DE2319762B2 - Differenzdruck-Regelventil für eine Brennstoffversorgungsanlage - Google Patents
Differenzdruck-Regelventil für eine BrennstoffversorgungsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Differenzdruck-Regelventil
für eine Brennstoffversorgungsanlage für Gasturbinen mit einer axial beweglichen Ventilnadel, die den
Durchtrittsquerschnitt einer Brennstoff-Rückführleitung steuert, die stromauf eines Durchsatzsteuerventils
an einer ungefilterten, Brennstoff enthaltenden Brennstoffversorgungsleitung angeschlossen ist, und mit
einem zur Betätigung der Ventilnadel dienenden Balg, der innen und außen Brennstoff ausgesetzt ist.
Bei vorbekannten Differenzdruck-Regelventilen dieser Art (vgl. zum Beispiel US-PS 29 86 126) wird die
Ventilnadel des Differenzdruck-Regelventils von Brennstoff umspüit, der von der Brennstoffversorgungs-
leitung abgezweigt ist; da dieser Brennstoff ungefiltert ist, enthält er nicht selten Verschmutzungen. Es besteht
daher die Gefahr, daß die Gleitführung der Ventilnadel durch Verschmutzungen des Brennstoffs beeinträchtigt
wird.
Es ist bereits eine Brennstoffversorgungsanlage (US-PS 31 03 785) bekannt, bei der in der Brennstoffversorgungsleitung
ein Filter vorgesehen ist, durch das der gesamte Brennstoffstrom gefiltert wird. Das Differenzdruck-Regelventil,
das an der Brennstoffversorgungsleitung stromauf eines Durchsatzsteuerventils angeschlossen
ist und den Querschnitt einer Rückführleitung steuert, ist somit gefiltertem Brennstoff ausgesetzt, so
daß in diesem Fall ein Blockieren der Ventilnadel des Differenzdruck-Regelventils praktisch vermieden wird.
Nachteilig hierbei ist jedoch, daß das in der Brennstoffversorgungsleitung angeordnete Filter einen Druckabfall
bewirkt, der sich bei zunehmender Verschmutzung des Filters immer mehr erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differenzdruck-Regelventil der eingangs angegebenen
Art so auszubilden, daß die Gleitführung der Ventilnadel nicht durch ßrennstoffverschmutzungen beeinträchtigt
wird, ohne daß jedoch eine Filtrierung des Brennstoffs in der Brennstoffversorgungsleitung erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Differenadruck-Regelventil
mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilnadel
innen hohl und auf einem ortsfesten Schaft gleitend gelagert ist, daß das Innere des Balges mit dem Inneren
der Ventilnadel in Verbindung steht und daß das Innere des Balges mit gefiltertem Brennstoff beaufschlagt ist,
wogegen das Äußere des Balges von dem ungefilterten Brennstoff der Brennstoffversorgungsleitung umspült
ist.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung ist somit die Führung der Ventilnadel im Inneren der
Ventilnadel angeordnet, wobei das Innere der Ventilnadel mit dem Inneren des Balges in Verbindung steht und
somit gegenüber dem Außenraum des Ventils abgeschlossen ist. Dies bietet die Möglichkeit, lediglich den
dem Inneren des Balges zugeführten, mit der Führung der Ventilnadel in Berührung gelangenden Brennstoff
zu filtern, wogegen der in der Brennstoffversorgungsleitung geförderte Brennstoff ungefiltert sein kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand der einzigen Figur, die eine Brennstoffversorgungsanlage für ein Flugzeug-Gasturbinen-Strahltriebwerk
mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Differenzdruck-Regelventil darstellt, wird eine bevorzugte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Die teilweise in der Zeichnung gezeigte Brennstoff-Versorgungsanlage
soll den Durchsatz einer Brennstoffversorgungsleitung 1 regeln, die mit nicht gezeigten
Einspritzdüsen der Brennkammer eines Gasturbinen-Strahltriebwerks verbunden ist.
