehzahl der Turbine 3, 7 verhälti- Hohlraum 44 paßt sich entsprechend an, so daß die

gen Öldruck erzeugt. Die Steigerung der Drehzahl der Brennstoffzufuhr zu den Düsen 50 und 51 verstärkt

Hochdruckturbine 1, 6 und folglich auch der Nieder- wird.

druckturbine 3, 7 wird über das Steuerventil 42 be- Bei Lastverringerung wirkt das Steuerventil 42 in

wirkt. Dazu genügt es, durch Drehung des Steuer- 35 entgegengesetzter Richtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 zum Teil für andere Regelauigaben bestimmte, bePatentansprüche: kannte Brennstoffregelvorrichtungen aus, die zu ungenau und vor allem schwerfällig arbeiten würden,

1. Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinen- weil sie auf ein Durchfluß-Steuerventil in der Brenntriebwerke mit vom Gaserzeugerteil getrennter 5 Stoffleitung wirken (deutsche Patentschrift 1104 764, Nutzlastturbine und einer Brennstoffpumpe, in /Februar 1960, Seite 45), die Einsteilung der Brenn-'deren zu den Einspritzdüsen führenden Drucklei- stoffpuimpe ändern (deutsche Patentschrift 1050125) hing ein Brennstoff-Abflußventil mit einer von BBC-Mitteilungen, Januar/Februar 1960, Seite 45), der Drehzahl der Nutzlastturbine beeinflußten die Einstellung der Brennstoffpumpe ändern (deutsche hydraulischen Stelleiinrichtung angeordnet ist. i_O Patentschrift 1050 125) oder nur ein Abflußventil entdadurchgekenn. zeichnet, daß die Stell- weder ganz öffnen oder ganz schließen (schweizerische einrichtung einen Betätigungskolben (69) auf- Patentschrift 281552).

weist, der in Schließidchtung des Brenns*offab- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu-

üußventils (85 bis 88) gegen eine Feder (70) mit gründe, eine Brennstoffregelvorrichtung der eingangs dem Dnick in einer Leitung (34) beaufschlagt ist, 15 genannten Art zu schaffen, welche auch unter oft der über eine Blende (36) von einer Hydraulik- und schnell wechselnden Fahrverbindungen eine bepumpe konstanter Öldruck zugeführt wird und stimmte Geschwindigkeit der Nutzlastturbine sehr die an ein Abflußsteuerventil (42) angeschlossen genau konstant hält und deshalb für Kraftfahrzeuge ist, das in bekannter Weise vom Förderdruck geeignet ist.

einer von der Nutdastturbine angetriebenen ao Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß da-Schleuderpumpe (40) gegen eine von Hand vor- durch gelöst, daß die Stelleinrichtung einen Betätispannbare Feder (62) steuerbar ist, wobei die gungskolben aufweist, der in Schließrichtung des Druckleitung (39) dieser Schleuderpumpe über Brennstoff-Abflußventils gegen eine Feder mit dem eine Drossel (37) mit der Druckleitung (32) der Druck in einer Leitung beaufschlagt ist, der über eine Hydraulikpumpe in Verbindung steht. as Blende von einer Hydraulikpumpe konstanter öl-

2. Vorrichtung nacto Anspruch 1, dadurch ge- druck zugeführt wird und die an ein Abflußsteuerkennzeichnet, daß das Brennstoff-Abflußvenii! ventil angeschlossen ist, das in bekannter Weise vom (85, 88) mit seiner Sielleinrichtung (44, 69, 68, Förderdruck einer von der Nutzlastturbine angetrie-67, 65) in einem gemeinsamen Ventilgehäuse benen Schleuderpumpe gegen eine von Hand vor-(58) untergebracht sind. 30 spannbare Feder steuerbar ist, wobei die Drucklei-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da rung dieser Schleuderpumpe über eine Drossel mit durch gekennzeichnet, daß in den Beaufschla- der Druckleitung der Hydraulikpumpe in Verbingungsraum (44) des Eletätigungskolbens (69) ein dung steht. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand Ventilsitz (67) mündet, mit dem Längsschlitze eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-(67) am Ventilkörper (65) des Abflußventils (42) 35 spiels im einzelnen erläutert. Es zeigt
zusammenwirken. F i g. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Brennstoffregelvorrichtung,

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Be- F i g. L einen axialen Längsschnitt durch ein zen-

tätigungskolben (69) und Ventilkörper (85) des trales Regelventil der erfindungsgemäßen Vorrich-Brennstoff-Abflußveniils (85, 88) ein Federpaar 40 rung in der Einstellung auf niedrige Drehzahl,
(81, 82) unterschiedlicher Steifigkeit geschaltet Fig.3 dasselbe Regelventil in der Einstellung auf

ist. hohe Drehzahl.