DE2319763B2 - Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents
Brennstoffzumeßeinrichtung für ein GasturbinenstrahltriebwerkInfo
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Description
so Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Brennstoffzumeßeinrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 19 32 792 bekannt Bei dieser Brennstoffzumeßeinrichtung
wird einer der beiden Arbeitsräume des Stellmotors mit gefiltertem Brennstoff beaufschlagt,
während der andere Arbeitsraum mit ungefiltertem Brennstoff versorgt wird. Ober diesen Arbeitsraum
können daher im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen in den Stellmotor gelangen und so die Reibung des
Kolbens erhöhen. Außerdem können im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen die Führung der Kolbenstange
beeinträchtigen, wenn Brennstoff längs der Kolbenstangenführung zu der Brennstoffauslaßkammer
strömt. Im Bereich der Führung des von der Ventilnadel abgewandten Kolbenstangenendes stellt sich das
Problem einer Verschlechterung der Gleiteigenschaften durch VeiTinreinigungen besonders stark, da der
Unterschied zwischen dem Brennstoffdruck in der-Brennstoffauslaßkammer
und dem benachbarten Arbeitsraum des Stellmotors ganz beachtlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzumeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß Störfreiheit und Leichtgängigkeit der Ventilnadel und des ihr zugeordneten
Stellmotors verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Aus der US-PS 32 23 104 ist bereits ein elektrohydraulisches Steuerventil für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder bekannt, bei welchem der Ventilschieber an seinen beiden Stirnflächen mit gefilterter Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird. Der hierbei wirkende Druck wird durch ein Klappenventil in entgegengesetztem Sinn ausgehend von einem mittleren Wert verändert; das Klappenventil ist zweiseitig und gegensinnig wirksam, indem dessen Ventilklappe der Strömung aus zwei auf sie entgegengesetzt wirkenden Düsen, die mit den Arbeitsräumen an den Stirnflächen des Ventilschiebers verbunden sind, ausgesetzt ist. Abgesehen davon, daß sich bei diesem elektrohydraulischen Steuerventil das Problem der Leichtgängigkeit des Ventilschiebers wegen der beidendigen Führung des Ventilschiebers weniger stark als bei einer fliegend gelagerten Ventilnadel stellt, kann es bei diesem Steuerventil dennoch zu Verunreinigungen an den Laufflächen des Ventilschiebers kommen, da der Ventilschieber über die eigentlichen Zuführleitungen direkt mit ungefilterter Hydraulikflüssigkeit in Berührung gelangt.
Aus der US-PS 32 23 104 ist bereits ein elektrohydraulisches Steuerventil für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder bekannt, bei welchem der Ventilschieber an seinen beiden Stirnflächen mit gefilterter Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird. Der hierbei wirkende Druck wird durch ein Klappenventil in entgegengesetztem Sinn ausgehend von einem mittleren Wert verändert; das Klappenventil ist zweiseitig und gegensinnig wirksam, indem dessen Ventilklappe der Strömung aus zwei auf sie entgegengesetzt wirkenden Düsen, die mit den Arbeitsräumen an den Stirnflächen des Ventilschiebers verbunden sind, ausgesetzt ist. Abgesehen davon, daß sich bei diesem elektrohydraulischen Steuerventil das Problem der Leichtgängigkeit des Ventilschiebers wegen der beidendigen Führung des Ventilschiebers weniger stark als bei einer fliegend gelagerten Ventilnadel stellt, kann es bei diesem Steuerventil dennoch zu Verunreinigungen an den Laufflächen des Ventilschiebers kommen, da der Ventilschieber über die eigentlichen Zuführleitungen direkt mit ungefilterter Hydraulikflüssigkeit in Berührung gelangt.
Aus der GB-PS 7 33 529 ist es ferner bekannt, in der Führungsbohrung für den Schieber eines Drehschieberventils
eine Nut vorzusehen, die über einen Brennstoffilter mit der Druckseite einer Brennstoffpumpe verbunden
ist, um dadurch die Führungsbohrung des Ventilschiebers zu schmieren und zu spülen.
Durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen wird erreicht, daß für die
gesamte Servoverstellung der Ventilnadel ausschließlich gefilterter Brennstoff verwendet wird, so daß in den
Stellmotor keine Verunreinigungen eindringen können, die direkt dort oder in den Kolbenstangenführungen zu
Schwierigkeiten führen könnten. Ferne.· wird vom Prinzip der rein statischen Beaufschlagung der Arbeitsräume des Stellmotors abgegangen, wie es bei der
Zündeinrichtung nach der DE-OS 19 32 792 der Fall ist Durch die Arbeitsräume des Stellmotors strömt
nämlich ständig gefilterter Brennstoff. Dabei ist die Summe der Brennstoffteilströme durch die beiden
Arbeitsräume im wesentlichen konstant, über die Stellung des Klappenventils läßt sich aber die
Aufteilung des Gesanitstromes gefilterten Brennstoffes
auf die beiden Tetlströme einstellen. Das entsprechende
»dynamische« Arbeiten des Stellmotors ist nicht nur im Hinblick auf ein Herausspülen etwa doch noch
vorhandener feiner Brennstoffverunreinigungen aus dem Stellmotor von Vorteil; man kann beim dynamischen
Arbeiten auch eine feinere Dosierung der Ventilnadelbewegung erzielen, da sich Steuerströme
leichter präzise einstellen lassen als Steuerdrücke. Schließlich können bei einem Brennstoffkreislauf,
welcher durch die Arbeitsräume des Stellmotors unterhalten wird, auch etwa in die Arbeitsräume
gelangte kleine Gasmengen durch Mitschleppen im Brennstoff entfernt werden, die die Genauigkeit der
Durchsatzeinstellung nachteilig beeinträchtigen könnten.
Durch die in der Trennwand vorgesehene Ringnut, die mit dem Brennstoffauslaßdruck beaufschlagt wird,
ergibt sich eine Spülung mit gefiltertem Brennstoff die ein Eindringen von Verunreinigungen des nicht
gefilterten Brennstoffs aus den Kammern in den Stellmotor vermeidet.
Bei der im Anspruch 2 angegebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung arbeitet die Ventilnadel
mit der Zumeßöffnung einerseits und der Rücklauföffnung andererseits so zusammen, daß sich bei einer
Vergrößerung des Durchlaßquerschnitts der Zumeßöffnung der Durchlaßquerschnitt der Rücklauföffnung <io
verkleinert, und umgekehrt.
Anhand der einzigen Figur, die einen teilweisen Schnitt durch eine Brennstoffregelanlage eines Flugzeug-Gasturbinenstrahltriebwerkes
zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Brennstoffregelanlage regell den Durchsatz durch eine
Brennstoffleitua? 1, die mit den nicht gezeigten Einspritzdüsen der Brennkammer des Gasturbinen-Strahltriebwerkes
verbunden ist. Der Brennstoff, der so Verunreinigungen enthalten kann, wird bei 2 von einer
Brennstoffpumpe 3 entnommen. Die Brennstoffpumpe 3 ist zweckmäßigerweise eine Kreiselpumpe, deren
Funktionsweise durch Verunreinigungen nicht beeinträchtigt wird. Die Brennstoffpumpe 3 fördert den
Brennstoff über Öffnungen 3a, 3Z> in zwei Leitungsabschnitte
4a, 4b einer Leitung 4, die zum Einlaß 5 einer Brennstoffzumeßeinrichtung 6 führt. Die Wand des
Leitungsabschnittes Aa wird von einer porösen Hülse Ta
gebildet, die in einem Raum Tb eingeschlossen ist und mit diesem Raum einen Brennstoffilter 7 bildet. Vom
Raum Tb geht eine Leitung 8 aus, die somit dem Leitungsabschnitt 4a über die Hülse Ta gefilterten
Brennstoff entnimmt, und zwar zu noch zu erläuternden Zwecken. Für diese Zwecke ist nur ein geringer
Brennstoffdurchsatz erforderlich. Darüber hinaus besteht keine Gefahr, daß sich der Brennstoffilter 7
verstoDft. da die Eintrittsfläche dauernd durch den dem Leitungsabschnitt 4a mit großem Durchsatz strömenden
Brennstoff gespült wird, derart, daß der Druckverlust
am Brennstoffilter 7 vernachlässigbar ist, & h. der in
der Leitung 8 herrschende Druck praktisch gleich dem Druck in der Leitung 4 ist
Die Brennstoffzumeßeinrichtung 6 enthält eine Ventilnadel 9 mit einer zylindrischen Kolbenstange 9a
eines Stellmotors 11. Die Kolbenstange 9a gleitet in eine
Führungsbohrung 10, so daß die Durchtnttsquerschnitte einer Zumeßöffnung 12 und einer Rücklauföffnung 13 in
entgegengesetztem Sinn geändert werden. Hierdurch wird der Einlaß 5 der Brennzumeßeinrichtung mit einem
Auslaß 14 bzw. mit einem Raum 15 verbunden, der oberhalb der Brennstoffpumpe 3 mit einer Brennstoff-Rückführleitung
16 verbunden ist Der Auslaß 14 der Breanstoffzumeßeinrichtung mündet in einer Leitung
17, die über eine Ventileinrichtung 18 mit der zu den Brennkammer-Einspritzdüsen führenden Brennstoffleitung
1 verbunden ist Das öffnen und Schließen der Ventileinrichtung 18 wird über ein manuell betätigbares
Dreiwegeventil 19 gesteuert, derart daß eine Steuerkammer 18a der Ventileinrichtung 18 entweder mit der
Leitung 8 oder mit dem Raum 15 verbunden wird. Ist die Ventileinrichtung 18 geschlossen, so wird die Brennstoffleitung
1 mit einer Ablaßleitung 18ö verbunden.
