DE2200360C3

DE2200360C3 - Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2200360C3
Application number: DE2200360A
Authority: DE
Inventors: J S Taylor
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-01-06
Filing date: 1972-01-05
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2200360B2; FR2121583B1; JPS528928B1; SE374169B; FR2121583A1; DE2200360A1; US3808800A; GB1369652A; IT948121B

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Brennstoffregelanlage mit diesen Merkmalen ist aus der GB-PS 10 32 767 bekannt, bei der beide Auslaßöffnungen des Überströmventils mit der Pumpensaugseite verbunden sind, so daß insbesondere bei geringer Leistungsaufnahme des Triebwerks die im Rücklauf mitgeführte Brennstoffmenge verhältnismäßig groß ist. Die Umwälzung einer derartig großen Brennstoffmenge hat jedoch eine Erwärmung des Brennstoffs in einem unvertretbar hohen Maß zur Folge.

Aus der US-PS 30 18 622 ist es bekannt, den gesamten Brennstoffrückfluß des Überströmventils zum Brennstoffbehälter zu führen. Wegen der Förderung der gesamten Brennstoffmenge aus dem Brennstoffbehälter kann die Leistungsaufnahme der Brennstoffpumpe größer sein als bei der Anordnung nach der oben genannten GB-PS.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffregelanlage der genannten Art so auszubilden, daß' die Erwärmung des umgewälzten Brennstoffs begrenzt wird, die Leistungsaufnahme der Brennstoffpumpe aber möglichst gering gehalten wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Auf diese Weise wird nicht die gesamte Rückflußmenge zur Ansaugseite der Pumpe zurückgeführt, sondern gleichzeitig auch eine Teilmenge zum Brennstoffbehälter geleitet. Der zum Brennstoffbehälter geleitete Teilst rom kann sich dort aufgrund der großflächigen Wiirmciihstrahliing abkühlen, so daß ein entsprechenili ι f eilMmm kühlen Brennstoffs wieder von der Pumpe ι1ΙΙ|·|"..ΙΙΙ|Ί iVil'll.

^N: ι. Ι· ι ,iuT /«ι ckmaitiiH-ii Λιγ > . -,l.iinmi' (irr irnii dung ist die Schließbewegung des Überströmventils mit zunehmender Triebwerksdrehzahl über Fliehgewichte steuerbar, die sich an einem das Überströmventil in Schußrichtung durch eine Feder beaufschlagenden Ventilelement abstützen. Dadurch ist sichergestellt, daS die Rückflußmenge zusätzlich über einen begrenzten Drehzahlbereich während des Anlassens des Triebwerks verringert wird, damit auch in dieser Phase eine ausreichende Versorgung der zum Anlassen des ίο Triebwerks vorgesehenen Hilfsbrenner mit Brennstoff gewährleistet ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 Eine Brennstoffregelanlage für Gasturbinen-

IS triebwerke gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, und

F i g. 2 ein in der Anlage nach F i g. 1 verwendetes Oberströmventil im Schnitt
Fig. J zeigt eine Brennstoffregelanlage eines Gasturbinentriebwerks, bei der eine mit 10 bezeichnete Hilfsbrennstoffpumpe den Brennstoff von einem Brennstoffbehälter (gestrichelt dargestellt) über ein Filter 11 zur Hauptbrennstoffpumpe 12 fördert Die Druckseite der Pumpe 12 ist mit dem Einlaß eines Zumeßventils 14 verbunden. Der Einiaß 13 mündet innerhalb des Zumeßventils in eine zylindrische Kammer 15, an deren Auslaß 16 der Hauptkanal 17 angeschlossen ist Der Brennsiofffluß wird durch ein in der Kammer 15 verschiebbares Kolbenglied 18 gesteuert Der Einlaß 13 des Zumeßventils steht ferner über ein Filter 19 und eine Durchflußdrosselstelle 20 mit der Seite des Kolbenglieds 18 in Verbindung, die dem Einlaß 13 abgewandt ist. Ein Schaft 21 des Kolbenglieds 18 erstreckt sich dichtend in eine Kammer 22 des Zumeßventils, die von einer weiteren Kammer 23 abgetrennt ist, in der zwei Druckdosen 24, 25 angeordnet sind. Die Druckdosen werden durch Luftdrucksignale beaufschlagt, die vom Verdichterauslaßdruck P* und von einem Druck P₃ abgeleitet sind, der von einer zweiten Stufe des

