DE2600951B2

DE2600951B2 - Durchflußregelventil

Info

Publication number: DE2600951B2
Application number: DE2600951A
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Sutton Coldfield West Midlands Smith (Grossbritannien)
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1979-10-18
Also published as: US4040599A; JPS562634B2; FR2298047B1; GB1518811A; JPS5196916A; IT1051515B; DE2600951C3; FR2298047A1; DE2600951A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil für Flüssigkeiten mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiges Durchflußregelventil ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 28 79 643 bekannt. Bei diesem Regelventil sind oberhalb und unterhalb des Regelgliedes Steuerdruckkammern vorgesehen, deren Druck die Stirnflächen des Regelgliedes beaufschlagt und damit dessen Axialstellung festlegt. Zur Regulierung der Drücke in den Steuerdruckkammern sind zwei Steuerventile erforderlich; ein drittes Steuerdruckventil, das von einer Kurvenfläche am Regelglied betätigt wird, arretiert durch Erhöhung des Druckes in einer der Steuerdruck^mmern das Regelglied in einer Endstellung. Drehung und Axialbewegung des Regelgliedes werden durch getrennte Steuersignale bewirkt.

Durch die drei Steuerventile wird der Aufbau des Durchflußregelventils kompliziert und aufwendig; auch ist es nachteilig, daß für die Dreh- und Axialbewegung des Regelgliedes zwei Steuersignale erforderlich sind. Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Durchflußregelventil zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Regelung des Durchflusses lediglich eine Drehbewegung des Regclgliedcs erforderlich ist und die notwendige Axialbewegung und axiale Stellung des Rcgelgliedes von einem einzigen Steuerdruckvcnlil gesteuert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Durchflußregclvcnlil der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Das Regelventil ist besonders für die Regelung des Brennstoffzuflusses zu den Brennern einer Gasturbine geeignet und wird nachstehend an Hand der Zeichnung im Zusammenhang mit einer solchen Anwendung niihcr beschrieben. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung für den Brennstoffzufluß zu einer Gasturbine mit dem Durchflußregelventil;

Fig. 2, 3 und 4 Schnitte längs der entsprechenden Linien in Fi g. I; sowie

Fig. 5, 6, 7 und 8 Darstellungen der Wirkungsweise von Zumeßprofilen des Regelventils in verschiedenen Stellungen des Regelgliedes des Regclvcntils.

Wie in den F i g. 1 bis 4 dargestellt, wird Brennstoff für ein Gasturbinentriebwerk 10 von einer Kreiselfördcrpumpe 11 einer Verdrängerpumpe 12 zugeleitet, und beide Pumpen 11, 12 werden von einer Welle des Triebwerks 10 angetrieben, die mit einer Drehzahl N umläuft.

Dem Triebwerk 10 wird Brennstoff von der Pumpe 11 über ein erstes Druckerhöhungsventil 13 und ein Durchflußregelventil 14 zugeführt, die in Reihe aneeordnet sind. Der Brennstoff fließt aus dem Ausström-

kanal 15 des Ventils 14 direkt zu den Zundbrennern des Triebwerks 10 und ferner über ein zweites Druckerhöhungsventil 16 zu den Hauptbrennern des Triebwerks 10.

Das Durchflußregelventil 14 besteht aus einem Gehäuse 17, das eine Buchse 18 enthält. Inder Buchse 18 befindet sich eine Steuerdüse 19, die über einen Kanal 20 mit dem Ausströmkanal 15 in Verbindung steht. In der Buchse 18 befinden sich ferner zwei diametr.·;! gegenüberliegende zweite öffnungen 21, die beide mit einem Einströmkanal 22 des Ventils 14 in Verbindung stehen. Eine dritte öffnung 23 in der Buchse 18 steht ebenfalls mit dem Einströmkanal 22 in Verbindung. Schließlich hat die Buchse 18 noch zwei diametral gegenüberliegende vierte Öffnungen 24, die beide mit dem Ausströmkanal 15 in Verbindung stehen.

Ein kolbenförmiges Regelglied 25 ist in der Buchse 18 dreh- und axial verschiebbar angeordnet. Da^ Regclglied 25 kann in der Buchse 18 durch eine KeiLutenspindel 26, auf der das Regelglied 25 axial frei verschiebbar ist, gedreht werden. Durch den vom Förderdruck der Pumpe 12 über ein Filter 34 abgeleiteten Druck in einer Kammer 28 wird das Regelglied 25 axial gegen einen einstellbaren Anschlag 27 gedrückt.

Das Ende des Regelglicds 25, das einen Te^;l der Kammer 28 bildet, hat, wie im einzelnen in den F i g. 6, 7 und 8 dargestellt, einen abgeschrägten Teil 29, cer in bestimmten Drehstellungen des Regelglieds 25 mit der Düsenöffnung 19 zusammenwirkt und ein Steuerventil zur Steuerung des Druckes in der Kammer 28 bildet Dem aus der Kammer 28 auf das Regelglied 25 wirkenden Druck wirkt ein Druck in einer Kammer 30 am anderen Ende des Rcgelglieds 25 entgegen, die zwischen Durchflußdrosseln 31, 32 liegt, die in Reihe zwischen Filter 34 und Ausströmkanal 15 geschaltet sind.

