DE2107166A1

DE2107166A1 - Brennstoff-Fördersystem für Luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2107166A1
Application number: DE19712107166
Authority: DE
Inventors: Thomas Neil Marblehead Mass. Nun jun. (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1971-02-15
Publication date: 1971-11-11
Also published as: US3627239A; CA918936A; FR2086184B1; BE762094A; FR2086184A1; GB1332072A

Description

HEINZ LINSER · PATENTANWALT · PHYSIKER 2107166

.6072 DREIEICHENHAIN BERLINER RlNQ 170 RUF (061 03) 8 18 13

1697 - 13 Ln,-

General Electric Company

1 River Road
Schenectady, N.Y./USA

Brennstoff-Fördersystem für luftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Brennstoff-F.ördersyetem für Luftfahrzeuge, das geeignet ist, eine bestimmte Menge eines unter Druck stehenden Brennstoffes zu liefern, um Pumpeinrichtungen des Fördersystems zu betreiben.

Brennstoff-Fördersysteme für Luftfahrzeuge arbeiten nicht gerade unter Idealen Bedingungen, da die verschiedensten Komponenten des Brennstoff-Fördersysteme, wie beispielsweise Pumpen- und Steuereinrichtungen, gegen eine Verstopfung und einen erhöhten Vereohleiß empfindlich sind, das bzw. der durch besondere Verunreinigungen im Brennstoff verursacht wird,

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sofern nicht zur Filterung oder einer anderweitigen Entfernung solcher Verunreinigungen aus den kritischen Komponenten in dem System Sorge getragen wird. Es ist daher allgemein üblioh, die verschiedensten Filtereinriohtungen in einem Brennetoff-Förderaystem für Luftfahrzeuge vorzusehen. Ferner sind vor den Brennstoff-Filtern Einrichtungen vorgesehen, um den Brennstoff auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des Wassers zu bringen, um dadurch eine Verstopfung der gegen eine. Verunreinigung empfindlichen Systemkompoenenten mit Eisteilchen auszuschließen, die sich in d'era Brennstoff aus der kleinen Wassermenge bilden, die normalerweise darin enthalten ist. Diese Brennstofferhitzer werden üblicherweise von einer kleinen Strömung der Kompressorabgase erwärmt, die aus dem ρ Kompressor der Strahltriebmaschine abgezapft wird. Die Abzapfung einer Hochdruokgaaströmung aus dem Masehinenkompressor für diese oder andere Zwecke bewirkt eine Abnahme der maximal möglichen Maschinenleistung, welche jedoch möglichst gering sein sollte. Ein Weg, um den ungünstigen Einfluss auf die Leistung gering zu halten, welcher durch die Brennstoff erwärmung bedingt ist, besteht natürlicherweise darin, die Größe des mit der Erwärmung zusammenhängenden Probleme zu verringern.

Bei vielen Brennstoffsystemen für Luftfahrzeuge wird die Antriebsenergie zum Transport des Brennstoffes aus den Brennstofftanks zum Maschinenbrenastoffeystem und zum Transport des Brenn-. stoffes zwischen den einzelnen Tanks dadurch zur Verfügung gestellt, daß ein geringer Prozentsatz der unter hohem Druck stehenden Maechintnbrennstoffströmung abgeleitet und den Strahlpumpen in den Brennetofftanks zugeführt wird. Obwohl die Komponenten in dem Brennstoff-Fördereyatem in einem gewissen Haß« empfindlich gegen eine Verunreinigung sind, so sind diese jedooh nicht so empfindlich wie die Maschinenbrennstoffsteuerkompontnten und benötigen daher nioht den hohen Filterungsgrad, der für die Ha·öhinenbrennetoffhauptpumpe und für die anderen Hochdruckkomponenten erforderlich iet. .

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Bisher wurden die Brennetoff-Fördersysteme für Plugzeuge jedoch mit einem Strahlantriebeströmungsmittel von der Hochdruck- oder Ausströmseite der Maschinenbrennstoffhauptpumpe versorgt» was den Vorteil hat, daß durch die Verwendung der bestehenden Hochdruckquelle weitere Einrichtungen für die Maschine nicht benötigt werden. Der Anmelder hat jedoch festgestellt, daß der oben zitierte angenommene Vorteil deswegen illusorisch ist, weil die Heizung, welche erforderlich ist, um den dem Flugzeugsystem zugeführten Brennstoff zu enteisen, eine Abnahme des spezifischen Brennstoffverbrauchs der Maschine auf weiten Strecken mit geringen Geschwindigkeiten bewirkt, wodurch die angenommenen Vorteile, die mit der Verwendung der Ausströmung der Maschinenhauptbrennstoffpumpe als eine Strahlantreibende Brennstoffquelle in Verbindung stehen, wieder aufgehoben werden.

