DE2604134A1

DE2604134A1 - Durchflussregelventil und brennstoffregelsystem fuer gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2604134A1
Application number: DE2604134A
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Smith
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1976-02-04
Publication date: 1976-08-19
Also published as: FR2300368A1; FR2300368B1; US4019318A; GB1525602A; JPS51105512A; IT1055034B

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF . 8CHUMANNSTR. 97 2604134

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-Birmingham 2. Februar

und Brennstoffregelsystem für Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil und ein Brennstoffregelsystem für ein Gasturbinentriebwerk.

Erfindungsgemäß ist ein Durchflußregelventil gekennzeichnet durch einen Körper mit einem ersten und einem zweiten Einlaß und einem ersten und einem zweiten Auslaß, ein im dem Körper in Erwiderung auf Änderungen in einem Servodrucksignal bewegbares Regelelement zum Zusammenwirken mit Öffnungen in dem Körper zur Bildung einer ersten Hegelblende zwischen dem ersten Einlaß und dem ersten Auslaß, eine zweite und eine dritte Hegelblende in Reihe zwischen dem zweiten Einlaß und dem ersten Auslaß und eine vierte Regelblende zwischen dem zweiten Einlaß und dem zweiten Auslaß sowie ein auf eine Differenz zwischen dem Druck am ersten Einlaß und dem Druck zwischen der zweiten und der dritten Regelblende ansprechendes Pilotventil zur Änderung des Servodrucksignals, wobei eine Druckerhöhung am ersten Einlaß zu einer Durchflußerhöhung durch die erste, zweite und dritte Hegelblende und zu einer gleichzeitigen Abnahsme des Durchflusses durch die vierte Regelblende führt.

Das Brennstoffregelsystem gemäß der Erfindung für ein Gasturbinen- · triebwerk ist gekennzeichnet durch eine Pumpe, ein Regelventil der vorstehend genannten Art, durch dessen ersten Auslaß Brennstoff zum Triebwerk zu fließen vermag, eine regelbare Dosiervorrichtung, die

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auf Betriebsgrößen des Triebwerks anspricht und zwischen den Auslaß der Pumpe und den ersten Einlaß geschaltet ist, wobei der zweite Einlaß so angeschlossen ist) daß er nicht dosierten Brennstoff von dem Pumpenauslaß erhält, und der zweite Auslaß mit einer Niederdruckzone verbunden ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 und 2 verschiedene Teile eines einzigen Brennstoffregelsystems, die zusammen zu betrachten sind.

Ein Brennstoffregelsystem für ein zweiläufiges Gasturbinen-Triebwerk 10 weist eine Terdrängungspumpe 11 auf, die vom Triebwerk 10 angetrieben werden kann, um einer Leitung 12 Brennstoff zuzuleiten. Eine regelbare Dosiervorrichtung 1J weist eine Kammer 14 auf» die mit der Leitung 12 in Verbindung steht. Ein hohler Schaft 15 ist zur Drehung in der Kammer I4 durch eine Welle des Triebewerks 10 gelagert. Der Schaft 15 ist ferner axial in der Kammer I4 verschiebbar und wird gemäß der Darstellung in Fig. 1 durch eine Zunahme im Druck P,_ zwischen zwei Durchflußdrosselstellen 16, 17 nach links gedruckt, die in Beihe zwischen einen Druck P am Kompressorauslaß des Triebwerks und einem Druck Pp an einer Zwischenstufe des Triebwerkekompressors geschaltet sind. Der Schaft I5 wird durch eine Erhöhung im Druck P. nach rechts gedruckt.

In der Kammer I4 ist zur Drehung durch eine Welle des Triebwerks 10 ferner ein Träger 18 gelagert, der erste und zweite Gruppen 19» 20 an Eeglergewichten trägt. Die Seglergewichte 19 greifen an einer Hülse 21 an, die auf dem Schaft I5 verschiebbar ist und mit mindestens einer dreieckigen öffnung 22 im Schaft 15 zusammenwirkt, um eine Segelblende zu bilden, wobei die Anordnung eine solche ist, daß eine Bewegung des Schafts 15 nach links oder der Hülse 21 nach rechts einen größeren Brennstoff strom von der Kammer I4 zur Innenseite des Schafts 15 exmöglicht.