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 Schaufelpumpe, bei
deren Betrieb nicht die Gefahr besteht, daß sie durch die Verunreinigungen behindert wird, die sie über Ansaugöffnungen
3a, 3b in zwei Leitungen 4a, 4b fördert, die in einer am Eintritt S eines Durchsatzreglers 6 endenden
Brennstoffversorgungsleitung 4 münden. Die Förderleitung 4d besteht aus einem Abschnitt, dessen Wand
durch eine poröse Hülse 7a gebildet wird, die in einem
iiaum 76 eingeschlossen ist, der mit dieser Hülse 7a ein
Filter 7 bildet Vom Raum 76 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 ι υ
Brennstoff derart gewaschen wird, daß der Druckverlust des Brennstoffs beim Durchgang durch das Filter
vernachlässigbar ist. und daß der in der Leitung 8 herrschende Druck praktisch gleich dem Druck in der
Brennstoffversorgungsleitung 4 ist
Der Durchsatzregler 6 enthält eine Nadel 9 mit einem zylindrischen Schaft Sa, der unter der Wirkung einer
noch zu beschreibenden Steuereinrichtung If so in einer
Bohrung 10 gleitet daß im entgegengesetzten Sinn die Durchtrittsquerschnitte zweier öffnungen 12 und 13
geändert werden. Hierdurch wird der Eintritt 5 des Durchsatzreglers 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 Durchsatzreglers mündet in eine Leitung 17, die zum Versorgen der Einspritzdüse
durch eine Ventilgliedanordnung 18 mit der Leitung 1 verbunden werden kann. Das öffnen und Schließen der
Ventilgliedanordnung 18 kann von Hand mittels eines Dreiwegeventils 19 gesteuert werden, das ein Vertun- «>
den 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 Ablaßleitung 186.
Die den Durchsatzregler 6 von der Pumpe 3 aus versorgende Leitung 4 ist ferner über ein Differenzdruckregelventil
29 mit einer Rückführungsleitung 21 für Brennstoff oberhalb der Pumpe verbunden. Dieses
Regelventil öffnet mehr oder weniger die Verbindung zwischen der Brennstoffversorgungsleitung 4 und der *o
Leitung 21 in der Art, daß die Druckdifferenz Δρ zwischen dem Eintritt 5 und dem Austritt 14 des
Durchsatzreglers 6 konstant gehalten wird.
Das Regelventil 20 enthält eine in einem Raum axial bewegliche Ventilnadel 22. Dieser Raum bildet beiderseits
einer zentralen Auslaßkammer 25 zwei Einlaßkammern 23, 24, die mit der Auslaßkammer 25 in
Verbindung gesetzt werden können durch zwei ringförmige Öffnungen 23a bzw. 24a zwischen der
Nadel und zwei ringförmigen Sitzen 236 bzw. 246. Die 5u Nadel hat eine axiale Sacklochbohrung 26 mit
Kugelhülsen 26a, 266, 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 5~>
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 Einlaßkammern 23, 24 sind über Leitungen 23c w» bzw. 24c mit der Brennstoffversorgungsleitung 4
verbunden. Die Auslaßkammer 25 ist mit der Rückführungsleitung 21 verbunden. Die Außenflächen der
Ventilnadel 22 arbeiten mit den Sitzen 236 bzw. 246 zusammen und sind Kegelstümpfe, deren große Basen n">
zum Balg 29 so hin gewendet sind, daß beim Verschieben der Ventilnadel in Richtung dieses Balgs
der Durchtrittsquerschnitt beider ringförmiger Öffnungen 23a und 24a und folglich der von der Brennstoffversorgungsleitung
4 in die Rückführungsleitung 21 strömende Brennstoffdurchsatz vergrößert wird. Umgekehit
vermindert die Verschiebung der Nadel im entgegengesetzten Sinn diesen Durchsatz fortschreitend
bis zum Wert NuIL
Die Verschiebung der Ventilnadel 22 wird durch fütrierten Brennstoff gesteuert der die Sacklochbohrung
26 und den Innenraum des Balgs 29 ausfüllt und dessen Druck durch einen Meßfühler für Δρ (oder des
Differenzdrucks) genanntes Gerät 30 moduliert wird. Der Brennstoff wird der Brennstoffversorgungsleitung
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 27 in den Balg 29 mündet und der eine
Abzweigung 32c enthält die an einer gegenüber einem Anlagestück 30a in den Differenzdruckmeßfühler 30
mündenden Düse 33 endet Der Differenzdruckmeßfühler 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 der Brennstoffversorgungsleitung 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
Ablaßeinrichtung, deren Prinzip allgemein bekannt ist und die als Funktion von Δρ den Druck des filtrierten
Brennstoffs in der Leitung 32 unterhalb der Drosselstelle 32a moduliert Dieser modulierte Druck wird über
den Kanal 326 im Balg 29 des Regelventils 20 ausgeübt und wirkt auf die Ventilnadel 22 im gleichen Sinn wie die
Feder 28 und entgegengesetzt zu dem auf die Ventilnadel 22 wirkenden Eintrittsdruck des Brennstoffs.