Aus den aufgezeigten Gründen wird daher mit der vorliegenden Erfindung ein Maecninenbrennstoffsystem vorgeschlagen, bei dem nur der für die Zulieferung an die Maschine benötigte Brennstoff, der durok die gegen eine Verunreinigung empfindliche Hauptbrennetoffpumpe und Hauptbrennstoffsteuerung gegeben wird, mit der aus dem kompressor ausströmenden Luft erwärmt wird.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, weitere Vorrichtungen zur Reinigung und Enteisung des Brennstoffes vorzuschlagen,, der den Förderpumpen des Brennstoffes zugeführt wird.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht darin, daß bei einem Brennetoff-Fördersyetem für Maschinen von Luftfahrzeugen eine Förderpumpe, eine Brennstoffheizung, Filter, eine Maschinenbrennetoffpumpe und Brennatoffsteuereinrlchtungen mit den Hauptvtrbrennungsdüsen der Maschine in Reihe liegen und daß zusätzlich getrennte Vorrichtungen zur zentrifugalen Trennung von Festkörperverunreinigungen einschl. Eisteilchen -aus einem Teil des Maschinensystems für die Brennstoff-

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einlaßströmung vorgesehen sind und daß der gereinigte Teil auf einen relativ hohen Druck gebracht wird und dem Brennstoffsystem des Plugzeuges zugeführt wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird diese anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines FlugzeugbrennstoffsysteraB und

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Brennstoffsystems ψ eines Plugzeugantriebs.

Figur 1 zeigt die Umrisse eines Flugzeugs (10), das zwei Antriebe 12 und 14 aufweist. Der Brennstoff befindet sich in den Tragflächentanks 16 und 18 und in dem Rumpftank 20. Um den Brennstoff von dem Haupttank 20 zu den Brennstoffsystemen 26 und 20 der Maschinen 12 und 14 zu transportieren, sind Brennstoffleitungen 22 und 24 vorgesehen. Ferner sind Transportleitungen 30 und 32 vorhanden, um den Brennstoff aus den Tragflächentanks 16 und 18 dem im Rumpf befindlichen Haupttank 20 zuführen zu können. Das Umpumpen des Brennstoffes in dem Flugzeugsystem wird durch Strahlpumpen 34, 36, 38 und 40 erreicht, die entsprechend mit einem antreibenden Strömungsmittel hohen Druckse aus den Brennstoffsystemen 26 und 28 der Maschinen 12 und 14 Über die Strömungsmittelleitungen 42, 44,46 und 48 versorgt werden. Das "beschriebene System ist für Plugzeugbrennstoffsysteme im allgemeinen repräsentattiv, welches hier dazu dient, die Umgebung zu veranschaulichen, in der die im folgenden beschriebene Erfindung betrieben wird. Die Erfindung ist natürlich gleichermaßen auf irgendwelche anderen Abwandlungen des dargestellten Flugzeugbrennstoffsystems anwendbar.

