DE2543208A1

DE2543208A1 - Mediumdurchflussregelventil fuer brennstoffregelsystem fuer gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2543208A1
Application number: DE19752543208
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Smith
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1975-09-27
Publication date: 1976-04-29
Also published as: JPS5165219A; GB1514165A; FR2288866A1; US4019317A; FR2288866B1; IT1043271B

Description

[nachqereicht I

COHAUSZ & FLORACK

PATB NfTANWALT S B OR O 9 ζ Λ 3 2 O

D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANN8TB. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited

Great King· Street

GB-Bi rnMnghaia 26. September 1975

II§diumdurch.flui3regelyeiitil_f ür_Brermstoif ftgels^ste^füi^Gas turtinen triebwerk

Die Erfindung betrifft ein Mediumdurehflußregelventil für ein Brennstoff regelsystem für ein Gasturbinentriebwerk.

Erfindungsgeinä.O ist ein KediumdurchfIu3regelventil für ein Brennstoffregelsystem für ein Gasturbinentriebwerk gekennzeichnet durch einen
Körper mit einem 3inlai3 und einem ersten und einem zweiten Auslaß,
ein erstes und ein zweites Regelelement, die relativ zueinander und
au deia Körper verschiebbar sind und von denen das erste Hegelelement zum Teil eine Regeldosierblende bildet und von denen beide zur Bildung eines Drosselventils zusammenwirken, wobei die Dosierblende und das Drosselventil in Reihe zwischen den Einlaß und den ersten Auslaß geschaltet sind und wobei das erste und das zweite Regelelement auch zur Bildung eines Überlaufventils zwischen dem Einlaß und dem zweiten Auslaß zusammenwirken, wobei eine Bewegung des zweiten Regelelements zur Erhöhung des Durchflusses durch den ersten Auslaß gleichzeitig
zu einer Verringerung des Durchflusses durch den zweiten Auslaß führt, auf ein erstes Servodrucksignal ansprechende Mittel zur Bewegung des ersten Regelelements und auf Änderungen in einem zweiten Servodrucksi^nal ansprechende Mittel zur Verschiebung des zweiten Regelelements.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die verschiedene

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Teile eines Brennstoffregelsystems eines Gasturbinentriebwerks zeigen und die zusammen zu betrachten sind.

Das daxgestellte Brennstoffregelsystem ist zur Verwendung in einem Sweilätifer-Q-asturbinentriebwerk 10 vorgesehen, das ist ein Triebwerk mit einer inneren ITiedertourenwelle, auf der ein ITiederdruckkompressor und eine ^Turbine sitzen, und mit einer ?;ui5eren konzentrischen Hochtourenwelle, auf der ein Hochdruckkomprsessor und eine Turbine sitzen.

Eine Verdrängung3pumpe 11 ist mit einer Drehzahl sjagetrieben, die von der Drehzahl 1T_TT der TOchtourenwelle de3 Triebwerks abhängt. Die Pur.pe 11 liefert den Triebwerk 10 TPrenn stoff über ein Hegel ventil 15. Das Ventil 12 hat einen Körper 1J, der alt einen.. Einlad 1/j. und einem ersten ur.u. einem s v/ei ton Auslad 15 tav. 16 versehen 13t. Im Körper IJ ist ein Hülsenrsgeleleiaent 17 Ε-it üixnungen 13 verschiebbar, die in ständiger Verbindung mit dem Einlad I4 stehen, und es weist außerdem öffnungen 19 auf. Die Öffnungen 1> wirken mit dem Auslaß 15 zusammen, um eine Hegeldosierblende zu bilden, durch die Ia Betrieb Brennstoff durch einen Kanal 20 aura Triebwerk fließt.

Ia Element I7 ist ein weiteres Segelelement 21 verschiebbar. Das Element 21 hat eine Partie 22 reduzierten Durchmessers, die einen liingrauu 2J zwischen den Elementen I7 und 21 bildet. Ein Ende des Elements 21 wirkt mit den Öffnungen 18 χα Element I7 zusammen, um ein Drosselventil 24 in Heine mit dieser Dosierblende 25 zu bilden, die durch den Auslaß 15 und die Öffnungen 19 gebildet ist. Das andere Ende des Regelelements 21 ist mit öffnungen 26 versehen, die mit dem Einlaß I4 zusammenwirken und mit einem Ende des Elements I7 zusammenwirken, um ein Überlaufventil 27 zu bilden, durch das Brennstoff vom Einlaß I4 zum Auslaß 16 und dann durch einen Kanal 28 zur Seite der Pumpe 11 stromaufwärts fließen kann.