Die Leitung 4 ist über ein Regelventil 20 mit einer Brennstoff- Rückführleitung 21 oberhalb der Brennstoffpumpe
3 verbunden. Nach einem allgemein bekannten Prinzip öffnet das Regelventil 20 mehr oder weniger die
Verbindung zwischen der Leitung 4 und der Leitung 21, derart, daß die Druckdifferenz Ap zwischen dem Einlaß
5 und dem Auslaß 14 der Brennstoffzumeßeinrichtung konstantgehalten wird. Zu diesem Zweck regelt ein die
Druckdifferenz Ap erfassender Druckfühler 22 — in Abhängigkeit von Ap — den Brennstoffdruck unterhalb
einer Drosselsteüe 23a in einer Leitung 23, die über einen dem Brennstoffilter 7 entsprechenden Filter 236
Brennstoff der Leitung 4 entnimmt. Der geregelte Druck wirkt über einen Balg 24 und beeinflußt die
Stellung einer Nadel 25 des Regelventils 20.
Die Ventileinrichtung 18 ist beim Anlassen des Gasturbinenstrahltriebwerks geöffnet und nur bei
Stillstand geschlossen. Sie bleibt bei der gesamten Betriebszeit geöffnet. Die Brennstoffzumeßeinrichtung
6 regelt den Brennstoffdurchsatz C durch die Leitungen 17 und 1. Der aktive Teil der Ventilnadel 9 besteht aus
einem sich konisch erweiternden Teil 12a und einem sich
konisch verjüngenden Teil 13a, die mit der Zumeßöffnung 12 zur Regelung des Durchsatzes C bzw. mit der
Rücklauföffnung 13 zusammenwirken, von wo aus der durch den Einlaß 5 in die Brennstoffzumeßeinrichtung 6
eintretende Durchsatzüberschuß in den Raum 15 und von dort in die Rückführleitung 16 abgezogen wird. Der
Druckverlust Ap an der Zumeßöffnung 12 wird vom Regelventil 20 konstantgehalten. Der Brennstoffdurchsatz
Cist daher nur eine Funktion vom Durchtrittsquerschnitt
der Zumeßöffnung 12. Es ist bekanntlich möglich, dem konisch sich erweiternden Teil 12 eine solche Form
zu geben, daß der Durchsatz C einem der Stellung der Ventilnadel 9 entsprechenden Abstand χ direkt
proportional ist. Dieser Abstand ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht.
Der Stellmotor 11 der Brennstoffzumeßeinrichtung 6 en^ält einen Stellmotorzylinder 26, in den ein mit der
Kolbenstange 9a der Ventilnadel 9 formschlüssig verbundener Kolben 27 gleitet. Eine Abzweigung 28 der
gefilterten Brennstoff enthaltenden Leitung 8 unterteilt sich in zwei Leitungsabschnitte 28a, 2Bb, die über
Drosselstelie 29a bzw. 29b die beiden Arbeitsräume 26a bzw. 26b des vom Kolben 27 unterteilten Zylinders
versorgt. Der Druck in beiden Arbeitsräumen 26a, 26£>
wird in Abhängigkeit verschiedener Parameter des Gasturbinenstrahltriebwerkes durch einen Übertrager
30 beeinflußt.