•ίο Verdichters stammt. Die freien Enden der Druckdosen 24, 25 sind miteinander gekoppelt und mit einem Ende eines Hebels 26 verbunden, der mit Hilfe eines Blatts 39 eine Fluidic-Einrichtung 36 steuert, die aus zwei axial ausgerichteten Düsen 37, 38 besteht. Die Düsen 37, 38 sind jeweils mit dem Filter 19 und mit der Kammer 15 auf der Seite des Kolbenglieds 18 verbunden, die vom Einlaß 13 abgewandt ist. Die Einrichtung 36 mündet zwischen den Düsen 37, 38 in die Kammer 22, die ihrerseits mit der Niederdruckseite der Pumpe 12 über

V) einen Kanal 40 in Verbindung steht.

Die Druckdose 24 ist über eine Drosselstelle 41 mit einem Luftpotentiometer verbunden, das durch zwei Drosselstellen 42,43 gebildet ist und an ihren jeweiligen Enden mit den Drücken Pt und P^ in Verbindung steht.

Die Druckdose 24 steht ferner mit einem Umgebungsdruck P₀ über ein Halbkugelventil 44 in Verbindung, das durch eine Druckdose 45 betätigbar ist, die auf den Druck Pt anspricht, wobei das Ventil 44 bei einem Anstieg von ft über einen Sollwert öffnet. Außerdem ist

w) die Druckdose 24 mit dem Umgebungsdruck Po über ein weiteres Plattenventil 46 verbunden, dessen Bewegungsweg durch zwei einstellbare Anschläge 120a, 120b begrenzt ist. Das Ventil 46 ist durch eine Feder 47 in Schließrichtung vorgespannt und wird durch einen

in Hubmagneten 48 geöffnet l'ine elektrische Steuervorrichtung 49 versorgt den I liilmuigneten 48 mit Strom, eier entsprechend der Stellung einer Diovsrlsleiienmg für das Tn el ι w el k um! m \ i Ί: 1111· ι j · r t-i i In 'in wVvi fkv

drehzahl regelbar ist, wobei eine Bewegung der Drossel in eine Richtung zur Erhöhung der Triebwerksdrehzahl ein progressives Schließen des Ventils <S und eine Erhöhung der Triebwerksdrehzahl ein progressives öffnen des Ventils 46 bewirkt Die Druckdose 25 ist mit einem Luftpotentiometer verbunden, das durch zwei Durchflußdrosselstellen 50, 51 gebildet ist, die jeweils mit dem Druck Po bzw. Pj in Verbindung stehen.

Neben einem federbelasteten Sicherheitsventil 52 ist auch ein Überströmventil 53 parallel zur Pumpe 12 geschaltet Das in Fig.2 vergrößert dargestellte Überströmventil 53 besitzt ein Gehäuse 54, in dem ein Einlaß 55 sowie zwei Auslässe 56, 57 ausgebildet sind. Der Einlaß 55 steht mit dem Einlaß 13 des Zumeßventils 14, der Auslaß 56 mit der Saugseite der Pumpe 12 und der Auslaß 57 unmittelbar mit dem Brennstoffbehälter in Verbindung. Im Gehäuse 54 ist ein Schließglied 58 verschiebbar angeordnet, das durch einen Schaft 65 mit einem Kolbenelement 59 gekuppelt ist, das in einem Teil 60 des Gehäuses 54 verschiebbar sitzt Das Schließglied 58 und das Kolbenelement 59 haben jeweils axiale Verlängerungen 71 bzw. 72, die ineinandergreifen, um eine begrenzte relative Winkelbewegung untereinander als Folge einer Torsion im Schaft 65 zu ermöglichen. Das Schließglied 58 weist einen Fließweg 73 auf, durch den Brennstoff in eine Kammer 74 des Überströmventils 53 gelangen kann. Das Kolbenelement 59 spricht auf einen Vorspanndruck in einer Leitung 61 und auf den Druck in der Kammer 74 an. Der Vorspanndruck in der Leitung 61 ist von einer Potentiometeranordnung abgeleitet die aus zwei Durchflußdrosselstellen 62, 63 besteht welche zwischen dem Einlaß 13 und dem Fließweg 17 nach dem Zumeßventil 14 parallel geschaltet sind.

