DE2622618C2

DE2622618C2 - Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2622618C2
Application number: DE2622618A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Peter Enfield Conn. Hansen; Stanley Raymond Somers Conn. Paduch
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-07-03
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1986-02-20
Also published as: US3964253A; GB1546188A; IT1067298B; SE7606068L; FR2316441A1; JPS528216A; FR2316441B1; SE422345B; DE2622618A1; JPS6114332B2

Description

Bei einer bekannten Brennstoffzumeßeinrichtung der wird, daß das zu unzulässigen Betriebszuständen führen

eingangs genannten Art (US-PS 29 58 376) ist das in der kann, und außerdem ist ausgeschlossen, daß beim Be-

zweiten Brennstoffleitung angeordnete Ventil in Ab- trieb des Triebwerks im höheren Drehzahlbereich eine

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unerwünschte Absperrung der Brennstoffzufuhr erfol- Drosselventil 14.

gen kana Bei der Brennstoffzumeßeinrichtung nach der Das Umgehungsdruckregelventil 20 hat Kammern 22 Erfindung ist das Absperrventil nur beim Anlassen des und 24, die durch einen Ventilkörper 26 voneinander Triebwerks und vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl be- getrennt sind. Der Ventilkörper 26 hat an seinen entgetätigbar. Später muß mit Sicherheit ausgeschlossen sein, s gengesetzten Enden Druckflächen 28 und 30, die zur daß dieses Absperrventil in die Schließstellung bewegt Verschiebung des Ventilkörpers 26 mit den Drücken in werden kann. Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung den Kammern 22 bzw. 24 beaufschlagt sind. Die Kamdas Absperrventil an die zweite Brennstoffleitung ange- mer 22 ist mit der Hauptbrennstoffleitung 12 stromaufschlossen, UAd in der dritten Leitung zwischen dem Ab- wärts des Drosselventils 14 über eine Leitung 32 versperrventil und der zweiten Brennstoffleitung ist das io bunden, und die Kammer 24 ist mit der Hauptbrenn-Steuerventil vorgesehen, das bei einem unzulässigen Stoffleitung 12 stromabwärts des Drosselventils 14 über Betriebszustand Brenastoff zu dem Absperrventil leiten eine Leitung 34 verbunden. Eine Feder 36 drückt den kann, um dieses zu schließen. Weiter ist, um das Schlie- Ventilkörper 26 nach links, und die Federkraft sowie die ßen des Absperrventils zu verhindern, wenn das Steuer- auf beide Enden des Ventilkörpers 26 einwirkenden ventil in der zu dem Absperrventil führenden dritten 15 Druckkräfte bestimmen die Stellung des Ventilkörpers Leitung bei höheren Betriebsdrehzahlen des Trieb- 26, welche die Größe einer veränderlichen öffnung 38 in werks öffnen sollte, in der zweiten Brennstoffleitung vor einer Leitung 40 bestimmt, die die Hauptbrennstoffleider Anschlußstelle der zu dem Absperrventil führenden tung 12 stromaufwärts des Drosselventils 14 mit dem dritten Leitung noch das Ventil so ausgelegt, daß es Ablaßdruck Pd verbindet Der Kraft der Feder 36 wird beim Erreichen der Triebwerksleerlaufdrehzahl 20 durch den Druckabfall (P₁-P₂) an dem Drosselventil 14 schließt Bei der Brennstoffzumeßeinrichtung nach der das Gleichgewicht gehalten. Die Stellung des Drossel-Erfindung ist somit gewährleistet, daß das Absperrventil ventils 14 ist von verschiedenen Triebwerksparametern in der Hauptbrennstoffleitung nur geschlossen werden abhängig. An beiden Enden des Drosselventils 14 wirkt kann, wenn unterhalb der Leerlaufdrehzahl ein unzuläs- der gleiche Druck, und es wird in Abhängigkeit von den siger Betriebszustand des Triebwerks auftritt 25 erwähnten Parametern mechanisch verstellt

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden Wenn die Druckdifferenz (P_t - P₂) sinkt, was eine zu

den Gegenstand der Unteransprüche. geringe Brennstoffströmung durch das Drosselventil 14

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 darstellt, bewegt sich der Ventilkörper 26 nach links und

wird erreicht, daß Brennstoff unter gedrosseltem Druck verkleinert die Größe der Öffnung 38, wodurch die Ab-

aus der zweiten Brennstoffleitung zur Betätigung des 30 laßströmung durch das Umgehungsdruckregelventil 20