Das Hegelelement I7 hat eine Kolbenpartie JO, ^^e ^au^ ^e^ⁿ erstes Servodrucksignal in einer Kammer 5I anspricht. Ein Kolben J>2 spricht auf ein zweites Servodrucksignal in einer Kammer JJ anund legt sich gegen das

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zweite Hegelelement 21. Der Kolben J2 wird in Anlage an das iniement 21 durch eine einstellbare Feder 54 gedrückt, ferner durch das zweite Servodrucksignal in der Kammer 33 und durch den Punipenförderdruckj der die Innenseite des Elements 21 beaufschlagt. Der üüffekt ist ein solcher, daß das Element 21 und der Kolben J2 immer in Kontakt stehen und als eine Einheit bewegt werden.

Eine Drucksignale erzeugende Vorrichtung 40 hat eine fixe Drosselstelle 41 und ein Tentil 42 in Reihe zwischen dem Ausla;3 der Pumpe 11 und einer Niederdruck-Rücklaufleitung 43 zur Seite der Pumpe 11 stromaufwärts. Der Druck zwischen der Drosselstelle* 4I und dem Ventil 42 bildet den ersten Servosignaldruck in der Kammer 3I· £as Hegelglied 44 für das Yentil 42 ist federnd mit dem Kolben JO gekoppelt und spricht auf einen Zwischendruck in einer Kammer 45 &n.

Der Druck in der Kammer 45 ist vom Auslaß der Pumpe 11 über eine fixe Drosselstelle 46 und ein Ventil 47 abgeleitet. I!in Hegelglied 47^a für das Yentil 47 gleicht die Kraft als Folge des Drucks zwischen der Drosselstelle 46 und dem Ventil 47 aus, und diese Kraft wirkt auf das Glied 47a· gegen, die Drücke Pp und P-. an den Auslassen des Niederdruck- bzw. des Hochdruckkompressors des Triebwerks. Diese Drücke wirken auf das Yentil 47 über die fixen Drosselstellen 48» 49» eine Membraneinheit 50 und einen evakuierten !Faltenbalg 51 ein. Eine Unausgewogenheit in den Käräften auf das Glied 47a bewirkt dieses zur Bewegung in einer Richtung zum Aufrechterhalten des Drucks zwischen der Drosselstelle 46 und dem Yentil 47 als eine bestimmte Punktion der Drücke P_?, P^.

Die Zone zwischen der Drosselstelle 46 und dem Yentil 47 steht über eine weitere Drosselstelle 52 und ein Ventil 53 mit einem Kanal 54 in Verbindung. DierKanal 54 wiederum steht, mit der Kammer 45 in Verbindung. Das Ventil 53 ist gegen eine Feder 55 durch einen Regeldruck in einer Leitung 56 bewegbar. Der Druck in der Leitung 56 ist vom Auslaß der Pumpe 1 1 über eine fixe Drosselstelle 57 und eine Regelblende 58 (Fig. 2) ableitbar, wobei die Blende 58 entsprechend der Temperatur T₁ am Einlaß des Niederdruckkompressors des Triebwerks 10 in Position gebracht wird. Der Regeldruck-ia der Leitung 56 ist damit proportional zur Tem-

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peratur T., und eine Erhöhung dieses Drucks drückt das Yentil 53 in eine Richtung zum Verringern des Durchflusses durch die Drosselstelle 52.

Das Ende des Kanals 54, das von der Kammer 45 entfernt liegt, steht mit der Niederdruck-Eücklaufleitung 43 über eine -Kapillaröffnung 60 in Verbindung. Der Durchfluß durch die Kapillaröffnung 60 wird durch ein Hebelschließglied 61 bestimmt, das in eine Richtung zur Erhöhung des Drucks im Kanal 54 durch die Bewegung eines Drehzahl-Wahlhebels für das Triebwerk in die eine oder in die andere Richtung aus der dargestellten Mittellage bewegbar ist. Das Schließglied 61 ist ferndernd mit dem Hebel 62 gekoppelt und wird in eine Richtung zur Erhöhung des Durchflusses durch die Kapillaröffnung 60 und damit zur Verringerung des Zwischenregeldrucks im Kanal 54 durch eine Erhöhung in einem auf die Drehzahl ansprechenden Drucksignal in einer Leitung 63 gedruckt, das auf eine Membrane 64 einwirkt. Das Drucksignal in der Leitung 63 ist vom Pumpenauslaß über ein Steuerkolbenventil 65 abgeleitet, der durch eine Regleranordnung 66 axial positioniert wird, die mit der Drehzahl IJL. der Hochtourenwelle des Triebwerke angetrieben wird. Das Schließglied 61 wird damit entsprechend der Differenz zwischen der Ist- und der Solldrehzahl des Triebwerks positioniert.

