DE2210305A1

DE2210305A1 - Stroemungssystem, insbesondere brennstoffsystem fuer triebwerke

Info

Publication number: DE2210305A1
Application number: DE2210305A
Authority: DE
Inventors: Raymond John Grill
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1969-11-04
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE2210305B2; DE2210305C3; US3664509A; GB1331398A

Description

TRW INC., 23 555 Euclid Avenue, Cleveland, Ohio 44 117/V.St.A.

Unser Zeichen: T II56

Strömungssystem, insbesondere Brennstoffsystem für Triebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf die Technik des Schutzes von Vorrichtungen in Strömungssystemen gegen Verschmutzungen in den fluiden Medien, die von den Vorrichtungen gehandhabt werden, wie beispielsweise Pumpen, und die Erfindung besieht sich insbesondere auf die Filtertechnik. Die Erfindung ist insbesondere bei Flugzeugbrennstoffsystem von Bedeutung, bei denen durch die Erfindung die Haupttriebwerks-Brennstoffpumpe geschützt wird, ohne daß es erforderlich ist, einen Vorratsbehälter vorzusehen, in dem die abgefangenen Schmutzteilchen gesammelt werden.

Durch die Erfindung wird ein System wie beispielsweise sin Flugzeugbrennstoffsystem geschaffen, welche den dauernden Schutz vor Anlagen, wie beispielsweise Flugzeugbrennstoffpumpen gegen Schmutzteilchen ermöglicht und bei dem kein Raum.für einen Vorratsbehälter erforderlich ist, um abgefangene Schmutzteilchen zu speichern und bei dem kein Austausch von Filterelementen notwendig ist und wobei gleichseitig ein konstanter Druckabfall aufrechterhalten wird.

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Gemäß der Erfindung schneidet ein sich dauernd umdrehendes Filterelement die Einlaß- und Auslaßkanäle der die Flüssigkeiten handhabenden Einrichtung, die geschützt werden soll, wie beispielsweise einer Pumpe.

Schmutzteilchen in der Flüssigkeit werden vom Einlaß zum Auslaß der Anlage hin abgelenkt, die geschützt wird, ohne daß diese Schmutzteilchen durch die Anlage selbst hindurchgehen können. Wegen der dauernden Umdrehung des Filters werden Schmutzteilchen aus der Flüssigkeit entfernt, die in die Vorrichtung eintritt, während gleichzeitig diese Schmutzteilchen durch die umgekehrte Strömung, die die Anlage verläßt, aus dem Filter herausgespült werden.

Der sich kontinuierlich drehende Filter ist vorzugsweise zwischen der Förderstufe und der Hochdruckzahnradpumpenstufe eines Brennstoffsystems für Flugzeuge mit Strahltriebwerken angeordnet. Der Filter wird vorzugsweise über eine mechanische Antriebsabnahme von der vom Triebwerk angetriebenen Brennstoffpumpe angetrieben. V/ährend ein lokalisierter Ab- . schnitt des Filters Verschmutzungen aus der Flüssigkeit herausfiltert, die durch den Filter in einer Richtung hindurchströmt, wird ein anderer lokalisierter Abschnitt des Filters durch den Flüssigkeit gespült, die durch den Filter in der entgegengesetzten Richtung hindurch fließt und gleichzeitig wird der Filter gedreht, so daß fortschreitend Schmutzteilchen enthaltene Abschnitte des Filters in den Spülbereich gelangen und gleichzeitig saubere Abschnitte des Filters dem Filterbereich zugeführt werden.

