DE2319762A1

DE2319762A1 - Regelventil eines brennstoffdurchsatzreglers, insbesondere fuer die brennkammer einer flugzeugstrahlturbine

Info

Publication number: DE2319762A1
Application number: DE2319762A
Authority: DE
Inventors: Claude Gustave Gaudas; Wilhelm Grunert
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1972-04-18
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-10-31
Also published as: GB1421010A; DE2319762C3; FR2180485A1; DE2319762B2; US3901263A; FR2180485B1

Description

PatentMiwlHt·

Dr. Ing. H. Negendanlc ·

S "9- H. Heudc - D^ p_hyf. W. SchmFfX

Dip». IngJ^Graalf» - Dipl. Ing. _W. Wehr»«

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Societe Nationale d¹ Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation

150, Boulevard Haussmann 11. April 1973

75 Paris, Frankreich Anwaltsakte M-2603

Regelventil eines Brennstoffdurchsatzreglers, insbesondere für die Brennkammer einer Flugzeugstrahlturbine

• Die Erfindung betrifft die Durchsatzregelung eines z.B. die Brenn-

kammer einer Flugeugstrahlturbine versorgenden Brennstoffs. Sie betrifft insbesondere ein Regelventil, das mit einem Durchsatzregler wirksam verbunden werden soll zum Ableiten eines Brennstoff anteils in eine Leitung, der von einer Pumpe zu einem Regler gefördert wird, um seinen Druck auf den gewünschten Niveau gegen- ; über dem Brennstoffdruck unterhalb des Reglers zu halten.

Die Regelventile haben im allgemeinen einen verschiebbaren Kolben der mit dem oberhalb des Reglers entnommenen Brennstoff in Berührung steht und der durch den Druck dieses Brennstoffs zum Öffnen und Schließen eines Durchtritts zum Rückführungskanal betätigt wird. Der von der Pumpe geförderte Brennstoff ist häufig

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verschmutzt, d.h. er enthält oft fest Verunreinigungen, etwa Metallteilchen. Die bekannten Regelventile haben den Nachteil, ver-

schiebbare Flächen *u haben, die durch diese Verunreinigungen Gei
fahr laufen zu verschmutzen oder sogar festzufressen.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß sie die \er schiebbaren Flächen mit filtriertem Brennstoff umspült.

Erfindimgsgemftß wird der zum Rückführungskanal führende Durch- - tritt·querschnitttudiese» Zweck durch eine hohle Nadel geregelt, j die verschiebbar aufeiaem Schaft angeordnet ist und durch einen Balg betätigt wird, der aülten von verschmutztem Brennstoff umspült wird und dessen inneres Volumen» das frei mit dem Innenraum der Nadel in Verbindung steht, dem Druck eines aus filtrier-\

tem Brennstoff bestehenden Steuerdruckmittels ausgesetzt ist.

Der filtrierte Brennstoff umspült somit den verschiebbaren Aufbau der Nadel auf dem Schaft, so daß die Nadel nicht Gefahr läuft, festzufressen durch die Verunreinigungen im nicht filtrierten j Brennstoff, dessen abgeleiteter Durchsatz zur Rückführung hin durch die Nadel geregelt wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben, sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Schnitt eines Reglers für eine Flugzeugstrahlturbine mit einem Regelventil nach der

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Der teilweise in der Zeichnung gezeigte Regler soll den Durchsatz einer Brennstoffversorgungsleitung 1 regeln, die mit nicht gezeigten Einspritzdüsen der Brennkammer der Strahlturbine verbunden ist. Der Brennstoff wird durch eine Brennstoffpumpe 3 bei 2 entnommen ·

Der verschmutzte Brennstoff, d.h. ein solcher, der feste Verunreinigungen enthält oder bei dem die Gefahr hierzu besteht, wird bei

2 von der Brennstoffpumpe 3 entnommen. Diese Pumpe ist eine Schau-' feipumpe, bei deren Betrieb nicht die Gefahr besteht, daß sie ; durch die Verunreinigungen behindert wird, die sie über Ansaug-

in öffnungen 3a, 3b in zwei Leitungen 4a, 4b fördert, die'einen am !