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Die Hülse 21 ist gegen die Wirkung der Schwunggewichte 19 durch eine Zugfeder 23 vorgespannt, die zwischen zwei Auflauffläohen 24, 25 wirkt. Die Auflauffläche 25 befindet sich an einem Ende eines Hebels 26, der zur Schwenkbewegung um eine Achse 27 gelagert ist und dessen anderes Ende an der Hülse 21 angreift. Die durch den Hebel 26 auf die Hülse 21 ausgeübte Vorspannung ist damit vom Angriffspunkt der Kraft der Feder 23 auf den Hebel 26 und von den Formen und relativen Lagen der Auf lauf flächen 25, 24 abhängig. Die Feder 23 sitzt an einem !Präger 28, der um eine Achse 2$ verschwenkbar ist, um die Angriffspunkte der Kraft der Feder 23 an den Auflaufflächen 24, 25 zu ändern. Die Lage der Auflauffläche 24 der Auflauffläche 25 gegenüber ist durhh zwei einstellbare Hollen 3I» 32 und außerdem durch einen Drehmomentenmotor 33 veränderlich, der auf elektrische Signale von einer Steuerschaltung 34 anspricht. Der Motor 33 "and die Schaltung 34 sorgen für TrimmjuHstierungen der Auflauffläche 24 entsprechend einer Reihe von Betriebsgrößen des Triebwerks, zum Beispiel des Kompressoreinlaßdrucks F₁, der Kompressoreinlaß tempera tür T₁, der Drehzahlen Ή- und IT_T der hochtourigen und

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nieder tourigen Triebwerkswellen und der Verbrennungs temperatur T_n .

Die Reglergewichte 20 greifen an einer weiteren Hülse 35 an, die den Schaft 15 umschließt. Die Hülse 35 hat eine doppeltflächige Kolbenpartie, die auf den Druckabfall an der Regelblende anspricht, die durch die Öffnungen 22 gebildet ist. Die Hülse 35 hat öffnungen 36, die mit Öffnungen 37 in einer Wand der Kammer I4 zusammenwirken, um ein Druckabfall-Regelventil in Reihe mit der Regelblende ssu bilden. Die Anordnung ist derart, daß eine Erhöhung des Druckabfalls an der Regelblende oder eine Verringerung der Triebwerksdrehzahl bestrebt sind, das Drosselventil zu schließen, wobei der Effekt der ist, daß der Druckabfall an der. Regelblende für eine bestimmte Triebwerksdrehzahl im wesentlichen konstant gehalten wird. Die öffnungen 37 bilden einen Auslaß für die Dosiervorrichtung 13 und stehen mit einer Brennstoff zuleitung 38 in Verbindung.

Der Schaft I5 hat eine rechteckige Öffnung 39, die mit der Kante der Wand der Kammer I4 zusammen eine weitere Regelblende parallel zu der

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bildet, die durch die Öffnungen 22 gebildet wird. Die durch die Öffnung

39 gebildete Blende spricht nur auf Änderungen in den Brücken P„ und P_5P an.

Parallel zum Druckabfall-Begelventil, das durch die Öffnungen 36, 37 gebildet ist, befindet sich ein Kanal 40, der mit der Leitung 38 durch eine Regelblende 4I in Verbindung steht. Der Durchfluß durch den Kanal

40 kann für eine Brennstoffzufuhr zum Zünden des Triebwerks sorgen, auch wenn die Triebwerksdrehzahl und:oder der Druckabfall der Hauptregelblende so sind, daß die Öffnung 37 geschlossen gehalten wird.

Der Druck im Schaft 15 wird über einen Kanal 42 zu einer Seite eines Kolbens 43 geleitet, dessen andere Seite durch den Förderdruck der Pumpe 11 beaufschlagt wird. Der Kolben 43 spricht deshalb auf den Druckabfall an der Segelblende an und ist bewegbar, um die Kurvenführungen 44» 45 zudrehen, die durch Hebel 46, 47 wirken, um die Bewegung des Hebels 26 in die eine wie in die andere Sichtung zu begrenzen.

