DE2349368C3

DE2349368C3 - Strömungsabhängiges Drosselventil für das Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE2349368C3
Application number: DE2349368A
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Castle Bromwich Birmingham Smith
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1972-10-03
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1981-04-30
Also published as: GB1438112A; DE2349368B2; FR2201403B1; JPS5939631B2; US3881508A; FR2201403A1; DE2349368A1; IT996224B; JPS4972720A

Description

Die Erfindung betrifft ein strömungsabhängiges Drosselventil für das Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-AS 12 99 943 ist bereits ein derartiges Drosselventil bekannt. Wenn sich bei diesem bekannten Drosselventil das Ventilglied in dij Richtung bewegt, in der die Öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt verschlossen wird, steigt die Druckdifferenz an der Drosselöffnung mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt, so daß das Ventilglied weiter in Schließstellung bewegt wird. Das Drosselventil ist also rückgekoppelt. Es ist nun bekannt, daß Rückkopplungssysteme leicht zu unstabiler Rückkopplung neigen, was im vorliegenden Falle dazu führen kann, daß die Öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt zunächst völlig geschlossen wird. Dadurch wird den Brennern des Triebwerks mehr Brennstoff zugeführt, als von der Drehzahlregelungsvorrichtung gefordert. Durch den steigenden Druck in der zur Regelungsvorrichtung führenden Leitung wird anschließend das Drosselventil wieder geöffnet, worauf sich der Vorgang wiederholen kann. Das bekannte Drosselventil neigt also zu oszillierendem Betrieb. Der Neigung zum Oszillieren könnte zwar durch Erhöhung der Federkonstanten der auf das Ventilglied wirkenden Feder entgegengewirkt werden, doch wäre dazu eine sehr große Feder erforderlich, die die Abmessungen des Ventils in unerwünschter Weise vergrößern würde.

Aus dem DE-GM 18 07 755 ist ein strömungsabhängiges Drosselventil bekannt, dessen Ventilglied durch den Druck stromabwärts der Öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt belastet ist. Allerdings wirkt dieser Druck in Öffnungsrichtung.

Es stellte sich daher die Aufgabe, das bekannte Drosselventil so zu verbessern, daß eine präzise

Brennstoffabmessung bei Vermeidung eines oszillierenden Betriebs erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem Drosselventil gemäß der Erfindung wird zwar ebenfalls ein Steuerdruck rückgeführt, der das Ventil zu schließen sucht aber dieser Steuerdruck wird stromabwärts von der öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt abgeleitet und nimmt ab, wenn das Ventil schließt Dies hat die gleiche Wirkung wie eine Erhöhung der Federkonstante, jedoch ist die Reaktion auf die Strömungskräfte im Ventil sehr viel feinfühliger als beim Einsatz einer Feder mit höherer Federkonstante.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Die Zeichnung gibt eine schematische Darstellung des Drosselventils gemäß der Erfindung und seine Anordnung im Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks wieder. Das Drosselventil besteht aus einem Gehäuse 10, in dem eine Buchse 11 eingesetzt ist. Die Buchse 11 weist eine Anzahl von Öffnungen 12 auf, die zusammen mit einem Ventilglied 13 eine öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt bilden. Das Ventilglied 13 ist mit einer Verzahnung versehen, in die im Betrieb die Zähne eines Zahnrades eingreifen und das Ventilglied 13 gegenüber der Buchse 11 drehen können. Das Ventilglied 13 selbst hat die allgemeine Form eines Hohlzylinders mit zylindrischer Außenfläche und •abgestufter zylindrischer Innenfläche. Das Ende des Ventilgliedes 13 mit dem großen Innendurchmesser sitzt drehbar in einem Lager 15 und befindet sich in einer Einströmkammer 16. Ein am Gehäuse 10 befestigtes zapfenförmiges Teil 17 erstreckt sich durch dieses Ende des Ventilgliedes 13 und weist an seinem freien Ende einen Kopf 19 von abgestufter zylindrischer Form auf, der an der Innenfläche des Ventilgliedes 13 an gegenüberliegenden Seiten des Absatzes 18 angreift. Das zapfenartige Teil 17 ist rohrförmig ausgebildet und hat in der Wand eine Öffnung 20 sowie eine Reihe von weiteren öffnungen 21, die zusammen eine Drosselöffnung von unveränderlichem Durchflußquerschnitt bilden, durch die der Brennstoff von der Einströmkammer 16 zu den Öffnungen 12 fließt.

Das Gehäuse 10 ist mit einer Innennut 22 versehen, die die öffnungen 12 umgibt und die durch Bohrungen 23, 24 in der Buchse 11 und einem darin befindlichen Lager 25 mit einer Außennut 26 im Ventilglied 13 verbunden ist. Bohrungen im Ventilglied 13 verbinden die Außennut 26 mit einer Ringkammer 9, die zwischen dem Kopf 19 und dem Innenraum des Ventilgliedes 13 ausgebildet ist.