Der Übertrager 30 enthält zwei Hebel 31, 32, die zwischen sich zwei Rollen 33 einspannen. Der bei 31a
angelenkte erste Hebel 31 wird in entgegengesetzten Richtungen durch zwei Bälge 34,35 beaufschlagt, die so
eingerichtet sind, daß die resultierende Kraft P5 a
proportional dem Ausgang des nicht dargestellten Hochdruckverdichters des Gasturbinenstrahltriebwerkes
ist. Der Innenraum eines der Bälge 34, 35 ist dem Druck PS4 ausgesetzt, während der Innenraum des
anderen Balges zum Augleich der Wirkung des umgeDenden Druckes einem Unterdruck ausgesetzt ist.
Der zweite Hebel 32 hat jenseits seiner Anlenkstelle einen Arm 32£>, der unter der Wirkung einer Feder 36
steht, die sich auf einem Vorsprung 9b am Ende der Ventilnadel 9 abstützt. Das Ende des ersten Hebels 31
bildet eine Ventilklappe, die zwischen zwei gegenüberliegenden Düsen 37a, 376 bewegbar ist, wodurch ein
Klappenventil gebildet wird. Die Düsen 37a, 37i> sind
über Leitungen 38a, 38b mit den beiden Arbeitsräumen 26a, 26b des Zylinders 26 verbunden. Der Kolben 27 des
Stellmotors wirkt somit als Servokolben, der durch die vom Klappenventil modulierten Drücke gesteuert wird.
Der Hebel 32 bildet mit der Feder 36 ein Rückkopplungselement.
Somit entspricht jeder Stellung der doppelten Rolle 33 ein durch das Verhältnis x/Ps* und folglich ein durch
das Verhältnis C/PS4 bestimmter Wert Die doppelte
Roiie 33 wird von einem Schaft 39 getragen, der sich in der allgemeinen Richtung der Hebel 31,32 erstreckt und
am Ende eines Steuerhebels 40 angeschlossen ist Der Steuerhebel 40 ist mit einer Rolle 40a versehen, die von
einem Nocken 41 betätigt wird, dessen Stellung durch einen Motor 42 geregelt wird. Die Stellung der
doppelten Rolle 33 hängt somit vom Motor 42 ab, der seinerseits von einem nicht gezeigten Rechner in
Abhängigkeit verschiedener Parameter gesteuert wird.
etwa der Temperatur, der Drehzahl usw. Ein an den Motor 42 über eine Zahnradübersetztung 43a angeschlossener
Meßfühler 43 führt als Rückkopplung die Stellung des Nockens 41 in den Motor 42 ein.
Der durch die Brennstoffzumeßeinrichtung 6 bestimmte Brennstoffdurchsatz C ist somit eine vorgegebene Funktion von P5* und anderer durch den Rechner eingeführter Parameter. Die Führungsbohrung 10 für die Kolbenstange 9a verläuft durch eine Trennwand 44,
Der durch die Brennstoffzumeßeinrichtung 6 bestimmte Brennstoffdurchsatz C ist somit eine vorgegebene Funktion von P5* und anderer durch den Rechner eingeführter Parameter. Die Führungsbohrung 10 für die Kolbenstange 9a verläuft durch eine Trennwand 44,
ίο die den Zylinder 26 von einer Kammer 45 trennt; die
Kammer 45 ist eine Brennstoffauslaßkammer, die Brennstoff über die Zumeßöffnung 12 erhält und durch
den Auslaß 14 abgibt. In der Trennwand 44 ist eine Ringnut 46 gebildet, die über Kanäle 47 mit einem
kleinen ringförmigen Sammelraum 48 in Verbindung steht; der Sammelraum 48 seinerseits ist über einen
Kanal 49 mit der Leitung 8 verbunden.
Wie oben angegeben, ist der Druck des gefilterten Brennstoffs in der Leitung 8 praktisch gleich dem Druck
in der Leitung 4, der um den Betrag Ap größer ist als der Druck in der Kammer 45.