Die Erfindung seil in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strömungssystems, bei dem der erfindungsgemäße Drehfilter zwischen der Förderstufe und der Hochdruck-

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zahnradstufe eines Brennstoffsystems für Strahltriebwerke angeordnet ist,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Antriebsanordnung für den sich drehenden Filter in einem Brennstoffsystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines sieh drehenden Filters gemäß der Erfindung

und
Fig. k eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IV-IV* der Fig. 3·

In Fig. 1 ist mit 10 ganz allgemein eine mögliche Ausführungsform eines Flüssigkeitshandhabungssystems gemäß der Erfindung dargestellt. In dem System 10 wird Brennstoff für ein Strahltriebwerk von einem Behälter 11 einer allgemein mit 12 bezeichneten Pumpe dargestellt, wobei diese Pumpe eine Förderstufe 13 und eine Hochdruckpumpenstufe 14 aufweist. Der sich kontinuierlich drehende Filter 15 ist zwischen der B'örderstuf 13 und der Hochdruckpumpenstufe 14 des Pumpengerätes angeordnet. Brennstoff, der von der Förderstufe 13 kommt, tritt in einen Einlaß 16 auf einer Seite des Filters 15 auf und strömt durch den Filter hindurch und gelangt dann zur Zahnradpumpe 14, aus der er in die Auslaßseite 17 des Filters 15 eintritt. Diese Auslaßseite liegt gegenüber der Einlaßseite Die Flüssigkeit strömt wieder durch den Filter 15 und zwar entgegengesetzt zu ihrer ersten Strömungsrichtung und dann strömt der Brennstoff zu einer Strömungssteuerung 18 und von dort zu einer Brennerdüse 19 eines Strahltriebwerkes.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der sich drehende Filter Schmutzteilchen aus dem Brennstoff abfiltert, so daß diese nicht in die Hochdruckpumpe 1^}\ eintreten und dann werden diese ausgefilterten Schmutzteilchen wieder in den Brennstoff ein-

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geführt, der diese Pumpenstufe verläßt.

Wie Fig. 2 zeigt, wird die Pumpeneinheit 12, die sowohl die Förderstufe als auch die Pumpenhochdruckstufe aufweist, über einen Antrieb 20 angetrieben, der seine Antriebskraft dem nicht dargestellten Strahltriebwerk entnimmt. Der sich drehende Filter 15 wird von einem Antrieb 21 angetrieben, der mit dem Antrieb der Pumpe 14 verbunden ist. Der Antrieb 21 weist ein Ritzel 22 auf, welches direkt mit einem angetriebenen Zahnrad der Zahnradpumpenstufe 14 verbunden ist. Dieses Ritzel 22 treibt ein Zahnrad 23 n*it Innenverzahnung, welches mit einer Antriebswelle 24 für den Filter 15 verbunden ist.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, weist der sich drehende Filter 15 im allgemeinen ein zylindrisches Gehäuse 25 auf, welches aus zusammenpassenden Gehäusehälften 26 und 27 besteht, die aneinander mittels Schraubenbolzen 28 befestigt sind. Der Gehäuseabschnitt 26 weist einen zentralen Ansatz 28 mit einem geschlossenen Ende auf, und dieser fluchtet mit einem zentralen Ansatz 29 mit offenem Ende, der im Gehäuseabschnitt 27 angeordnet ist. Die Ansätze 28 und 29 tragen Lager 30» die drehbar eine Antriebswelle 24 aufnehmen. Die Welle ist durch eine Dichtung 31 im offenen Ende des Ansatzes 29 abgedichtet.

Die Welle 24 weist einen verbreiterten mittleren Nabenabschnitt 32 auf, an dem eine sich drehende Filterscheibe 33 befestigt ist, die sich radial von dieser Welle aus quer durch den mittleren Abschnitt einer zylindrischen Kammer 34 erstreckt, die im Gehäuse 25 vorhanden ist. Die Filterplatte 33 besteht, wie dargestellt, aus Endplatten 35, von denen jede ein kreisförmiges Band 36 von öffnungen trägt. Zur Verbindung dieser öffnungen und zum Zusammenhalten der Baugruppe dienen rohrförmige Elemente 38. Diese Elemente enthalten Filtermedien, wie beispielsweise gestapelte Siebpackungen. Diese Siebpackurigen weisen einen fortschreitenden feineren Siebgrad vom Einlaß zum Auslaßende der Rohre 38 auf (bei der Betrachtung der Fig. 3

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von oben nach unten). Die Filterscheibe 33 ist praktisch eine zylindrische Platte oder Trommel mit flachen Endflächen und mit einem Umfang, dessen Durchmesser geringer ist als der des Gehäuses 25* so daß diese Filterscheibe frei in der Kammer 3¹* sitzt. Die Endplatten 35 der Filterscheibe 33 können aus Metall, aus starrem Kunststoff od. dgl. bestehen, wobei die öffnungen, die in einem kreisförmigen Band 36 angeordnet sind, den mittleren Nabenabschnitt 33 umgeben. Das Band 36 besteht aus auseinanderfolgenden kreisförmigen Reihen von öffnungen, die mit dem Filtermedium 37 fluchten.

