DE2014162C3

DE2014162C3 - Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2014162C3
Application number: DE2014162A
Authority: DE
Inventors: David John Duffield Derbyshire Hawes (Grossbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1969-03-27
Filing date: 1970-03-24
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2014162A1; DE2014162B2; FR2039869A5; GB1296986A; US3621655A

Description

haltenden Leitung der Strahlrohrdriick bzw. ein in einer Sieuerstufe erzeugter Steuerdruck zugeführt wird, der mittels je eine Drossel enthaltender Leitungen der Umgebungsdruck, der Niederdruckkompressor-Enddruck bzw. der Hochdruckkompressor-Enddruck zugeführt wird, und daß der Ausgang d=s Verstärkers mit einem Fluidic-Gatter an zwei monostabile Verstärker und über eine ein Rückschlagventil enthaltende Leitung an die mit Strahlrohrdruck beaufschlagte Steueröffnung des ersten Proportionalverstärkers angeschlossen ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.

Die Brennstoffregelvorrichtung 30 für das nicht dargestellte Gasturbinentriebwerk umfaßt eine Brennstoffpumpe 10, die von einer Luftturbine 11 angetrieben ist und eine Einlaßleitung 12 und eine Auslaßleitung 13 hat. Die Brennstoffregelvorrichtung ist vorzugsweise für den Nachbrenner des Triebwerks bestimmt und die Brennstoffauslaßleitung 13 wird demgemäß mit einer Nachbrennerspeise-Ringleitung über ein Ventil 14 und ein Druckventil 15 verbunden.

Die Luftturbine 11 empfängt Luft über ein Ein-Iaßrohr20, das mit Kompressorluft vom Druck P., gespeist wird. Gemäß dem bevorzugten Ausführungs-Beispiel der Erfindung weist das Gasturbinenstrahltriebwerk in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor, einen Hochdruckkompressor, eine Hauptbrennkammer, eme Hochdruckturbine, eine Niederdruckturbine, einen Nachbrenner und wenigstens eine Schubdüse auf, die in an sich bekannter Weise mit Mitteln zur Änderung der Querschnittsfiäche ausgestattet ist.

Im Rohr 20 liegt ein Ventil 21, das normalerweise geschlossen ist und durch eine Leitung 22 mit einer festen Drossel 23 umgangen wird. Das Ventil 21 weist einen in einem Zylinder 46 gleitbaren Stellkolben 45 auf. Stromunterseitig der Einmündung der Umgehungsleitung 22 in das Hauptrohr 20 ist in dieses ein Absperrbahn 24 eingeschaltet. Dieser Absperrhahn 24 hat einen Stellmotor 26, der durch eine clektrische Schaltung erregt wird, die zwei Schalter S₁ und S., aufweist, die in Reihe zueinander geschaltet sind und an eine Hochspannungsklemme 27 angeschaltet sind. Der Schalter S₁ ist ein Nachbrennerwählschalter, der vom Flugzeugführer betätigbar ist, während der nicht unbedingt notwendige Schalter S₂ durch ein Drehzahlsignal des Triebwerks betätigbar ist.

Wenn der Absperrhahn 24 geöffnet ist, tritt Luft durch die Umgehungsleitung 22 und das Rohr 20 zur Luftturbine 11, so daß die Brennstoffpumpe 10 angetrieben wird. Gleichzeitig strömt Luft in eine Abzweigleitung 82, die mit einem Fluidic 80 in Verbindung steht. Die Leitung 82 weist eine Abzweigleitung 99 auf, an deren Ende eine Stellvorrichtung 98 für das Brennstoffventil 14 angeordnet ist.

Wenn der Brennstoffdruck in der Auslaßleitung 13 genügend angestiegen ist, um das Überdruckventil 15 zu öffnen, gelangt eine geringe Brennstoffmenge in das Strahlrohr, wobei der Brennstoff durch eine kontinuierlich brennende Hilfsflamme gezündet wird, Dadurch steigt der Strahlrohrdruck P₆ an, der der Brennstoff regelvorrichtung 30 und einer Schubdüsensteuervorrichtung 60 zugeführt wird.

Die Brennstoffsteuervorrichtung weist ein Fluidic mit geschlossener Schleife, bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Fluidic-Proportionalverstärkero 31 und 32, auf. Der erste Proportionalverstärker 31 hat zwei Steueröffnungen, von denen die eine über eine ein Rückschlagventil 34 enthaltende Leitung 33 mit dem Strahlrohrdruck P₆ beaufschlagt wird, während die andere Steueröffnung mit einem abgeleiteten Steuerdruck P_x beaufschlagt wird Der Eingang des Proportional Verstärkers 31 wird über eine mit einer Drossel 36 versehene Leitung 35 mit Luft vom Druck P, beaufschlagt.