Absperrventils in der Hauptbrennstoffleitung zur Ver- abnimmt Da die Gesamtbrennstoffströmung bei kon-

fügung steht stanter Pumpendrehzahl unverändert bleibt, bedingt

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 ist diese Abnahme der Brennstoffströmung eine entsprebesonders vorteilhaft in Verbindung mit einem manuell chende Vergrößerung der Strömung durch das Drosseleinstellbaren Ventil zum Einstellen der zusätzlichen 35 ventil 14. Dadurch steigt die Druckdifferenz (Pi - P₂) Brennstoffmenge. Bei einem solchen manuell einstellba- wieder an, und die Brennstoffströmung durch das Drosren Ventil kann der Pilot je nach der Betriebsweise des selventil 14 wird größer. Der Brennstoff, der durch das Triebwerks nach dem Anlassen die zusätzliche Brenn- Umgehungsdruckregelventil 20 strömt, gelangt zur stoffmenge selbst wählen, wobei die Brennstoffzumeß- Saugseite der Pumpe 10 zurück, einrichtung nach der Erfindung jedoch verhindert, daß 40 Ein Druckminderventil 42 ist parallel zu dem Umgewährend des Anlassens unzulässige Betriebszustände hungsdruckregelventil 20 angeordnet, um zu verhinauftreten können. dem, daß der Erennstoffdruck P_t bei einem Ausfall des

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 Umgehungsdruckregelventils 20 einen vorbestimmten

wird sichergestellt daß das Absperrventil in der Haupt- Wert überschreitet

brennstoffleitung nicht durch den Brennstoffdruck aus 45 Wie oben erwähnt ist das Absperrventil 16 in der

dieser Leitung betätigt werden kann, wenn dzs Steuer- Hauptbrennstoffleitung 12 stromabwärts des Drossel-

ventil im höheren Drehzahlbereich öffnet ventils 14 angeordnet. Das Absperrventil 16 dient zum

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 Absperren der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk und

ist der Triebwerksparameter zur Betätigung des Steuer- hat die doppelte Aufgabe, einen Mindestdruck für die

ventils die Turbinentemperatur. 50 Steuergeräte beim Anlassen zu gewährleisten und gege-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol- benenfalls die Brennstoffzufuhr zu unterbrechen. Das

genden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be- Absperrventil 16 hat eine Kammer 44, eine Feder 46 und

schrieben. einen Ventilkörper 48. Die Feder 46 drückt den Ventil-

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch körper 48 in Richtung der Schließstellung, und die Kraft

und teilweise im Schnitt die Brennstoffzumeßeinrich- 55 der Feder 46 sowie die durch den Druck in der Kammer

tung nach der Erfindung. 44 erzeugte Kraft bestimmen den Druck P₂ in der

Gemäß der Darstellung in der Figur wird Brennstoff Hauptbrennstoffleitung 12 stromabwärts des Drosselmit Ablaßdruck Pd durch eine Pumpe 10 mit erhöhtem ventils 14, der zum öffnen dieses Ventils erforderlich ist. Druck P\ in eine Hauptbrennstoffleitung 12 gepumpt. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung verbindet eine Der Brennstoff in der Hauptbrennsioffieitung 12 wi'd 60 Leitung 50 die Kammer 44 mit dem Ablaß. Eine feste durch ein Drosselventil 14 dosiert, und der dosierte Verengung 52 in der Leitung 50 dient zum Erzeugen Brennstoff strömt mit einem Druck P₂ durch ein Ab- einer Dämpfungswirkung durch Wiederherstellen der sperrventil 16 hindurch in eine Leitung 18, die zur Strömung in die oder aus der Kammer 44 in Abhängig-Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks (nicht dar- keit von der Bewegung des Ventilkörpers 48 des Abgestellt) führt. Ein Umgehungsdruckregelventil 20 steht 65 Sperrventils 16.

mit der Hauptbrennstoffleitung 12 stromaufwärts und Um beim Anlassen die Brennstoffzufuhr zu dem

stromabwärts des Drosselventils 14 in Verbindung und Triebwerk zu erhöhen, wenn eine Brennstoffanreichung

dient zum Konstanthalten des Druckabfalls an dem erforderlich ist. und um die Bi'ennstnff^ufnhr im Polio

einer Übertemperatur abzusperren, ist eine Brennstoffanreicherungs- und Anlaßüberhitzungsregelvorrichtung vorgesehen, die in der Zeichnung in dem gestrichelten Kasten dargestellt und insgesamt mit 54 bezeichnet ist Eine Brennstoffleitung 56 verbindet die stromaufwärtige Seite des Drosselventils 14 mit dessen stromabwärtiger Seite in der Hauptbrennstoffleitung 12 über ein Kugelventil 58, eine Drosselstelle 66, ein Kugelrückschlagventil 68 und ein manuell einstellbares Ventil 74. Das Ventil 58 ist in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl einstellbar und ist bei Stillstand der Turbine sowie bei Drehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl offen. Das Ventil 58 ist bei Leerlaufdrehzahl und bei Ober der Leeriaufdrehzah! liegenden Drehzahlen geschlossen. Das Ventil 58 hat eine Kugel 60, die durch eine Feder 62 in die Schließstellung gegen einen Stößel 64 gedrückt wird, welcher durch einen Stellkolben (nicht dargestellt) hin- und herbewegt wird, dessen Stellung zu dem Quadrat der Triebwerksdrehzahl (N²) proportional ist Bei Stillstand des Triebwerks hält der Stößel 64 die Kugel 60 in der geöffneten Stellung. Wenn die Triebwerksdrehzahl beim Anlassen zunimmt, wird der Stellkolben bewegt, um den Stößel 64 von der Kugel 60 wegzubewegen, wobei die Kugel 60 durch die Feder 62 und die Druckdifferenz gegen ihren Sitz gedrückt wird, den sie kurz vor der Leerlaufdrehzahl des Triebwerks erreicht