Der mittlere Teil des Regelgliedes 25 hai einen verringerten Durchmesser und bildet einen Ringkanal 33, durch den Brennstoff vom Kinströmkanal 21 zum Abströmkanal 15 fließen kann. Dieser mittlere Teil bildet eine Zumeßkante 35, die mit den Öffnungen 21 zusammenwirkt und den Durchfluß des Brennstoffs reguliert. Wie im einzelnen in den F i g. 5 bis 8 dargestellt, ist die Zumeßkanle 35 dem Rcgelglicd 25 gegenüber axial so profiliert, daß der Durchfluß durch die Öffnungen 21 von der Drehstcllung des Rcgelglicdcs 25 abhängt. Die Kante 35 besteht im übrigen aus zwei identisch profilierten Teilen, die mit betrefferden der Öffnungen 21 zusammenwirken.

Der mittlere Teil des Rcgelgliedcs 25 isl mit zwei Stegen 36 versehen, die in einer bestimmten Drohstellung des Regelglicdes die Ausströmöffnungen 24 in der Buchse 18 verschließen.

Das Durchflußregelventil 14 arbeitel wie folgt in der Schließstellung des Ventils, die in Fi g. 5 dargestellt ist, verschließen die Stege 36 die Öffnugnen 24. In dieser Drehstellung des Regelgliedes 25 ist auch die Düse 19 verschlossen, und die Drücke in den Kammern 28 und 30 sind gleich dem Förderdruck der Pumpe 12. Das Regelglied 25 kann somit jede axiale Stellung innerhalb der Buchse 18 einnehmen; seine Drehstellung gewährleistet aber, daß dem Triebwerk 10 kein Brennstoff zufließen kann.

Bei einer Drehung des Regelglicdes 25 nach rechts in den F i g. 2 bis 4 werden die öffnungen 24 freigelegt. Die

Düse 19 und die öffnung 21 bleiben verschlossen, wie in F i g. 6 dargestellt Das ist die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ventilstellung. In dieser Stellung kann Brennstoff vom Einströmkanal 22 durch den Kanal 23 zum Ausströmkanal 15 fließen. Dieser Durchfluß reicht aus, um die Brenner des Triebwerks 10 zu zünden. Der Druck in dem Ausströmkanal 15 ist jedoch gering, und im folgenden ist auch der Druck in der Kammer 30 gering. Das Regelglied 25 wird deshalb gegen einen einstellbaren Anschlag 27 gedrückt.

Bei weiterer Drehung des Regelglieds 25 nach rechts in die in Fig. 7 dargestellte Stellung werden die Öffnungen 21 von Teilen der Zumeßkante 35 des Regelgliedes 25 teilweise freigelegt. In dieser Drehstellung des Regelgliedes 25 bleibt die Düse 19 geschlossen, und das Regelglied 25 bleibt damit in Kontakt mit dem Anschlag 27. Der Durchfluß durch die Öffnungen 21 hängt damit von der Stellung des Anschlags 27 ab, die so eingestellt wird, daß ein ausreichender Brennstoffdurchfluß stattfindet, um das Triebwerk im Leenauf zu haken.

Bei noch weiterer Drehung des Regelglieds 25 nach rechts, wie in Fi g. 8 dargestellt, wird die Düse 19 durch den abgeschrägten Teil 29 freigelegt. Der entstehende Abfall des Steuerdruckes in der Kammer 28 gestattet eine Bewegung des Regelgliedes 25 nach oben, wie in Fig. I dargestellt, wobei die Belnde 19 teilweise geschlossen und der Druck in der Kammer 28 erhöht wird, bis wieder ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist. Infolge dieser Bewegung legt die Zumeßkanle 35 zunehmend Teile der Öffnung 21 frei, so daß ein höherer Brennstoffzufluß zum Triebwerk 10 stattfinden kann. Dieser Brennstoffzufluß kann somit völlig durch Drehen der Spindel 26 reguliert werden.

Die Spindel 26 kann durch jedes geeignete Mittel gedreht werden, beispielsweise von Hand oder durch einen elektrischen Stellmotor 37. der auf Betriebsgroßen des Triebwerks und auf die Stellung θ eines Leistungsregler 38 für das Triebwerk 10 anspricht.

Die Brennstoffrcgcleinrichlung weist ferner eine Ventilgruppe 40 mit einer Membran 41 auf, die auf die Differenz zwischen den Drücken Brennstoffdrücken in dem Einströmkanal 22 und dem Ausströmkanal 15 des Ventils 14 reagiert. Bei einer Erhöhung dieser Druckdifferenz läßt die Ventilgruppe 40 Brennstoff aus dem Einströmkanal 22 zur Ansaugscilc der Pumpe 12 überströmen. Die Ventilgruppc 40 enthält ferner einen evakuierten Balg 42. der auf den Druck P, am Kompressorcinlaß des Triebwerks 10 anspricht und bei einer Erhöhung des Druckes P₁ eine Verringerung des Überlaufs durch die Venlilgruppe 40 bcw irkt.