Eine Bewegung des Hebelschließglieds 61 in Erwiderung auf eine Schnellanforderung zur Verringerung der Triebwerksdrehzahl ist durch einen einstellbaren Anschlag 67 begrenzt. Der Kanal 54 kann mit der Niederdruck-Rücklauf leitung 45 über ein weiteres Steuerkolbenventil 68 in Verbindung treten. Das Ventil 68 wird vom auf die Drehzahl ansprechenden Drucksignal in der Leitung 63 beaufschlagt und gegen diesen Druck durch eine einstellbare Feder 69 gespannt. Eine Bewegung des Ventils 68 nach rechts gemäß der Darstellung in der Zeichnung ist durch einen einstellbaren Anschlag 70 begrenzt, und eine Beewegung nach links durch einen einstellbaren Anschlag 71. Die Feder 69 wird so eingestellt, daß bei normalen Laufbedingungen das Steuerkolbenventil 68 gegen den Anschlag 70 durch den Druck im Kanal 63 gedrückt wird, und in dieser Position bildet es einen oberen Grenzwert für den Zwischenregeldruok im Kanal 54. Der ein- ■

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stellbare .Anschlag 70 wirkt damit als Beschleunigungsregelung. Wenn die Tirebwerksdrehzahl niedrig ist, beispielsweise beim Infahren, ist auch das auf die Drehzahl ansprechende Ilrucksignal im Kanal 63 niedrig, und das Steuerkolbenventil 68 bewegt sich nach links gegen den Anschlag 71 · In dieser Position eaiöglicht das Yentil 68 einen stark reduzierten Durchfluß vom Kanal 54 zum Niederdruck, und das Zwischenregeldrucksignal wird erhöht.

Falls der Zwischenregeldruck im Kanal 54 unter einen Sollwert abfällt, kann die Kapillaröffnung 60 durch ein Membranschließelement 72 geschlossen werden, das gegen den Zwischenregeldruck durch eine einstellbare Feder 73 gespannt ist. Falls der Zwischenregeldruck einen weiteren Sollwert -überschreitet, erlaubt eine federgespanntes Ablaßventil 74f das mit der Kammer 45 in Verbindung steht, ein Entweichen dieses Drucks zur Niederdruck-Rücklauf leitung 45· Der obere und der untere Grenzwert des Zwischenregeldrucks in der Kammer 45 werden damit von den Ventilen "]2 und 74 eingestellt.

Ein Steuerkolbenventil 80 kann in jeweils entgegengesetzte Sichtungen durch den Druck im Auslaß I5 des Ventils 12 und durch den Druck im Singraum 23 im Ventil 12 gedruckt werden. Das Steuerkolbenventil 80 ist ferner durch eine v/eitere Se gier anordnung 81 bewegbar, die mit der Drehzahl N durch die Segleranordnung 66 angetrieben wird. Das Ventil 80 ist in Punktion setzbar, um die Kammer 33 entweder mit dem Auslaß der Pumpe 11 oder mit der Niederdruck-Sücklaufleitung 43 zu verbinden. Der Druck in der Kammer 33 hängt damit vom Druckabfall an der Dosierblende 25 und von der Triebwerksdrehzahl N ab. Die Anordnung ist eine solche, daß das

Drosselventil 24 den Durchfluß durch die Dosierblende 25 so regelt, daß der Druckabfall an der Blende 25 für eine bestimmte Triebwerksdrehzahl im wesentlichen konstant bleibt.

Der Kanal 20 verbindet den Ventilauslaß 15 mit dem Einlaß 82 einer kombinierten Absperr- und Begrenzungs-Ventilanordnung 83 (Fig. 2). Das Ventil 83 hat einen Auslaß 84» der mit den Hauptbrennern des Triebwerks 10 über eine Druckbeaufschlagungsventil 85 verbunden ist. Der Auslaß 84. steht ferner mit Pilotbrennern des Triebwerks 10 über ein Hubmagnetven-

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til 8β und eine Durchflußdros sei stelle 87 in Verbindung, die parallelgeschaltet sind. Das Ventil 845 hat ein Regelelement 88, das auf eine Erhöhung in einem Servodrucksignal in einer Kammer 39 so anspricht, daß der Durchfluß vom Einlaß 82 zum Auslaß 84 verringert wird. Das Regelelement 88 ist gegen den Druck in der Kammer 89 durch eine Feder 90 gespannt. Der Druck in der Kammer 89 ist vom AuslaA der Pumpe 11 über einen Kanal 91, eine fixe Drosselstelle 92 und ein Pilotventil 93 abgleietet, wobei die Kammer 89 zwischen der Drosselstelle 92 und dem Yentil 93 liegt.