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Die Figur 2 zeigt ein Brennstoffsystem 26 (siehe Figur 1), das eine Förderpumpe 50 aufweist, deren Einlass mit der Brennstoffleitung 22 verbunden ist und einen Brennstofferhitzer 52, ein Filter 54, eine Hochdruckpumpe 56 und eine Brennstoffsteuerung 58, von der der Brennstoff in abgemessenen Mengen über eine Leitung 60 den Brennstoffdüsen 62 der Maschine 12 zugeführt wird. Um den von den Brennstoffdüsen 62 nicht benötigten Brennstoff der Einlassleitung des Brennatofferhitzers 52 zuzuführen, ist eine Bypass-Leitung 64 vorgesehen. In dem Brennstofferhitzer 52 wird der Brennstoff durch Wärmeaustausch mit den Kompressorabgasen, die in den Erhitzer 52 über die Kompressorabgasleitung 66 zugeführt und durch die Leitung 68 abgelassen werden, erhitzt. Das Filter 54 wird wegen der Ver- ' schmutzungsempfindlichkeit der Brennstoffsteuerung 58 benötigt, die zur Erreichung ihrer Messfunktion notwendigerweise mit Ventilen arbeitet, die ein geringes Spiel aufweisen und deren Funktion durch Terschmutzungsteilchen ernsthaft beeinflusst werden kann. Das Filter wird ferner benötigt, um eine Verschlechterung der Brennstoffpumpe 56 durch Verschleiß zu verringern. Der Erhitzer 52 muss vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Eisteilchen, die sich aus den geringen Wassermengen bilden, die in dem Brennstoff vorhanden sind, das Filter 54 nicht verstopfen oder falls sie das Filter 54 passieren, die Pumpe 56 oder die Steuerung 58 nicht verstopfen oder anderweitig beschädigen.

Die bekannten Systeme zur Erzeugung einer strahlantreibenden Strömung hohen Druckes für das Flugzeugbrennstofftransportsystem, wie das in Figur 1 dargestellte, ,weisen eine Abzapfleitung 70 auf, die einen Teil des unter hohem Druck stehenden Ausgangs der Pumpe 56 ableitet und den Strahlpumpen dee Flugzeugsystems zuführt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, benötigt das an sich bekannte System einen Brennstofferhitzer, dessen Kapazität über derjenigen liegt, die erforderlich ist, falls nur der durch die Maschine für die Verbrennung benötigte Brennstoff erhitzt wird, wodurch wiederum ein relativ höherer Prozentsatz aus dem Kompressor abgezapft werden muss, um den Brennstoff zu erhitzen.

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Das an sich bekannte System jedoch weist den Vorteil auf, daß für das Flugzeugbrennstoffsystem eine strahlantreibende Strömung mit wenigen Maschinenbrennstoffsystemkomponenten vorgesehen ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieser damit im Zusammenhang stehende Vorteil bei vielen Plugzeugsystemen illusorisch ist, da die Kompreasorabgaae, welche erforderlich sind, um die strahlantreibende Brennstoffströmung zu erwärmen, eine Abnahme der Maschinenleistung bewirkt, welche den angenommenen Vorteil .übertrifft, der aus der Verringerung der Anzahl der BrennstoffSystemkomponenten gewonnen wird, !lach der Erfindung wird daher ein Brennstoffsystem vorgeschlagen, das eine zentrifugale Trennvorrichtung aufweist, um die Eisteilchen und andere Festkörperversohmutzungen von dem Brennstoff in einem Maße zu trennen, das für einen befriedigenden Betrieb der Strahlpumpen des Brennstoff-Fördersystems eines Plugzeuges notwendig iet, ohne daß die strahlantreibende Strömung durch den Brennstofferhitzer 52 geführt wird.

In einem Ausführungsbeispiel ist die zentrifugale Trennvorrichtung in einer Zentrifugalförderpumpe 50 integriert. Die Pumpe 50 weist ein Gehäuse 72 auf, in dem sich ein Flügelrad befindet, das mit einer Welle 76 drehbar befestigt ist, die durch ein Lager 78 getragen .wird. Das Gehäuse 72 schließt einen Diffusor 80 ein, der um den Umfang des Flügelrades 74 angeordnet iet. Die Hauptbrennstoffausströmung aus dem Diffusor 80 zum Brennstofferhitzer 52 erfolgt über eine Auslassöffnung 82, die neben dem Umfang dee Diffusors 80 angeordnet ist. Neben dem Umfang des Flügelrades 74 befindet sich ein Auslass 84 für die saubere Strömung, der über eine Leitung 86 mit einer getrennten Strahlantriebspumpe 88 verbunden ist, in der die zentrifugierte Strömung auf einen Druck gebracht wird, der dem Druck entspricht, um die Strahlpumpen 34_t36,38 und 40 (siehe Figur 1) antreiben zu können.