Das Drucksignal P_x wird in einer mit drei öffnungen versehenen Steuerstufe 40 erzeugt, die über eine mit einem einstellbarem Ventil 41 versehene Leitung 39 mit atmosphärischem Druck P₀ über eine mit mit einer Drossel versehene Leitung 42 vom Niederdruckkompressor geförderter Luft vom Druck P., bzw. über eine mit einer Drossel versebene Leitung 43 mit Luft vom Druck P₃ gespeist wird. Außerdem ist die Stufe 40 mh einer mit der Außenluft in Verbindung stehenden öffnung 47 versehen, in der eine ao sich verjüngende, fest mit dem Stellkolben 45 verbundene Nadel 44 gleitbar ist. Wenn die Nadel 44 sich nach links gemäß der Zeichnung bewegt, dann wird das Drosselventil 21 in Schließrichtung bewegt. Der zweite Proportionalverstärker 32 empfängt Luft vom Druck P₃ über ein Nebenschlußrohr 49, das vom Rohr 35 stromoberseitig der Drossel 36 abzweigt; die Steueröffnungen des Verstärkers 32 sind jeweils an einen Ausgang des Verstärkers 31 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 32 steht über Rohre 51, 52 mit je einer Seite des Stellkolbens 45 in Verbindung.

Die Nadel 44 stellt eine Stellungsrückkopplung des Luftventils 21 dar. Wenn der Strahlrohrdruck P₆ größer als der Steuerdruck Ρχ ist, wird das Luftventil 21 in die Schließrichtung bewegt und umgekehrt.

Eine Fluidic-Einrichtung wird gemäß nunmehr folgender Beschreibung auch zur Steuerung der öffnungs- und Schließbewegung der Schubdüse des Gasturbinentriebwerks benutzt. Das Herz dieser Einrichtung ist ein Zündfühler 60, der von einem monostabilen Fluidic-Verstärker gebildet wird. Steueröffnungen wird über eine ein Rückschlagventil 62 enthaltende Leitung 61 der Strahlrohrdruck P₆ zugeführt, während ein abgeleiteter Steuerdruck P_x' der anderen Steueröffnung zugeführt wird. Der Verstärker 60 empfängt Luft vom Druck P₃ von der Leitung 20 über eine Abzweigleitung 64.

Um den Steuerdruck P_x' zu erzeugen, ist eine zweite Steuerstufe 65 vorgesehen, an die drei Leitungen 66, 67, 68 mit festen Drosseln angeschlossen sind, die mit Luft vom Druck P₀ bzw. P₂ gespeist werden.

Der normale, stabile Ausgang des monostabilen Verstärkers 60 wird über eine mit einem Rückschlagventil 71 versehene Leitung 70 der Leitung 33 zugeführt.

Wenn der Strahlrohrdruck P₈ größer als der Steuerdruck P_x' ist, schaltet der Ausgang des monostabilen Verstärkers 60 von der Leitung 70 auf die davon abzweigende Leitung 75 um. Dieser Ausgang wird außerdem über eine ein Rückschlagventil 77 enthaltende Leitung 76, die von der Leitung 75 abzweigt, der Eingangsleitung 61 für den Strahlrohrdruck P₆ zugeführt, so daß die Schutzdüse in Offenstellung gewissermaßen »verriegelt« wird. Das Drucksignal in der Leitung 75 wird einer Steueröffnung eines weiteren monostabüen Fluidic-Verstärkers 8G zugeführt, dessen andere Steueröffnung über eine

Leitung 81 mit Luft vom Druck P₀ beaufschlagt wird. Die Eingangsleitung 82 des Verstärkers 80 steht, wie bereits erwähnt, mit der Leitung 20 stromoberseitig der Luftturbine 11 in Verbindung und führt demgemäß Luft vom Druck P₃. Die normale, stabile Ausgangsleitung 83 des monostabilen Verstärkers 80 gelangt zur Stellvorrichtung in öffnungsrichtung der Schubdüse. Wenn jedoch in der Leitung 75 ein Drucksignal vorhanden ist, wird der monostabile Verstärker 80 auf seine andere Ausgangsleitung 84 geschaltet, die zur Stellvorrichtung in Schließrichtung der Schubdüse führt. So wirkt der monostabile Verstärker 80 als Gatter.