Das Drosselventil wird in dem Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks zusammen mit einer von dem Triebwerk 28 angetriebenen Zahnradpumpe 27 und einer mit der Zahnradpumpe gekoppelten Kreiselpumpe 29 eingesetzt. Die Druckseite der Zahnradpumpe 27 ist mit der Einströmkammer 16 verbunden, während die Druckseite der Kreiselpumpe 29 sowohl mit der Ansaugseite der Zahnradpumpe 27 als auch mit einer Kammer 30 verbunden ist, die den Zahnkranz 14 umgibt. Die Innennut 22 ist über eine Brennstoffzumeßeinrichtung 31, die verschiedene Eingangssignale vom Triebwerk 28 und von einer Handsteuerungseinrichtung 32 empfängt, mit den Brennern des Triebwerks 28 verbunden. Das Ende der Buchse 11 steht mit einem

Überströmventil 33 in Verbindung, das von einem Drucksignal von der stromabwärts gelegenen Seite der Zündeinrichtung 31 beaufschlagt wird, so daß die überströmende Brennstoffmenge von dem Gesamtdruckverlust in der öffnung mit veränderlichem Durchflußquerschnitt 12,13 und der Zündeinrichtung 31 abhängt Oberlaufender Brennstoff wird in die Kammer 30 zurückgeführt Zwischen dem Ende der Buchse 11 und der Kammer 30 ist ein Oberdruckventil 34 angeordnet, das sich aber nur öffnet, wenn das Überströmventil 33 nicht genug Brennstoff durchfließen läßt, um den Druckam Ende der Buchse 11 unter den öffnungsdruck des Überdruckventils 34 zu senken, z. B. wenn ein Absperrhahn 37 stromabwärts von der Zumeßeinrichtung 31 und ihrer Verbindung mit dem Überströmventil 33 geschlossen wird oder ist

Außerdem ist zwischen der Einströmkammer 16 und der Buchse 11 ein elektrisch betätigtes Drosselorgan 35 angeordnet, das von einem oder mehreren vom Triebwerk 28 ausgehenden Signalen gesteuert wird.

Das Ventilglied 13 wird durch eine Feder 36 in die dargestellte Öffnungsstellung gedrückt. Deim Durchfluß von Brennstoff durch das Drosselventil entsteht an der öffnung 20, 21 mit unveränderlichem Querschnitt ein Druckverlust. Dieser Druckabfall erzeugt eine in Schließrichtung auf das Ventilglied wirkende Kraft. Bei voll geöffnetem Ventil ist der Druck in der Ririgkammer 9 im wesentlichen gleich dem stromabwärts von der Öffnung 20, 21 mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt herrschenden Druck. Wenn die in Schließrichtung wirkende Kraft größer als die Federkraft wird, beginnt sich das Ventil zu schließen, und durch die Schließbewegung wird der Druck in der Kammer 9 vermindert Die Kammer 9 hat also den gleichen Effekt wie eine Erhöhung der Federkonstanfn der Feder 36 und stabilisiert das Drosselventil gegen niederfrequente Druckschwankungen. Ein Oszillieren des Ventilgliedes wird vermieden. Das Überströmventil 33 gewährleistet, daß der Gesamtdruckverlust in der Öffnung mit 34 veränderlichem Durchflußquerschnitt 12, 13 und in der Zumeßeinrichtung 31 im wesentlichen konstant bleibt so daß der Brennstoffzufluß zum Triebwerk ordnungsgemäß auf Grund der die Zumeßeinrichtung 31 beeinflussenden Triebwerkskenngrößen und der Drehzahl des Triebwerks geregelt wird, die allein den Brennstoffdurchfluß durch die öffnung 20, 21 von unveränderlichem Durchflußquerschnitt bestimmt, wenn das Drosselorgan 35 geschlossen ist Durch Abzweigen eines Teils des von Zahnradpumpe 27 geförderten Brennstoffs bewirkt das Drosselorgan 35 sogar eine Abgleichung des Systems, so daß die öffnung 20, 21 mit unveränderlichem Querschnitt für einen geringeren Durchfluß ausgelegt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strömungsabhängiges Drosselventil für das Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks, mit einer Drosselöffnung von unveränderlichem Durchflußquerschnitt und einer damit in Reihe angeordenten Öffnung von veränderlichem Durchflußquerschnitt, die von einem Ventilglied steuerbar ist, das in Öffnungsrichtung von einer Druckfeder sowie vom Druck stromabwärts von der Drosselöffnung mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt und in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts von der Drosselöffnung belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (13) einen Bereich (18) aufweist, auf den der Druck stromabwärts der Öffnung \12) mit veränderlichem Durchflußquerschnitt in Schließrichtung wirkt

2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (13) als Hülse mit einer abgestuften Innenbohrung ausgebildet ist, in die sich ein feststehendes, zapfenartiges Bauteil (17) mit einem eine abgestufte zylindrische Form aufweisenden Kopf (19) erstreckt, wobei der von den Abstufungen gebildete Ringraum (9) vom Druck stromabwärts der öffnung(12) beaufschlagt ist.

3. Drosselventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Bauteil (17) hohl ist und die Drosselöffnung (20, 22) mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt aufweist.