Sin anderes Ausführungsbeispiel im Vergleich zur dargestellten kombinierten Förderpumpe nach Figur 2 besteht darin, daß zwischen der Förderpumpe 50 und dem Brennstofferhitzer 52 eine

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getrennte Zentrifugaleinrichtung vorgesehen ist. Die saubere Austrittsströmung wird dabei der Leitung 86 und von dort dem Flugzeugbrennstofftransportsystem zugeführt, während die nicht gereinigte Strömung durch den restlichen Teil des Maschinenbrennstoffsystems geführt wird, das den Erhitzer 52, das Filter 54, die Pumpe 56 und die Brennstoffsteuerung 58, wie in "Figur 2 dargestellt, aufweist.

Der Betrieb des Systems geht nun wie folgt von statten. Aus dem Hauptbrennstofftank 20 (siehe Figur 1) wird der Brennstoff dem Einlass der Pumpe 50 durch die Leitung 22 zugeführt. Das Flügelrad 74 wird von der Maschine 12 angetrieben und erzeugt ein zentrifugales Kraftfeld, welches bewirkt, daß die festen Verschmutzungen in dem Brennstoff- über das Flügelrad 74 zum Umfang des Diffusors 80 gelangen und kommen sodann

mit der Hauptbrennstoffströmung in den Erhitzer 52 und das Filter 54,in dem die Verschmutzungen in einem solchen Maße entfernt werden, das ausreichend ist, um einen zuverlässigen Betrieb der Brennstoffateuerung 58 zu gewährleisten. Durch den Auslass 84 wird eine relativ verschnutzungefreie Strömung der strahlantreibenden Brennstoffströmung abgezogen, die über eine Leitung 86 zur Pumpe 88 gelangt, die den so abgeleiteten Brennstoff euf einen Druck bringt und führt ihn über die Leitung 42 zu den Brennstofftanks zurück. Durch den zentrifugalen Trenneffekt wird eine genügende Enteisung der strahlantreibenden Strömung erzielt, der in der Förderpumpe 50 bewirkt wird, um einen zuverlässigen Betrieb der Komponenten des Flugzeugbrennetoff-Fördersyatems zu gewährleisten, wodurch es nicht erforderlich ist, die strahlantreibende Brennstoffströmung zu erwärmen und wobei durch den Fortfall dieser Erfordernisse ein besserer spezifischer Brennstoffverbrauch durch die Flugzeugtriebwerke erzielt wird.

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Claims

Patentansprüche

1,)Brennstoff-Fördersystem für luftfahrzeuge, welches derartig ausgebildet ist, daß auf eine bestimmte Menge Brennstoff ein Druck ausgeübt wird, um das Pumpsystem für die Brennstoff-Förderanlage zu betätigen, dadurch gekennzei chnet, daß eine zentrifugale Verschmutzungstrennvorrichtung (50) vorgesehen ist, die mit einer Brennstoffversorgungsleitung (22) von den Flugzeugbrennstofftanks (16,18, 20) verbunden ist und die einen Auclass (84) für eine gereinigte Strömung und einen Auslass (82) für eine nicht gereinigte Ctrömung aufweist, daß mit dem Auslass (84) für die gereinigte strömung eine Pumpe (88) verbunden ist, um den von dort abgefc leiteten Brennstoff mit einem Druck zu beaufschlagen -und diesen dem Flugzeugbrennstoff-Fördersystem zuzuführen und daß für den zu verbrennenden Treibstoff eine Fördervorrichtung vorge-' sehen ist, die mit dem Auslass der ungereinigten otrömung verbunden ist, um die für das Flugzeugtriebwerk zur Verbrennung vorgesehene Brennstoffströmung aufzuheizen, zu reinigen und zu messen.
2. Brennstoff-Fördersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstofferhitzer (52), eine Brennstoff-Filtervorrichtung (54), eine Hochdruckpumpvorrichtung (56) und eine Brennstoffmessvorrichtung (58) in Reihe liegen.
3. Brennstoff-Fördersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Irennstofferhitzer (52) als '.Varmetauscher ausgebildet ist, der das wärmeübertragende Medium aus dem Triebwerkskompressor erhält.
4. Brennstoff-Fördersystein nach Anspruch 3, dadurch

ge kennze ichnet, daß die zentrifugale Verunreinigungetrennvorrichtung (50) eine Zentrifugalpumpe ist, die ein Flügelrad (74) aufv/eist, um von dem !Diffusor (80) an einen vom Diffusorumfang aus betrachtet radial innen liegenden Punkt Brennstoff ableiten zu können.

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