Der gefilterte Brennstoff hat daher die Neigung, von der Ringnut 46 zur Kammer 45 zu strömen und hindert
somit die Verunreinigungen im ungefilterten, in der Kammer 45 enthaltenen Brennstoff daran, in den
zwischen der Kolbenstange 9a und der Führungsbohrung 10 enthaltenen Spalt einzudringen, so daß keine
Gefahr eines Festfressens der Kolbenstange 9a in der Führungsbohrung 10 besteht. Auch die Gefahr eines
Festfressens des Kolbens 27 ist nicht gegeben, da der den Zylinder 26 füllende Brennstoff gefiltert ist
Die einzigen Kreisläufe, die gefilterten Brennstoff enthalten, nämlich diejenigen der Leitungen 8 und 23,
haben einen nur geringen Brennstoffdurchsatz. Da, wie oben erläutert, keine Gefahr eines Zusetzens der
Brennstoffilter 7 und 236 besteht, sind weder periodische Reinigungen noch Inspektionen erforderlich.
Obleich feine Filter die Neigung zum Vereisen haben, ist diese Gefahr bei den Brennstoffiltern 7 und 2Zb
aufgrund des großen Durchsatzes des vorbeiströmenden Brennstoffes nicht gegeben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk
mit
a) einem Ventilgehäuse, in welchem drei hintereinander gelegene Kammern ausgebildet sind,
wobei die erste Kammer eine mit der Druckseite einer Brennstoffpumpe verbundene
Brennstoffeinlaßkammer, die zweite Kammer eine Brennstoffauslaßkammer und die dritte
Kammer einen Stellmotorzylinder bildet, wobei die erste und die zweite Kammer durch eine
Zumeßöffnung miteinander verbunden sind und wobei die dritte Kammer in der Trennwand zur
zweiten Kammer und in der dieser gegenüberliegenden Wand jeweils eine mit der Zumeßöffnung
fluchtende Führungsbohrung aufweist;
b) einem doppeltwirkenden Stellkolben, der auf einer ihn koaxial durchdringenden Kolbenstange,
die an ihren Enden in den Führungsbohrungen axial verschieblich gelagert ist, befestigt ist
und mit dem Stellmotorzylinder einen Stellmotor bildet, dessen erster Arbeitsraum über eine
Drosselstelle und einen Brennstoffilter mit der Druckseite der Brennstoffpumpe verbunden ist
und dessen zweiter Arbeitsraum ebenfalls mit der Druckseite der Brennstoffpumpe verbunden
ist;
c) einem gemäß dem jeweiligen Brennstoffbedarf einstellbaren Klappenventil, über welches der
erste Arbeitsraum des Stellmotors mit einem Brennstoffrücklauf verbindbar ist und
d) einer an dem die Trennwand zur zweiten Kammer durchdringenden Ende der Kolbenstange
koaxial befestigten Ventilnadel, die einen konischen Teil aufweist, welcher die Zumeßöffnung
durchdringt und mit dieser einen dem jeweiligen Brennstoffbedarf entsprechenden Zumeßquerschnitt bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) der zweite Arbeitsraum (26a) mit der Druckseite der Brennstoffpumpe (3) ebenfalls über eine
Drosselstelle (29a; und den Brennstoffilter (7)
verbunden ist;
f) auch der zweite Arbeitsraum über das Klappenventil (31,37a, 37ο; mit dem Brennstoffrücklauf
verbindbar ist, wobei das Klappenventil zweiseitig und gegensinnig wirksam ist, indem
dessen Ventilklappe (31) der Strömung aus zwei auf sie entgegengesetzt wirkenden Düsen (37a,
37b), die jeweils mit einem der beiden Arbeitsräume (26a, 26b) verbunden sind, ausgesetzt
ist und
g) in der Trennwand (44) eine die Führungsbohrung (10) umgreifende Ringnut (46) vorgesehen
ist, die ebenfalls über den Brennstoffilter (7) mit der Druckseite der Brennstoffpumpe (3) verbunden
ist.
2. Brennstoffzumeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Ventilnadel (9) in Richtung auf ihr freies Ende-aus einem sich konisch erweiternden Teil
(12a;, der mit der Zumeßöffnung (12) zusammenwirkt,
und einem daran anschließenden sich konisch verjüngenden Teil (13a,) besteht und
b) das Ventilgehäuse [Wa) in der der Zumeßöffnung
(12) gegenüberliegenden Wand der ersten Kammer (bei 5) eine diese mit dem Brennstoffrücklauf
verbindende und zur Zumeßöffnung (12) koaxiale Rücklauföffnung (13) aufweist, die
mit dem sich konisch verjüngenden Teil (13a) der Ventilnadel (9) zusammenarbeitet
Applications Claiming Priority (1)
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ID=9097060
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Also Published As
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