Wenn Δρ 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 Ventilnadel 22 in Richtung dieses Balgs verschiebt und
den Durchtrittsquerschnitt der öffnungen 23a und 24a vergrößert Der Brennstoffaustritt von der Brennstoffversorgungsleitung
4 zur Rückführung 21 nimmt daher zu, so daß der Druck der Brennstoffversorgungsleitung
4 abnimmt und sich das Gleichgewicht wieder einstellt
Es soll darauf hingewiesen werden, daß der den
Innenraum der Ventilnadel 22 und des Balgs 29 ausfüllende, filtrierte Brennstoff nicht in Berührung mit
dem verschmutzten Brennstoff steht so daß sich die Verschiebung der Ventilnadel ohne die Gefahr des
Festfressens vollzieht Der filtrierte Brennstoff schmiert die Kugelhülsen 26a, 26b, die 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, modulierten Druck zu stören.
Die beiden Sitze 236, 246 haben den gleichen Durchmesser. Die Form der kegelstumpfförmigen
Flächen der Ventilnadel 22, mit denen diese Sitze zusammen arbeiten, kann leicht berechnet werden,
damit sich die durch die beiden Strömungen aus den EinlaCkammern 23, 24 erzeugten Reaktionen in
Richtung der zentralen Auslaßkammer 25 überlagern.
Die Brennstoffversorgungsanlage arbeitet in folgender Weise: Die Ventilgliedanordnung 18 ist beim
Anlassen der Strahlturbine geöffnet und wird nur beim Stillstand geschlossen. Die Ventilgliedanordnung 18
bleibt während der gesamten Betriebsdauer geöffnet
während der Durchsatzregler 6 den über die Leitungen 17 und 1 zu den nicht gezeigten Einspritzdüsen
gelieferten Brennstoffdurchsat:: regelt. Der 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 frei läßt bzw. der ringförmigen Öffnung 13 regelt, von wo der bei 5 in den m
Durchsatzregler 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
Druckverlust Ap wird durch das Regelventil 20 konstant ι".
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 >d
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. 396 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 sogenannte Kraftwaage 40 moduliert.
Die den zylindrischen Schaft 9a der Nadel 9 während seiner Verschiebung führende Bohrung 10 ist durch eine
Zwischenwand 41 hierdurch 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 Ringnut 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 in der Brennstoffversorgungsleitung
4, der um den Betrag Ap 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Differenzdruck-Regelventil für eine Brennstoffversorgungsanlage
für Gasturbinen mit einer axial beweglichen Ventilnadel, die den Durchtrittsquerschnitt
einer Elrennstoff-Rückführleitung steuert, die stromauf eines Durchsatzsteuerventils an einer
ungefilterten Brennstoff enthaltenden Brennstoffversorgungsleitung angeschlossen ist, und mit einem
zur Betätigung der Ventilnadel dienenden Balg, der innen und außen Brennstoff ausgesetzt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (22) innen hohl und auf einem ortsfesten Schaft (27)
gleitend gelagert ist, daß das Innere des Balges (29) mit dem Inneren der Ventilnadel (22) in Verbindung
steht und daß das Innere des Balges (29) mit gefiltertem Brennstoff beaufschlagt ist, wogegen das
Äußere des Balges von dem ungefilterten Brennstoff der BrennstoflVersorgungsleitung (4) umspült ist.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (22) mittels Kugelhülsen
(26a, 26b) verschiebbar auf dem Schaft (27) angeordnet ist
3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits einer zentralen
Auslaßkammer (25) je eine Einlaßkammer (23 bzw. 24) gebildet ist und daß die Einlaßkammern mit der
Auslaßkammer über zwei ringförmige öffnungen (23a, 24a) zwischen der Ventilnadel (22) und je einem
ringförmigen Sitz (23f> bzw. 24b) verbunden werden
können.
4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Sitzen (236, 24b)
zusammenwirkenden Abschnitte der Außenfläche der Ventilnadel (22) im gleichen Sinn geneigt sind.
5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sitze (23ft, 24b) gleiche
Durchmesser haben.
6. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum
der Venitilnadel (22) eine Sacklochbohrung (26) ist.
7. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Steuerdruckmittel der Brennstoffversorgungsleitung (4) über ein Filter (31) entnommener Brennstoff
ist, dessen Druck stromab einer Drosselstelle (32a) durch eine Absteuerung geändert wird, deren
Durchsatz durch einen Differenzdruckmeßfühler (30) geregelt wird.
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