Bin Eegelventil 50 (Figur 2) hat einen Körper 51» der mit einem ersten Einlaß 52 und einem zweiten Einlaß 53 versehen ist. Der Einlaß 5² steht mit der Brennstoffzuleitung 38 in Verbindung, und der Einlaß 53 steht mit dem Auslaß der Pumpe 11 über die Leitung 12 in Verbindung. Der Körper 51 hat einen ersten Auslaß 54, durch den Brennstoff zum Triebwerk 10 fließen kann, und einen zweiten Auslaß 55, durch den Brennstoff über ein auf Druck ansprechendes Ventil 56 und eine Niederdruckrückleitung 57 zur Seite der Pumpe 11 stromaufwärts fließen kann. Die Leitungen 12 unf 57 sind durch ein federgespannteβ ttberlaufventil 58 miteinander verbunden (Fig. 1). Das Ventil 56 wird in eine geschlossene Position durch Federkraft gesparmt und spricht auf die Drücke in der Leitung 38 und am Auslaß 55 an, wobei die Anordnung eine solche ist, daß während der Betriebsbedingungen beim Zünden des Triebwerks das Ventil 56 irgendein erheblicher Sückfluß von Brennstoff durch die Leitung 57 verhindert wird.

Das Ten til 50 weist ein Segelelement 59 auf, das in einer Bohrung im Körper verschiebbar ist und daß eine Kolbenpartie 60 hat, die auf eine

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Erhöhung in einem Servodrucksignal in einer Kammer 61 anspricht, um das Regelelement 59 gegen eine Feder 62 zu drücken.

Das Eegelelement 59 wirkt mit dem Körper 51 zusammen, um eine erste Regelblende 63 zwischen dem ersten Einlaß 52 und dem ersten Auslaß 54 zu bilden. In die Bohrung im Körper 5I öffnen mehrere quadratische Öffnungen 64, die mit dem ersten Auslaß 54 in Verbindung stehen, und mehrere quadratische Öffnungen 65, die mit dem ersten Einlaß 55 in Verbindung stehen. Das Eegelelement 59 hat eine hohele Partie,/die /in mehrere quadratische Öffnungen 66 und mehrere weitere quadratische Öffnungen 67 öffnen. Die Öffnungen 64» S6 wirken zusammen, um eine zweite Regelblende zu bilden, und die Öffnungen 65, 67 wirken zsajjmen, um einde dritte Regelblende zu bilden, wobei die zweite und die dritte Regelblende in Reihe zwischen dem Einlaß 53 und α-em Auslaß 54 angeordnet sind.

Eine axiale Bewegung des Regelelements 59 in der Bohrung ändert die Ausrichtung der Öffnungen 66, 67 mit den betreffenden Öffnungen 64, 65, Das Element 59 ist ferner in Drehrichtung durch eine Kurbel 68 einstellbar, und diese Dreheinstellung dient dazu, die Fluchtung zwischen den betreffenden Öffnungen zu ändern. Die Anordnung ist derart, daß ein Durchfluß durch die zweite und dritte Regelblende ein Produkt der Dreh- und Axialposition des Regelelements 59 ist.

Das Element 59 wirkt ferner mit dem Auslaß 55 zusammen, um eine vierte Regelblende 69 zwischen dem Einlaß 53 und dem Auslaß 55 zu bilden.

Der Servodruck in der Kammer 61 ist vom Auslaß der Pumpe 11 über ein Filter 70 (Fig. 1), eine Drosselstelle 7I und ein Pilotventil 72 abgeleitet, das eine Membrane aufweist, die mit einem Düsenauslaß zusammenwirkt. Die Membrane des Yentils 72 spricht auf eine Erhöhung im Druck am Einlaß 52 an, um sich zum Düsenauslaß hin zu bewegen und damit das Servodruoksignal in der Kammer 61 zu erhöhen. Das Ventil 7² spricht ebenfalls auf den Druck zwischen den öffnungen 66, 67 an, d.h. auf den Druck unmittelbar stromaufwärts von der zweiten Regelblende 64, 66, wobei eine Erhöhung in diesem letzteren Druck so wirkt, daß das Servodrucksignal

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verringert wird. Es ist wünschenswert,daß Kurven der Bereiche der ersten und zweiten Eegelblende 65 bzw. 64, 66, aufgetragen gegen die Bewegung des Elements 59» beide durch den Nullpunkt gehen. Weil das praktisch schwer zu erreichen ist, ist die Charakteristik der ersten Eegelblende 6j durch eine veränderliche Brosseistelle 73 parallel zur Regelblende 63 einstellbar.