Die Gehäusehälfte 26 weist mit Gewinde versehene Ansätze 39 und 40 zu beiden Seiten des mittleren Ansatzes 28 auf. Die Gehäusehälfte 27 hat ähnliche, mit Innengewinden versehene Ansätze 41 und 42, wobei der Ansatz 41 mit dem Ansatz 39 fluchtet, und der Ansät ζ -42 mit dem Ansatz 40 fluchtet.

Jede Gehäusehälfte 26 und 2" weist einen nach innen sieh erstreckenden zylindrischen Flansch 43 auf, der mit jedem der Ansätze 39 und 40 fluchtet und der sich nach innen bis dicht zur Oberfläche der Filterscheibe 33 hin erstreckt. Dieser Flansch 43 hat eine äußere Umfangsnut und in dieser Nut ist eine O-Ringdichtung 44 angeordnet. Sin zylindrischer starrer Dichtungsring 45 umgibt die Flansche 43 und dichtet gegen die O-Ringe 44 ab. Federn 46 zwischen den Gehäusehälften und diesen Dichtungsringen 45, wie beispielsweise Federplatten, drücken die Dichtungen 45 gegen die Seiten der Filterscheibe 33 an.

Das Öffnungsband 36 durch den Filter 33 hindurch weist eine radiale Breite auf, die gleich dem Innendurchmesser der Dichtungen 45 ist oder geringer als diese, so daß sieh die Dichtungen über die Reihen von öffnungen weg erstrecken, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

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Die Flansche 43 und die Dichtungen 45 arbeiten zusammen, um lokalisierte Bereiche dieser Öffnungsbänder 36 zusammen mit dem Einlaß l6 und dem Auslaß 17 zu bestimmen. Der Ansatz 39 steht mit einer Kreiszone innerhalb des Flansches 4 3 in Verbindung und eine von diesem Ansatz kommende Strömung fließt durch diese lokalisierte Zone hindurch und die Öffnungen 36, die mit dieser Zone fluchten, und dann in eine ähnliche Zone auf der anderen Seite der Filterscheibe, die mit dem Ansatz ¹Il in Verbindung steht. In gleicher Weise mündet der Ansatz 42 in eine lokalisierte Zone auf der anderen Seite des Gehäuses, die wiederum mit einem lokalisierten Ring von Öffnungen in Verbindung steht, der diametral dem Einlaß gegenüberliegt und diese Öffnungen geben die Strömung durch den Ansatz ^O hindurch ab.

In Pig. 4 ist die lokalisierte Zone von Öffnungen 36, die mit dem Einlaß 16 fluchtet, mit 47 bezeichnet, während die lokalisierte Zone von Öffnungen, die mit dem Auslaß 17 fluchtet, mit 48 bezeichnet ist.

Wenn die Filterscheibe 33 von der Antriebswelle 24 angetrieben wird, fluchten die Filteröffnungen 36 nacheinander mit den Zonen 47 und 4 8 und die Strömung, die durch den Einlaß l6 hindurchströmt, wird gefiltert, wobei die Schmutzteilchen vom Filtermaterial 38 in den Öffnungen gehalten werden. Lediglich klar gefilterter Brennstoff kann in die Pumpenstufe 14 eintreten.

Der Brennstoff, der aus der Pumpenstufe 14 austritt, tritt dann in den Auslaßkanal 17 ein und strömt zurück durch die Filterscheibe 33 und zwar in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung, in der der Brennstoff zuerst durch den Filter hindurchgegangen ist. Dadurch wird das Filtermaterial 38 gespült und die Schmutzteilchen werden aus dem Filter herausgewaschen. Die gesäuberten Filterabschnitte werden dann zum Einlaß 16 zurückgeführt.