Eintritt 5 eines erfindungsgemäßen Reglers 6 endenden Kanals mün-j den. Die Förderleitung 4a besteht aus einem Abschnitt, dessen ; Wand durch eine poröse Hülse 7a gebildet wird, die in einem Raum 7b eingeschlossen ist, der mit dieser Hülse 7a ein Filter 7 bildet. Vom Raum 7b geht eine Leitung 8 aus, die somit der Leitung 4a über die Hülse 7a und somit filtrierten Brennstoff entnimmt, und die noch zu beschreibende Geräte versorgt. Diese Geräte haben einen sehr geringen Brennstoffdurchsatz. Darüber hinaus besteht keine Gefahr, daß sich die filternde Hülse 7a verstopft, da ihre Eintrittsfläche dauernd durch den in der Leitung 4a mit großem Durchsatz zirkulierenden Brennstoff derart gewaschen wird, daß der Ladungsverlust des Brennstoffs beim Durchgang durch das Filter vernachlässigbar ist und daß der in der Leitung 8 herrschende Druck praktisch gleich dem Druck im Kanal 4 ist.

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Der Durchsatzregler 6 enthält eine Nadel 9 mit eiern zylindrischen Schaft 9a, der unter der Wirkung einer noch zu beschreibenden Steuereinrichtung 11 so in einer Bohrung 10 gleitet, daß im ent- ; gegengesetzten Sinn die Durchtrittsquerschnitte zweier Öffnungen ^; 12 und 13 geändert werden. Hierdurch wird der Eintritt 5 des Reglers mit seinem Austritt 14 bzw. mit einem Raum 15 verbunden, der oberhalb der Pumpe 3 mit einem Rückführungskanal 16 für Brennstoff verbunden ist. Der Ausgang 14 des Reglers mündet in eine Leitung 17, die zum Versorgen der Einspritzdüse durch eine Ventilgliedanordnung 18 mit der Leitung 1 verbunden werden kann. Die Ventilgliedanordnung 18 ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Das öffnen und Schließen der Ventilgliedanordnung 18 kann von Hand mittels eines Dreiwegeventils 19 gesteuert werden, das ein Verbinden einer Steuerkammer 18a dieser Anordnung entweder mit der Leitung 8 oder mit dem Raum 15 gestattet. Das Schließen der ' Ventilgliedanordnung 18 verbindet die Leitung 1 mit einer Ablaß- ; leitung 18b.

Der den Regler 6 von der Pumpe 3 aus versorgende Kanal 4 ist ferner über ein Regelventil 20 mit einer Rückführungsleitung 21 für Brennstoff oberhalb der Pumpe verbunden. Dieses Regelventil öffnet mehr oder weniger die Verbindung zwischen dem Kanal 4 und der Leitung 21 in der Art, daß die Druckdifferenz Δ ρ zwischen dem Eintritt 5 und dem Austritt 14 des Reglers 6 konstant gehalten '

wird. I

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Das Regelventil 20 ist erfindungsgemäß ausgebildet und enthält eine in einem Raum axial bewegliche Nadel 22. Dieser Raum bildet beiderseits einer zentralen Austrittskammer 25 zwei Eintrittskammern 23, 24, die mit der Austrittskaramer 25 in Verbindung gesetzt werden können durch zwei ringförmige öffnungen 23a bzw. 24a zwischen der Nadel und zwei ringförmigen Sitzen 23b bzw. 24b. Die Nadel hat eine axiale Sacklochbohrung mit Kugelhülsen 26a, 26b durch die sie bewegbar auf einem am Boden der Kammer 24 befestigten Schaft angeordnet ist. Der Eintritt der Bohrung 26 ist stufenweise ausgebohrt zur Bildung einer Schulter 28a, auf der eine Feder 28 aufliegt, die sich am Boden der Kammer 24 abstützt, und ist mit einem Bund 29a versehen, an den das Ende eines Balgs 29 geschweißt ist, dessen anderes Ende dicht am.Boden der Kammer 24 befestigt ist. Die beiden Eintrittskammern 23, 24 sind über Leitungen 23c bzw. 24c mit dem Kanal 4 verbunden. Die Austrittskammer 25 ist mit der Rückführungsleitung 21 verbunden. Die Außenflächen der Nadel 22 arbeiten mit den Sitzen 23b bzx*. 24b zusam- , men und sind Kegelstümpfe, deren große Basen zum Balg 29 so hin gewendet sind, daß beim Verschieben der Nadel in Richtung dieses Balgs der Durchtrittsquerschnitt beider, ringförmiger öffnungen 23a und 24a und folglich der vom Kanal 4 in die Rückführungsleitung 21 strömende Brennstoffdurchsatz vergrößert wird. Umgekehrt vermindert die Verschiebung der Nadel im entgegengesetzten Sinn diesen Durchsatz fortschreitend bis zum Wert Null.