Das Schließglied 58 wird ferner gegen den Druck in der Kammer 74 durch eine auf die Triebwerksdrehzahl ansprechende Fliehgewichtsanordnung 64 beaufschlagt deren Fliehgewichte 66 an einer Flanschpartie 67 des Schließglieds 58 schwenkbar gelagert sind. Der Flansch 67 ist als Stirnrad ausgebildet, das mit einem vom Triebwerk angetriebenen Ritzel in Eingriff steht. Die Fliehgewichte 66 haben Vorsprünge 68, die an einem ebenfalls als Stirnrad ausgebildeten Ventilelement 69 anliegen, das gleitbar und drehbar am Gehäuseteil 60 gelagert ist. Das Ventilelement 69 kämmt ebenfalls mit dem Ritzel und wird durch ein Lagerglied 75 gehalten, das in Richtung f.uf den Einlaß 55 durch eine Feder 70 vorgespannt ist. Die Fliehgewichte bestehen aus einem relativ niederdichtem Material, beispielsweise Aluminium, und zwar aus Gründen, auf die an späterer Stelle eingegangen wird.

Die Kammer 74 steht über eine Leitung 110 mit einer Kolben-Zylindereinheit 76 in Verbindung, deren Kolben 77 durch eine Feder 78 gegen den Druck in der Leitung 110 vorgespannt ist. Der Kolben 77 ist als Stirnrad ausgebildet und kann von einem mit dem Triebwerk in Eingriff stehenden Ritzel 79 angetrieben werden. Mit dem Kolben 77 ist ein Schließglied 84 eines Ventils 80 gekoppelt, das gegen den Druck im Fließweg 110 verstellbar ist und sukzessive die Auslässe 82 bzw. 83 freigibt. Der Auslaß 82 führt zur Saugseite der Pumpe 12 und der Auslaß 83 steht mit dem Brennstoffbehälter in Verbindung. Der Einlaß 81 des Ventils 80 ist an die Hauptleitung 17 angeschlossen. Das Schließglied 84 ist außerdem einem Vorspanndruck in einem Fließweg 85 ausgesetzt, der dem Druck im Fließweg 110 entgegenwirkt. Der DnKk im Fließweg 85 ist über eine

Drosselstelle 86 vom Druck im Fließweg 17 abgeleitet Der Fließweg 85 steht mit der Saugseite der Pumpe 12 über ein Halbkugelventil 87 in Verbindung, das durch eine Feder 88 in Schließrichtung gespannt ist und das gegen die Vorspannung der Feder 88 durch einen Hubmagneten 89 betätigbar ist Die elektrische Steuervorrichtung 49 ist so eingerichtet, daß bei einem Funktionsfehler des Hubmagneten 48 oder eines zugehörigen Teils der Vorrichtung 49 ein veränderlicher Strom zum Hubmagneten 89 geleitet wird, um das Ventil 87 entsprechend der Stellung des Leistungshebels und entsprechend der Triebwerksdrehzahl zu steuern.

In der Hauptleitung 17 ist ferner ein federbeaufschlagtes Druckventil 90 angeordnet, das über den Kanal 93 mit einem Absperrventil 103 und über einen weiteren Kanal 98 mit der Saugseite der Pumpe 12 in Verbindung steht Das Absperrventil 103 versorgt die Hauptbrenner des Triebwerks über die Leitungen 104 mit Brennstoff. Die Hauptleitung 17 steht ferner über ein Hubmagnetventil 106 und einen Absperrhahn 107 mit den Leitungen 108 in Verbindung, die die Starterdüsen des Triebwerks mit Brennstoff versorgen.