Das Yentil 93 hat ein Hebelregelglied 94» das durch einen Drehmomenten motor 95 bewefegbar ist und in eine Richtung zum Öffnen des Yentils 93 durch eine Jeder 96 gespannt iet, die auch am Regelelement 88 angreift. Der Drehmomentenmotor 95 spricht auf elektrische Signale von einer Schaltung 97 an, die auf die Drehzahl 1T_T der Niedertourenwelle des Triebwerks und auf die Temperatur T„ der Gase anspricht, die den Brennraum des Trieb-

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werks verlassen. Eine Erhöhung im Signal IT oder im Signal T bewirkt,

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daP der Drehmomentenmotor 95 das /lebelregelelement 94 gegen eine Yorspannfeder 98 in eine Richtung auu öffnen des Yentils >J und damit zur Verringerung des Servodrucks in der Farmer SJ bewegt. Die entstehende Bewegun; des Regelelements 83 zur Verringerung des Brennsotffdurchflusses zum Triebwerk ermöglicht auch eine Verbindung des Yentileinlasses 82 mit der Niederdruck-IÜlcklaufleitung 23, so daß Brennstoff vom üinlaß 82 zur Zochästroraseite der Pumpe 11 fließt. Diese Bewegung des Regelelements 88 verringert die Kraft, die von der Feder 26 ausgeübt wird, und das Regelelement 94 wandert in eine neue Gleichgewichtsposition.

Ein Ventil 99 ist von Hand betätigbar, um die Kammer 89 mit dem Fiederdruck-Rücklaufkanal 98 zu verbinden, und das bewirkt ein volles Schließen des Yentils S3 "und ein Überlaufen des gesamten Brenns»toffs zum Rücklaufkanal 28. In dieser Position des Regelelements 88 steht das Yentil mit seinem Auslaß 84 mit einem Niederdruckabfluß 100 in Verbindung.'

Is ist vorgesehen, daß die Servodrucksignale erzeugende Vorrichtung 40 als eine getrennte Einheit konstruiert ist, an die eine Vielzahl von

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Ventilen in der gleichen allgemeinen Ausführung wie das Ventil 12 angebaut werden können, jedoch mit unterschiedlichen Durchflußcharakteristiken. Zu diesem Zweck ist der Kolben 30 des Ventils mit dem Ventilregelglied 44 in der Vorrichtung 40 durch eine lösbare Verbindung 101 gekoppelt.

Ansprüche

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Claims

J-/ti NACHQEREIOHT Ansprüche

1. llediumdurchf lußregelventil für ein Brennstoff regelsystem für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch einen Körper mit einem Einlaß und einem ersten und einem zweiten Auslaß, ein erstes und ein zweites Regelelement, die relativ zueinander und zu dem Körper verschiebbar sind und von denen das erste Regelelement zum Teile eine Regeldosierblende bildet und von denen beide zur Bildung eines !Drosselventils zusammenwirken, wobei die Dosierblende und das Drosselventil in Reihe zwischen den Einlaß und den ersten Auslaß geschaltet sind und wobei das erste und das zweite Regelelement auch zur Bildung eines Überlaufventils zwischen dem Einlaß und dem zweiten AuBlaß zusammenwirken, wobei eine Bewegung des zweiten Regelelements zur Erhöhung des Durchflusses durch den ersten Auslaß gleichzeitig zu einer Verringerung des Durchflusses durch den zweiten Auslaß führt, auf ein erstes Servodrucksignal ansprechende Mittel zur Bewegung des ersten Regelelements und auf Änderungen in einem zweiten Servodrucksignal ansprechende Mittel zur Verschiebung des zwdten Regelelemente.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Drosselventil auf sder Seite der Dosierblende stromaufwärts befindet.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t , daß das zweite Regelelement in dem ersten Regelelement verschiebbar ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Regelelement eine mit dem Einlaß in Verbindung stehende Öffnung aufweißt, die mit einem Rand des ersten Regelelements zur Bildung des Überlaufventils zusammenwirkt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß das erste und dae zweite Regelelement zwischen

.sich einen Ringraum bilden, der zwischen der Dosierblende und dem Drosselventil liegt.

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6. Ventil nach einem der ,Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das erste Servodrucksignal ansprechenden Mittel einen ersten Kolben aufweisen, der in dem Körper zur Bewegung mit dem ersten Regelelement verschiebbar ist.

7. Yentil nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Kittel zum lösbaren Verbindung des ersten Kolbens mit einer zugehörigen Servo-Drucksignale erzeugenden Vorrichtung.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zweite Servodrucksagnal ansprechenden Xittel einen in dem Körper verschiebbaren Kolben aufweisen, der mit dem zweiten Regelelement bewegbar ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eineV-e»*l?eder zum Spannen des zweiten Regelelements in eine Richtung zum Öffnen des Drosselventils und zum Schließen des Überlaufventils.

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