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Die Verschiebung der Nadel 22 wird durch filtrierten Brennstoff gesteuert, der die Bohrung 26 und den Innenraum des Balgs 29 ausfüllt und dessen Druck durch einen Meßfühler für Λ P Coder des Differenzdrucks) genanntes Gerät 30 moduliert wird. Der Brennstoff wird dem Kanal 4 durch ein dem Filter 7 analoges Filter 31 hindurch über eine Leitung 32 entnommen, die oberhalb einer Drosselstelle 32a einen Kanal 32b enthält, der quer zum Schaft 2 7 in den Balg 29 mündet, und der eine Abzweigung 32c enthält, die an einer gegenüber einem Anlagestück 30a in den Meßfühler 30 mündenden Düse 33 endet. Der Meßfühler enthält einen Raum 34, in dem das Anlagestück 30a unter den vereinigten Wirkungen eines Balgs 35 und einer Feder 36 axial beweglich ist. Der Innenraum des Balgs 35 steht über eine Leitung 35a mit dem Kanal 4 in Verbindung, während der Raum 34 an der Außenseite des Balgs über Leitungen 34a mit der Leitung 17 in Verbindung steht, in der der Brennstoff unterhalb des Reglers 6 strömt. Die Düse 33 bildet somit mit dem Anlagestück 30a eine Auslaßeinrichtung, deren Prinzip allgemein bekannt ist und die als Funktion von Λ ρ den Druck des filtrierten Brennstoffs in der Leitung 32 unterhalb der Drosselstelle 32a moduliert. Dieser modulierte Druck wird über den Kanal 32b im Balg 29 des Regelventils 20 ausgeübt und wirkt auf die Nadel 22 im gleichen Sinn wie die Feder 28 und" entgegengesetzt zu dem auf die Nadel 22 wirkenden"Eintrittsdruck des Brenn-

j Stoffs. Wenn /\ ρ zunimmt, hebt das Anlagestück 30a von der Düse 33 ab und bewirkt eine Verminderung des im Balg 29 wirkenden, modulierten Drucks, so daß sich die Nadel 22 in Richtung dieses Balgs verschiebt und den Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 23a

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und 24a vergrößert. Der Brennstoffaustritt vom Kanal 4 zur Rück- j

I führung 21 nimmt daher zu, so daß der Druck des Kanals 4 abnimmt und sich das Gleichgewicht wieder einstellt.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß der den Innenraum der Nade] 22 und des Balgs 29 ausfüllende, filtrierte Brennstoff nicht in Berührung mit dem verschmutzten Brennstoff steht,so daß-sich die Verschiebung der Nadel ohne die Gefahr des Festfressens vollzieht. Der filtrierte Brennstoff schmiert die Kugelhülse 26a, 26b, die j auch eine reibungsfreie Verschiebung gestatten. Das Filter 31 sowie das Filter 7 laufen aus dem gleichen Grunde nicht Gefahr zu verstopfen und daher den das Regelventil betätigenden, modulier- j

ten Druck zu stören. j

Die beiden Sitze 23b, 24b haben den gleichen Durchmesser. Die : Form der kegelstumpfförmigen Flächen der Nadel 22, mit denen die-

se Sitze zusammen arbeiten, kann leicht berechnet werden, damit sich die durch die beiden Strömungen aus den Kammern 23, 24 erzeugten Reaktionen in Richtung der zentralen Kammer 25 überlagern

Der ganze, dargestellte Regler arbeitet in folgender Weise: Die Venti&liedanordnung ist beim Anlassen der Strahlturbine geöffnet und wird nur beim Stillstand geschlossen. Die Ventilgliedanordnung bleibt während der gesamten Betriebsdauer geöffnet, während der Regler 6 den über die Leitungen 17 und 1 zu den nicht gezeigten Einspritzdüsen gelieferten Brennstoffdurchsatz C regelt. Der

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aktive Abschnitt der Nadel 9 weist zwei entgegengesetzte Flächenabschnitte 12a, 13a auf mit ungefähr der Form von zwei an ihren großen Basen verbundenen KegelStümpfen, die die Durchtrittsquerschnitte der ringförmigen Öffnung 12, die einen Durchtritt für den geregelten Durchsatz C freiläßt, bzw. der ringförmigen öffnung 13 regelt, von wo der bei 5 in den Regler eintretende, überschüssige Durchsatz in den Raum 15 und von dort in die Rückführungsleitung 16 entleert wird. Der vom Brennstoff beim Durchgang durch die ringförmige Regelöffnung 12 erfahrene Ladungsverlust <Δ ρ wird durch das Regelventil 20 konstant gehalten, wobei der diese öffnung 12 durchquerende Durchsatz C eine Funktion nur des Durchtrittsquerschnitts dieser öffnung ist.