Im Betrieb spicht das Pilotventil 72 auf die Drücke stromaufwärts von der ersten Regelblende 63 und stromaufwärts von der zweiten Hegelblende (Öffnungen 64, 66) an, um diese Brücke gleich zu halten, wobei der Druck der ersten und zweiten Regelblende stromabwärts der am Auslaß 54 ist. Eine Erhöhung im Druck im Einlaß 52 bewirkt eine Erhöhung im Servodrucksignal in der Kammer 61, und dabei wird das Element 59 nach oben gemäß der Darstellung in der Zeichnung bewegt, um den Durchfluß durch die erste Regeblende 63, die zweite Regelblende (öffnungen 64, 66) und die dritte Regelblende (Öffnungen 65, 67) zu erhöhen. Ein Überlauf durch die vierte Regelblende 69 wird verringert. Der Druck im Einlaß 52 neigt zum Fallen, und der stromaufwärts von der Öffnung 66 neigt zum Steigen.

Der Druckabfall an der ersten und zweiten Regelblende wird damit gleich gehalten, und dadurch ist der Anteil von Medium, der durch diese Regelblenden fließt, nur von den relativen Querschnittsflachen derselben abhängig. Es kann deshalb dafür gesorgt sein, daß der Durchfluß durch die zweite Regelblende (Öffnungen 64» 66) ein bestimmtes Vielfaches des Durchflusses durch die erste Regelblende 63 ist.

Eine solche Anordnung hat den Effekt, daß die Dosiervorrichtung I3 nicht ausreichend groß sein muß, um mit dem vollen Brennstoffzufluß zum !Triebwerk fertig zu werden, sondern nur mit einem bestimmten Bruchteil davon.

Der Auslaß 54 des Tentils 50 steht mit dem Triebwerk 10 über einen Kanal 80 und ein servobetätigtes Drosselventil 81 in Verbindung. Das Ventil 81 hat ein Regelelement 82, das auf den Servodruck in einer Kammer 83 anspricht, der vom Filter 70 über eine Leitung 84» eine Drosselstelle 85 und ein Pilotventil 86 abgeleitet wird, welches von einem Drehmo-

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mentenmotor 87 betätigt wird. Der Motor 87 spricht auf Signale von einer Steuerschaltung 88 an, die von der Drehzahl N_L der Niedertourenwelle» des Triebwerks und von der Ve rbrennungs tempera tür T_ abhängt.

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Der Auslaß 89 des Ventils 81 steht mit den Haupttriebwerksbrennern über ein Druckbeaufschlagungsventil 90 und mit den Triebwerkspilotbrennern über ein hubmagnetbetätigtes Ventil 91 in Verbindung. Ein weiterer Auslaß 92 des Ventils 81 steht mit der Seite der Pumpe 11 stromaufwärts über den Kanal 57 in Verbindung. Das Regelelement 82 ist in Erwiderung auf einen Betrieb des Drehmomentenmotors 87 bewegbar» um den Durchfluß zum Triebwerk zu reglen, wobei die Steuerschaltung 88 auf einen unzulässig hohen Wert der Drehzahl N_ anspricht, um

diesen Brennetoffaufluß zu verringern.