Parallel zur Pumpe 12 ist ein Druckminderventil 43 angeordnet, und ebenfalls parallel zur Pumpe 12 ist eine Regleranordnung 44 geschaltet, die auf eine Erhöhung der Triebwerksdrehzahl N über einen Sollwert Hinaus anspricht und ein Ventil 45 öffnet, so daß Brennstoff von der Förderseite der Pumpe 12 zur Ansaugseitc überströmen kann. Das Ventil 45 wird durch eine Feder 46, die über einen Hebel 47 wirkt, ferner durch ein Kolbenclement 48, das auf den Hebel 47 einwirkt und auf den Druck am Auslaß der Pumpe 12 anspricht, in Schließrichtung gedrückt. Die Anordnung ist so getroffen, daß einem erhöhten Pumpenförderdruck am Ventil 45 die Vorspannung des Kolbenelements entgegenwirkt. Die Regelung ist damit nur von der Triebwerksdrehzahl /Vabhängig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

15 20 25 Patentansprüche:

1. Durchflußregelventil, bestehend aus einer von einem Gehäuse umschlossenen Buchse mit einer ¹S Axialbohrung, in die ein Einström- und ein Ausströmkanal münden, einem in der Axialbohrung angeordneten, axial verschieb- und drehbaren Regelglied zur Änderung des Durchflusses durch den Einström- und Ausströmkanal, das eine zur Normalen der Bohrungsachse abgeschrägte Umfangsfläche hat und durch Änderungen eines Steuerdrucksignals axial bewegbar ist, sowie einem auf die Axial- und Drehstellung des Regelgliedes ansprechenden Steuerventil zur Änderung des Steuerdrucksignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil von einer Düseriöflnurig (19) in der Buchse (18) gebildet wird, die in die Axialbohrung öffnet und mit der abgeschrägten axialen Umfangsfläche (29) des Regelgliedts (25) so zusammenwirkt, daß bei einer Drehung des Regelgliedes (25) eine Änderung der Überlappung der Düsenöffnung(19) durch das Regelglied (25) eintritt.

2. Durchflußregelventil nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen Steg (36) an dem Regclgücd (25), der in einer bestimmten Drehstcllung des Regelgliedes (25) den Durchfluß vom Einströmkan.al (22) zum Ausströmkanal (15) in jeder axialen Stellung des Rcgelgliedes (25) absperrt.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch I oder 2, «> gekennzeichnet durch eine Zumeßkante (35) an dem Regelglied (25), die mit Einströmöffnungen (21) des Einströmkanals (22) zusammenwirkt und teilweise zur Normalen der Achse des Regclglicdcs (25) abgeschrägt ist, so daß bei einer Drehung des ³> Regelgliedes (25) eine Änderung der Überlappung der Einströmöffnungen (21) durch die ZumcUkantc

(35) eintritt.

4. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche

1 bis 3, gekennzeichnet durch einen von dein ⁴" Einströmkanal (22) ausgehenden Kanal (23), der in axialem Abstand von den Einströmöffnungen (21) in die Axialbohrung mündet.

5. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche

2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßkan- ⁴^ te (35) an dem Regelglied (25) gegenüber dem Steg

(36) um einen solchen Winkel versetzt angeordnet ist, daß in einer ersten Drchwinkclstcllung des ■ vC^CigtiCuCS l^-»/ vjiC ijinSirGmöi 1 nüngCn \*-' / iiUrCll die Zumeßkante (35) und die Ausströmöffnung (24) ">< > des Ausströmkanals (15). durch den Steg (36) verschlossen sind, in einer zweiten Drehwinkelstcllung des Regelgliedes (25) die Einströmöffnungen (21) verschlossen, die Öffnung des Kanals (23) in die Axialbohrung und die Ausströmöffnung (24) aber ">"> geöffnet sind, in einer dritten Drehwinkclstellung des Regelgliedes (25) auch die Einströmöffnungen (21) geöffnet sind und daß in allen drei Drehwinkelstellungen die den Steuerdruck ändernde Düsenöffnung (19) verschlossen ist. hO

6. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Anschlag (27) zur Begrenzung der Axialbewegung des Regelgliedes (25) durch Änderungen des Steuerdruckes. »>

7. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Druckkammer (28) oberhalb des Regelgliedes (25) zur Ausübung eines dem Steuerdruck entgegenwirkenden Druckes auf das Regelglied (25).

8. Durchflußregelventil nach A nspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (19) durch einen Kanal (20) mit dem Ausströmkanal (15) verbunden ist.

9. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen elektrischen Stellmotor (37) zum Drenen des Regelgliedes (25).