Die Steuereinrichtung 11 des Durchsatzreglers enthält einen Zylinder 37, in dem ein mit dem Schaft 9a der Nadel 9 formschlüssig.· verbundener Kolben gleitet. Eine Abzweigung 39 der Leitung 8 für ; filtrierten Brennstoff teilt sich in zwei Zweige 28a, 28b, die _: über Drosselstellen 39a bzw. 39b die beiden Kammern des durch den! Kolben 38 getrennten Zylinders versorgen. Die Drücke in diesen beiden Kammern werden als Funktion verschiedener Parameter für die Regelung der Strahlturbine durch eine Kräfteausgleich genanntes Gerät 40 moduliert.

Die den zylindrischen Schaft 9a der Nadel 9 während seiner Ver-

hierdurch

Schiebung führende Bohrung 10 ist durch eine Zwischenwand 41/angeordnet, die den Zylinder 37 von einer Kammer 42 trennt, die

in der Öffnung 12 geregelten Brennstoff aufnimmt und durch den
Auslaß 14 abläßt. In dieser Zwischenwand 41 ist eine Pingnut 43 angeordnet, die mit der Leitung 8 in Verbindung steht. Wie oben angegeben, ist der Druck des filtrierten Brennstoffs in der Leitung 8 praktisch gleich dem Druck im Kanal 4, der um den Betrag j\ ρ größer ist als der Druck in der Kammer 42. Der filtrierte Brennstoff hat daher die Neigung, von der Ringnut 43 zur Kammer 42 zu strömen und hindert die Verunreinigungen im nicht filtrierten und in dieser Kammer zirkulierenden Brennstoff daran, in den zwischen dem Schaft 9a und der Bohrung 10 enthaltenen Spalt einzudringen, so daß keine Gefahr des Festfressens dieses Schafts
in dieser Bohrung besteht. Für den Kolben 38 besteht auch keine Gefahr des Festfressens, da der den Zylinder 37 füllende Brennstoff filtriert ist.

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Claims

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank Dipl. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz DIpI. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert 8 München 2, EviozartairaOe 23 Telefon 5380586 Societe Nationale d!Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation 150, Boulevard Haussmann 11. April 1973 Paris, Frankreich Anx^altsakte M-2603 Patentansprüche

1. Regelventil mit einem axial beweglichen Verschlußglied zum Pegeln des Querschnitts eines Durchtritts, der an eine Rückführungsleitung einen Kanal anschließt, der einen Durclisatzregler ■ für unter Druck stehenden Brennstoff versorgt, der feste Ver-

dem

unreinigungen enthält oder bei/die Gefahr dazu besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied eine hohle Nadel j ist, die verschiebbar auf einem Schaft angeordnet ist und durch j einen Balg betätigt wird, der außen vom Brennstoff umspült j wird und dessen inneres Volumen mit dem Innenraum der Nadel in Verbindung steht und dem Druck eines aus filtriertem Brennstoff bestehenden Steuerdruckmittels ausgesetzt ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel mittels Kugelhülsen verschiebbar auf dem Schaft ange- j ordnet ist. -11-j

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3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum beiderseits einer zentralen Auslaßkammer eine erste und eine zweite Einlaßkammer bildet, und daß diese Kammern mit der Auslaßkammer über zxvei ringförmige öffnungen zwischen der Nadel bzw. zwei ringförmigen Sitzen verbunden werden können.

4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

: Abschnitte der Außenfläche der Nadel entsprechend mit den beiden Sitzen zusammenarbeiten und im gleichen Sinn geneigt sind.

^:

5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sitze gleiche Durchmesser haben.·

6. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

■ gekennzeichnet, daß der Innenraum der Nadel eine Sacklochi

bohrung ist.

7. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerdruckmittel dem Versorgungskanal über ein Filter entnommener Brennstoff ist, der unterhalb der Drosselstelle durch einen Ausfluß moduliert wird, dessen Durchsatz durch einen Differenzdruckmeßfühler geregelt wird.

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