An dem Pilotventil 86 vorbeigehender Brennstoff wird der Seite der Pumpe 11 stromaufwärts durch den Kanal 57 zurückgeführt. Ein von Hand betätigbares Pilotventil 92 kann benutzt werden, um die Kammer 83 direkt mit dem Kanal 57 zu verbinden, und dadurch wird das Eegelelement 82 veranlaßt, den Auslaß 8»9 zu schließen und den Kanal 80 direkt mit dem Kanal 57 zu verbunden, so daß der gesamte Brennstoff stromaufwärts vom Ventil 81 zurück zum Pumpeneinlaß läuft. Das Ventil 81 arbeitet damit nicht nur als ein tfberdrehungs-Kegelventil, sondern auch als ein kombiniertes Absperr- und Überlaufventil.

Ansprüche

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Claims

.Ansprüche

1. Durchflußregelventil, gekennzeichnet durch einen Körper mit einem ersten und einem zweiten Einlaß und einem ersten und einem zweiten Auslaß, ein in dem Körper in Erwiderung auf Änderungen in einem Servodrucksignal bewegbares Regelelement zum Zusammenwirken mit Öffnungen in dem Körper zur Bildung einer ersten Regelblende zwischen dem ersten Einlaß und dem ersten Auslaß, eine zweite und eine dritte Regelblende in Reihe zwischen dem zweiten Einlaß und dem ersten Auslaß und eine vierte Regelblende zwischen dem zweiten Einlaß und dem zweiten Auslaß sowie ein auf eine Differenz zwischen dem Druck am ersten Einlaß und dem Druck zwischen der zweiten und der dritten Regelblende ansprechendes Pilotventil zur Änderung des Servodrucksignals, wobei eine Druckerhöhung am ersten Einlaß zu einer Durchflußerhöhung durch die erste, zweite und dritte Regelblende und zu einer gleichzeitigen Abnahme des Durchflusses durch die vierte Regelblende fuhrt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper erste und zweite Öffnungen aufweist, die in die Bohrung öffnen und jeweils mit den ersten und zweiten Einlassen in Verbindung stehen, und daß das Regelelement in der Bohrung verschiebbar/und mit /ist den ersten und zweiten Öffnungen zusammenwirkt, derart, daß die zweite und dei dritte Regelblende gebildet werden.

J. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement eine hohle Partie aufweist, in die die dritte» und vierte Öffnungen öffnen, wobei die dritten und vierten Öffnungen jeweils mit den ersten und zweiten öffnungen so zusammenwirken, daß die zweite und die dritte Regelblende gebildet werden.

4> Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen des Segelelementβ in dem Körper zur Änderung der effektiven DurchfIuSquerschnittsflachen der zweiten und dritten Durchflußregelblende vorgesehen sind.

3* Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß das Pilotventil eine Membrane und einen Düsenauslaß aufweist, wobei die Membrane zum Düsenauslaß hin und von ihm weg in Erwiderung auf änderungen im Druck am ersten Einlaß oder im Druck zwischen der zweiten und dritten Regelblende bewegbar ist.

6. Yentil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine weitere einstellbare Drosselstelle parallel zur ersten Regelblende.

7. Brennstoffregelystem für ein Gasturbinentriebwerk-, mit einer Pumpe und einem Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den ersten Auslaß de»s Ventils Brennstoff zum Triebwerk zu fließen vermag, eine regelbare Dosiervorrichtung auf Betriebsgrößen des Triebwerks anspricht und zwischen den Auslaß der Pumpe und den ersten Einlaß geschaltet ist, der zweite Einlaß zur Aufnahme nicht dosierten Brennstoffs vom Pumpenauslaß angeschlossen ist und der zweite Auslaß mit einer Niederdruckzone verbunden ist.

8. Brennetoffregelsystem nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch ein Drosselventil mit einem Einlaß, der mit dem ersten Auslaß des Regelventils in Verbindung steht, einem Hauptauslaß zur Verbindung mit Brennern des Triebwerks, einem Überlaufauslaß, der mit einer Niederdruckzone in Verbindung steht, einem Regelelement, das in Erwiderung auf Änderungen in einem Signaldruck bewegbar ist, derart, daß gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Drosselventileinlaß und dem Hauptauslaß und dem Überlaufauslaß bestimmt wird, und einem elektrisch betätigbaren Pilotventil, das auf eine Betriebsgröße des Triebwerks zur Änderung des Signaldrucks anspricht.

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