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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Filterscheibe 33 kontinuierlich gedreht wird, um gereinigte Pilterabschnitte dem Einlaß zuzuführen und um gleichzeitig die verschmutzten Stellen zu waschen oder zu spülen. Alle Schmutzteilchen werden in die vorher gefilterte Flüssigkeit zurückgeführt und das Filterelement kann sieh nicht verstopfen und es sich bildet sich auch kein Rückdruck durch den Filter hindurch aus. Da sich die Filterscheibe 33 kontinuierlich dreht, werden Schlammteilchen oder Eisteilchen, die sich im System ausbilden können, aufgebrochen und ein Verstopfen des Einlasses wird verhindert. Diese Bearbeitung von Eisteilchen führt dazu, daß diese schmelzen und wenn diese Teilchen den Auslaß des Filters erreichen, so werden diese aus dem Filter herausgespült und zwar durch den Hochdruckbrennstoff, der aus der Hochdruckpumpenstufe austritt.

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Claims

- 8 Patentansprüche

il.j Strömungssystem, gekennzeichnet durch einen einzigen Strömungsweg, in den Schmutzteilchen in der Flüssigkeit um eine Vorrichtung herum im System abgehängt werden, ohne daß diese das System verlassen, eine Leitung, die ein Einlaß- und ein Auslaßende hat, eine Vorrichtung, die einen Einlaß hat, der mit dem Einlaßende der Leitung verbunden ist und einen Auslaß, der mit dem Auslaßende der Leitung verbunden ist, eine Filtereinheit, die ein Gehäuse hat, das einen ersten Strömungskanal in der Leitung vor der Einlaßseite der Vorrichtung hat und einen zweiten Strömungskanal in der Leitung hinter der Auslaßseite der Vorrichtung, ein sich drehendes Filterelement in dem Gehäuse, durch das hindurch in einer Richtung Strömungsmittel durch den ersten Leitungsweg des Gehäuses hindurch strömt, um Schmutsteilchen von dem Strömungsmittel zu entfernen und welches in der entgegengesetzten Strömungsrichtung durch die zweite Öffnung des Gehäuses Strömungsmittel aufnimmt, um die Schmutzteilchen aus dem Filter zu entfernen, Einrichtungen, um den drehbaren Filter in dem Gehäuse zu drehen, um gleichzeitig saubere Filterbereiche dem ersten Strömungskanal zuzuführen und verschmutzte Filterbereiche dem zweiten Strömungskanal.

2. Brennstoffsystem für Brennkraftmaschinen oder Triebwerke mit einer vom Triebwerk angetriebenen Pumpe, die eine Förderstufe und eine Hochdruckpumpenstufe aufweist, gekennzeichnet durch eine einzelne Leitung, die Einlaßende aufweist, die der Förderstufe Brennstoff zuführt und ein Auslaßende, welches Brennstoff von der Zahnradpumpenstufe aufnimmt, eine Filtereinheit, die ein Gehäuse aufweist, mit einem ersten Strömungskanal zwischen der Förderstufe und der Zahnradpumpe, der Brennstoff von der Förderstufe in einer Richtung aufnimmt und den Brennstoff in die Pumpenstufe abgibt und mit einem zweiten Strömungskanal, der Brennstoff in entgegengesetzter Richtung von

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der Zahnradpumpe aufnimmt und in den Auslaß der Leitung abgibt, ein sich drehendes Filterelement in dem Gehäuse, welches von der Zahnradpumpe angetrieben wird, wobei das sich drehende Filterelement saubere Filterbereiche im Brennstoff darbietet, der in die Pumpenstufe eintritt und gleichzeitig verschmutzte Filterbereiche im Auslaß der Pumpenstufe darbietet, um dieses Filterelement zu spülen.