Um die Schubdüse zu schließen, ist ein weiterer monostabiler Verstärker 90 vorgesehen, der drei Steueröffnungen aufweist, von denen eine über eine Leitung 91 mit Luft vom Druck P₀ in Verbindung steht, während die beiden anderen Öffnungen, die auf die erste öffnung hin gerichtet sind, über Leitungen 92 bzw. 93 mit den Leitungen 84 bzw. 83 in Verbindung stehen. Der Eingang der Stufe 90 wird über eine Leitung 94 mit Luft vom Druck P₃ versorgt.

Der monostabile Verstärker 90 wirkt als Gatter und wenn kein Öffnungssignal für die Schubdüse vorliegt, ist der Ausgang des Verstärkers 90 über eine Leitung 96 mit der Stellvorrichtung in Schlicßrichtung der Schubdüse verbunden, während dann, wenn die Signale 92 und 93 vorhanden sind, der Ausgang des Verstärkers 90 in eine abgezweigte Ausgangsleitung 97 gelangt, die z. B. mit der Atmosphäre in Verbindung steht oder in anderer Weise so ausgebildet ist, daß sie keine Wirkung auf die Stellvorrichtung der Schubdüse ausübt.

ίο Zum Abstellen des Nachbrenners wird der Absperrhahn 24 geschlossen, was zur Folge hat, daß Turbine 11 und Brennstoffpumpe 10 sich verlangsamen. Dabei wird außerdem das Brennstoffventil 14 geschlossen. Sobald der Absperrhahn 24 geschlossen

J5 ist, wird Luft vom Druck P_s aus der Leitung 64 und demgemäß auch aus dem Verstärker 60 entfernt, so daß das Ausgangssignal auf die normale, stabile Leitung 70 geschaltet wird, wodurch das Düsenöffnungssignal des monostabilcn Verstärkers 80 ausgelöscht

ao wird. Dies bedeutet wiederum, daß der Druck aus den Leitungen 92 und 93 abgelassen wird und demgemäß der monostabile Verstärker 90 in den stabiler Zustand für Schließung der Schubdüse zurückkehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: mit Nachbrenner, unter Verwendung von Druckfüh-

1. Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinen- lern im Kompressorabschnitt des Triebwerks.
Strahltriebwerke, insbesondere mit Nachbrenner, Bei allen bekannten Brennstoffregelvorrichüingen Unter Verwendung von Druckfühlern im Korn- dieser Bauart werden die zum Zweck der Brennstoffpressorabschnitt des Triebwerks, dadurchge- 5 zumessung und/oder Düsenquerschnittsverstellung kennzeichnet, daß einem ersten Fluidic- herangezogenen Drücke bzw. Druckverhältnisse über Proportionalverstärker (31) mittels einer eine Stellkolben oder Membranen geführt, die ihre Stellprossel (36) aufweisenden Leitung (35) als Ein- bewegung auf Ventile oder andere Einstellorgane gang der Hochdruckkompressor-EnddruckiPj) übertragen. Der mechanische Aufbau derartiger Regellind über zwei gegenüberliegende Steueröffnungen io einrichtungen ist außerordentlich komplex und störmittels einer ein Rückschlagventil (34) aufweisen- anfällig; es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hen Leitung (33) der Strahlrohrdruck (P₈) des genau arbeitende und relativ einfach aufgebaute Triebwerks bzw. mittels einer Leitung (30) ein Brennstoffregeleinrichtung für Gasturbinenstrahlin einer Steuerstufe (40) erzeugter Steuerdruck triebwerke zu schaffen, bei der die Zahl der sich be- (Px) zugeführt wird, der mittels einer ein Ventil 15 wegenden Teile auf das geringstmögliche Maß ver- |41) enthaltenden Leitung (39) der Umgebungs- mindert wird und wobei keine Ventile .erforderlich druck und mittels je eine Drossel enthaltender sind, die einen äußeren Antrieb erfordern.
Leitungen (42, 43) der Niederdruckkompressor- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch Enddruck (P₂) bzw. der Hochdruckkompressor- gelöst, daß einem ersten Fluidic-Proportionalverstär-Enddruck (P₃) zugeführt wird und die eine in die ao ker mittels einer eine Drossel aufweisenden Leitung Umgebung führende Steueröffnung (47) aufweist, als Eingang der Hochdruckkompressor-Enddruck in der eine sich verjüngende Steuernadel (44) und über zwei gegenüberliegende Steueröffnungen axial verschiebbar ist, deren Stellkolben auf mittels einer ein Rückschlagventil aufweisenden Leidie Leistungsregeleinrichtung (21) der Brennstoff- tung der Strahlrohrdruck des Triebwerks bzw. mittels pumpe (10) einwirkt und von den Ausgängen (51, 35 einer Leitung ein in einer Steuerstufe erzeugter 52) eines zweiten Fluidic-Proportionalverstär- Steuerdruck zugeführt wird, der mittels einer ein kers (32) beaufschlagt ist, dem als Eingang der Ventil enthaltenden Leitung der Umgebungsdruck Hochdruckkompressor-Enddruck (P₃) zugeführt und mittels je eine Drossel enthaltender Leitungen wird und dessen zwei gegenüberliegende Steuer- der Niederdruckkompressor-Enddruck bzw. der öffnungen mit jeweils einem Ausgang des ersten 30 Hochdruckkompressor-Enddruck zugeführt wird und Proportionalverstärkers (31) verbunden sind. die eine in die Umgebung führende Steueröffnung

2. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 1, aufweist, in der eine sich verjüngende Steuernadel dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregel- axial verschiebbar ist, deren Stellkolben auf die einrichtung der Brennstoffpumpe ein in einem Leistungsregeleinrichtung der Brennstoffpumpe ein-Einlaßrnhr (20) einer diese Pumpe (10) antrei- 35 wirkt und von den Ausgängen eines zweiten Fluidicbenden Luftturbine (11) angeordnetes Ventil (21) Proporlionalverstärkers beaufschlagt ist, dem als ist, das eine eine Drossel (23) enthaltende Um- Eingang der Hochdruckkompressor-Enddruck zugegehungsleitung (22) aufweist. führt wird und dessen zwei gegenüberliegende Steuer-

3. Brennstoffregelvorrichtung nach den An- öffnungen mit jeweils einem Ausgang des ersten Prosprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 40 portionalverstärkers verbunden sind.

sie dem Nachbrenner des Triebwerks zugeordnet Es ist zwar durch die belgische Patentschrift

ist, dessen Schubdüsenquerschnitt durch eine 704 511 bekannt, zwei Fluidic-Verstärker in Reihe Steuervorrichtung (60) mit monostabilem Fluidic- zu schalten, um die Differenz zweier Drücke zu verVerstärker änderbar ist. stärken und das resultierende Signal zur Betätigung

4. Brennstoffregelvorrichtung nach einem der 45 eines Ventils zu benutzen. Im bekannten Fall han- ; Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß delt es sich jedoch darum, ein Abreißen der Strö-

der Verstärker (60) am Eingang mit dem Luft- mung an den Schaufeln eines Kompressors zu ver-

rinlaßrohr (20) hinter der Einmündung der Um- hindern, demgegenüber werden gemäß der Erfindung

gehungsleitung (23) verbunden ist und zwei die Fluidic-Verstärker in einer Brennstoffregelvor-

gegenüberliegende Steueröffnungen aufweist, des- 50 richtung eingesetzt, um den statischen bzw. dynami-

^ sen mittels einer ein Rückschlagventil (62) ent- sehen Druck im Kompressor als Regelgröße zu ver-

* haltenden Leitung (61) der Strahlrohrdruck (P₆) arbeiten.

bzw. ein in einer Steuerstufe (65) erzeugter Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die

Steuerdruck (P_x) zugeführt wird, der mittels je L eistungs-Rcgeleinrichtung der Brennstoffpumpe ein

eine Drossel enthaltender Leitungen (66, 68, 67) 55 in einem Einlaßrohr einer diese Pumpe antreibenden

der Umgebungsdruck (P₀), der Niederdruckkom- Luftturbine angeordnetes Ventil, das eine eine Dros-

f pressor-Enddruck (P₂) bzw. der Hochdruck- sei enthaltende Umgehungsleitung aufweist.

ΐί kompressor-Enddruck (P₁) zugeführt wird, und Wenn die Brennstoffregelvorrichtung nach der Er-

Ci daß der Ausgang des Verstärkers (60) mit einem findung dem Nachbrenner des Triebwerks zugeord-

ΐ; FIuidic-Gatter an zwei monostabile Verstärker 60 net ist, dann wird zweckmäßigerweise der Schub-

■; (80, 90) und über eine ein Rückschlagventil (71) düsenquerschnitt durch eine Steuervorrichtung mit

enthaltende Leitung (70) an die mit Strahlrohr- monostabHem Fluidic-Verstärker verändert.

druck (P₀) beaufschlagte Steueröffnung des ersten Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

Proportionalverstärkers (31) angeschlossen ist. ist die Anordnung derart getroffen, daß der Verstär-

65 ker am Eingang mit dem Lufteinlaßrohr hinter der

Einmündung der Umgehungsleitung verbunden ist

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeivorrich- und zwei gegenüberliegende Steueröffnungen auf-

tung für Gasturbinenstrahltriebwerke, insbesondere weist, dessen mittels einer ein Rückschlagventil ent-