Im Betrieb wird die eine Seite des Kolbenelements 59 des Überströmventils 53 über die Bohrung 73 im Schließglied 58 mit dem Druck am Einlaß 55 beaufschlagt, während an der anderen Seite des Kolbenelements 59 der Druck zwischen den Drosselstellen 62, 63 über die Leitung 61 anliegt. Das Kolbenelement 59 wird also einem Servodruckabfall ausgesetzt der proportional zum Druckabfall am Zumeßventil 14 ist und der bestrebt ist, das Schließglied in eine Richtung zu bewegen, die zunächst eine Freigabe der Auslaßöffnung 56 und dann der Auslaßöffnung 57 bewirkt Eine Erhöhung der Triebwerksdrehzahl drückt die Gewichte 66 nach außen, so daß das Ventilelement 69 gegen die Kraft der Feder 70 nach unten bewegt wird, bis das Lagerglied 75 am Ventilgehäuse 54 anstößt. Eine evtl. weitere Erhöhung der Triebwerksdrehzahl bewirkt daß sich das Schließglied 58 nach oben in Schließrichtung bewegt.

Das Überströmventil hält also den Druck am Einlaß 13 des Zumeßventils 14 auf einem Wert, der von dem Druckabfall am Zumeßventil 14 und von der Triebwerksdrehzahl abhängt, vorausgesetzt, daß die letztere ausreicht, um die Gewichte 66 gegen die Feder 70 zu bewegen. Für eine bestimmte Triebwerksdrehzah! herrscht somit eine entsprechende Druckdifferenz am Zumeßventil 14. Bei offener Auslaßöffnung 57 wird ein Teil der Rückflußmenge zum Brennstoffbehälter zurückgeleitet, anstatt in den Kreislauf durch die Pumpe 12 einbezogen zu werden. Eine Drehung des Ventilelements 69 und des Kolbenelements 59 durch den Schaft 65 verringert die statische Reibung auf ein Minimum. Die ineinandergreifenden Verlängerungen 71, 72 des Schließglieds 58 bzw. des Kolbenelements 59 verhindern eine Übertragung übermäßiger Drehmomentlasten auf den Schaft 65.

Die geringe Dichte der Fliehgewichte 66 bewirkt, daß die zum Schließen der Auslaßöffnungen 56, 57 ausgeübte Kraft für Brennstoff hoher Dichte geringer ist als für Brennstoff niedriger Dichte. Entsprechend ist die Rückflußmenge bei Brennstoff mit hoher Dichte größer. Der Wärmegehalt des zum Triebwerk kommenden Brennstoffs ist deshalb für einen bestimmten Durchflußquerschnitt des ZnmeßveniiU 14 im wesenlli chen konstant.

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Claims

1 Patentansprüche:

1. Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke mit einem Brennstoffbehälter, einer Brennstoffpumpe, einem der Brennstoffpumpe nachgeschalteten Zumeßventil und einem die überschüssige Brennstoffmenge an der Pumpendruckseite absteuernden Oberströmventil, das eine mit der Pumpensaugseite verbundene erste Auslaßöffnung und eine zweite Auslaßöffnung aufweist, wobei die Rückflußmenge in Abhängigkeit des Druckabfalls am Zumeßventil und der Triebwerksdrehzahl gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auslaßöffnung (57) mit dem Brennstoffbehälter in Verbindung steht, daß das Aufsteuern der zweiten Auslassöffnung (57) erst nach der Freigabe der ersten Auslaßöffnung (56) erfolgt, und daß beim Schließen des Oberströmventils (53) zuerst die zweite Auslaßöffnung (57) abgesperrt wird.

2, Brennstoffregelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließbewegung des Überströmventils (53) mit zunehmender Triebwerksdrehzahl fiber Fliehgewichte (64,66) steuerbar ist, die sich an einem das Überströmventil in Schließrichtung durch eine Feder (70) beaufschlagenden Ventilelement (69) abstützen.