Brennstoffsystem für Brennkraftmaschinen mit einer einzelnen Brennstoffströmungsleitung, in der Schmutzteilchen im Brennstoff um eine Hochdruckpumpe herum abgeleitet werden, ohne daß die Schmutzteilchen den Strömungskanal verlassen, gekennzeichnet durch eine Förderpumpe, die einen Einlaß aufweist, der Brennstoff von einem Vorratsbehälter aufnimmt und einen Auslaß, der Niederdruckbrennstoff abgibt, eine Zahnradpumpe, die einen Einlaß aufweist, der Niederdruckbrennstoff vom Auslaß der Förderpumpe aufnimmt und einen Auslaß, lar- Hochdruckbrennstoff dem Triebwerk βuführt, einen Filter, der ein Gehäuse hat, welches einen ersten Durchlaßkanal zwischen dem Auslaß der Förderpumpe und dem Einlaß der Zahnradpumpe hat und einen zweiten Kanal zwischen dem Auslaß der Zahnradpumpe und dem Triebwerk, eine Filterscheibe, die drehbar in dem Filtergehäuse montiert ist und die mit der Zahnradpumpe verbunden ist, um sich gleichzeitig mit dieser zu drehen, um nacheinander lokalisierte Bereiche der Seheibe dem ersten Strömungsweg zuzuführen und dann dem zweiten Strömungsweg, wodurch Schmutzteilchen im Niederdruckbrennstoff, der aus der Förderpumpe kommt, aus dem Brennstoff, der in die Zahnradpumpe eintritt, entfernt werden, während diese Schmutzteilchen gleichzeitig aus der Filterscheibe herausgewaschen werden und zwar durch den Hochdruckbrennstoff, der aus der Zahnradpumpe austritt, so daß diese Schmutzteilchen in den Brennstoff, der zum Triebwerk strömt, wieder eingeführt v/erden, so daß hierdurch die Zahnradpumpe gegen Schmutzteilchen geschützt ist und sich eine Ansammlung von Schmutzteilchen nicht ausbilden kann.

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- ίο -

l\. Strömungssystem mit einem Strömungsweg, in dem Schmutzteilchen im Strömungsweg um eine Pumpe herum in dem System abgezweigt werden, ohne daß diese Schmutzteilchen das System verlassen, gekennzeichnet durch eine Leitung, die ein Einlaßende und ein Auslaßende hat, eine erste Pumpe in dieser Leitung, die Strömungsmittel aus dem Einlaßende aufnimmt, eine zweite Pumpe in dieser Leitung, die Strömungsmittel aus der ersten Pumpe aufnimmt und diese Strömungsmittel durch das Auslaßende abgibt, einen sich drehenden Filter in dieser Leitung, der einen ersten Kanal hat, der Strömungsmittel aus der ersten Pumpe aufnimmt und zur zweiten Pumpe führt und einen zweiten Strömungskanal, der Strömungsmittel aus der zweiten Pumpe aufnimmt und zu dem Auslaß führt, wobei eine sich drehende Filterscheibe in dem Filter vorgesehen ist, die sich durch den ersten und zweiten Strömungskanal hindurch bewegt, um Schmutzteilchen auf dem Weg zur zweiten Pumpe auszufiltern und um diese Schmutzteilchen in den zweiten Strömungsweg hinein zu fördern, damit diese Schmutzteilchen in den Auslaß mit dem Strömungsmittel gewaschen werden kann, das aus der zweiten Pumpe austritt und mit Dichtungen um jeden Strömungskanal, die auf die Filterscheibe einwirken, um die Strömung durch die Scheibe auf lokalisierte aufeinanderfolgende Bereiche der Scheibe zu beschränken, die gegenüber den Strömungskanälen offen liegen.

5. Filter nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit nach innen umgebogenen zylindrischen Flanschen zu beiden Seiten des Filters und mit zylindrischen Dichtungen, die diese Flansche umgeben und die gegen den Filter anliegen, um die Einlaß- und Auslaßbereiche zu begrenzen.

6. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen Ringe sind, die gegen gegenüberliegende Seiten der Filterscheibe angedrückt sind.

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7. Filter nach Anspruch H_t dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe eine zusammengebaute Baugruppe ist, die rohrförmige Elemente aufweist, welche das Filtermedium enthalten.

8. Filterscheibe nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium aus gestapelten Siebabsehnitten besteht, die aufeinanderfolgend vom Einlaß- zum Auslaßende hin feiner sind.

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