Wenn das Ventil 58 offen ist, erreicht der Brennstoff in der Brennstoffleitung 56 die Drosselstelle 66 und strömt durch diese hindurch, wobei der Druckabfall (Pi-P₂) an der Drosselstelle durch die Stellung des Ventilkörpers 26 bestimmt wird. Im vorliegenden Fall wird ein Druckabfall bevorzugt, der etwas kleiner ist als der an dem Drosselventil 14, wobei die Differenz aber ausreicht um die auf die Kugel 72 des Rückschlagventils 68 einwirkende Kraft einer Feder 70 zu fiberwinden. Stromabwärts des Rückschlagventils 68 befindet sich das manuell einstellbare Ventil 74, das einen manuell betätigbaren Schieber aufweist mittels welchem die gewünschte Brennstoffanreicherung durch den Piloten einstellbar ist Infolge der parallel zu der Hauptbrennstoffleitung 12 um das Drosselventil 14 angeordneten Drosselstelle 66 in Kombination mit dem Ventil 58 kann durch Betätigung des manuell einstellbaren Ventils 74 die erwünschte Brennstoffanreicherung während des Anlassens einfach und schnell eingestellt werden.

Zum Vermeiden einer Anlaßüberhitzung ist eine Umgehungsleitung 76, welche durch ein hier als Magnetventil ausgebildetes Steuerventil 78 normalerweise verschlössen ist, Zwischen der Einiaßseiie der Drössclsicüc So 66 und der Rückseite des Absperrventils 16 vorgesehen. Die Spule des Magnetventils 78 empfängt ein Triebwerksfunktionssignal, z. B. ein Turbineneinlaßtemperatursignal, aus dem Triebwerk, das, wenn es zu hoch ist z. B. infolge Verdichterpumpens, zu starker Brennstoffzufuhr od. dgl, bewirkt, daß das Magnetventil 78 geöffnet wird. Dadurch strömt der Brennstoff mit dem Druck P\ zur Rückseite des Absperrventils 16 unter Umgehung der Drosselstelle 66. Wenn das Absperrventil 16 schließt nehmen die Drücke Pi und Pi gleichermaßen zu, bis der Druck P\ das Druckminderventil 42 öffnet Während dieser Zeit überwiegen der Druck P\ und die Federkraft die auf der Rückseite des Absperrventils 16 wirken, den Druck Pi, so daß das Absperrventil 16 vollständig geschlossen und dadurch die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk vollständig unterbrochen wird.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Brennstoffanreicherung und zum Schutz gegen Anlaßüberhit zung ist selbstverständlich nur bei Triebwerksdrehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl wirksam, im Falle eines Flugzeuges also beispielsweise dann, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet Sobald das Triebwerk die Leerlaufdrehzahl erreicht, wird das Magnetventil 78 unabhängig von seiner augenblicklichen Stellung unwirksam (in bezug auf das Absperrventil 16), da das Kugelventil 58 jede Brennstoff strömung zu dem Magnetventil verhindert Daher wird der Druck auf der Rückseite des Absperrventils 16 gleich Pd sein. Um weiter zu gewährleisten, daß die Brennstoffströmung zu dem Magnetventil 78 bei einer bestimmten Drehzahl unterbrochen wird, ist das Kugelrückschlagventil 68 vorgesehen, um eine Brennstoffströmung mit dem Druck P2 in dem Fall zu verhindern, daß die manuelle Einstellung der Brennstoffanreicherung bei Leerlaufdrehzahl oder höherer Drehzahl unbeabsichtigt in der eingestellten Stellung bleiben sollte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 hängigkeit von dem Druckunterschied stromaufwärts Patentansprüche: und stromabwärts des Drosselventils in der Hauptbrennstoffleitung einstellbar, um die beim Anlassen des

1. Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbi- Triebwerks zusätzlich zuzuführende Brennstoffmenge nentriebwerk, mit einer Pumpe (10), die den Brenn- s zu regulieren, wobei die zusätzliche Brennstoffmenge stoff unter erhöhten Druck (Pt) setzt, mit einer zum Füllen der Brennstoffeinspritzdüsen dient, damit Hauptbrennstoffleitung (12) zwischen dem Auslaß- das Anlassen erfolgen kann. Es kann dabei vorkommen, ende der Pumpe und der Brennkammer des Gastur- daß trotz der zusätzlichen Brennstoffzufuhr beim Anlasbinentriebwerks, mit einem Drosselventil (14) in der sen das Triebwerk nicht sofort anspringt Bei verspäte-Hauptbrennstoffleitung zum Dosieren der Brenn- to tem Anspringen befindet sich dann eine sehr große stoffzufuhr, mit einem Absperrventil (16) in der Brennstoffmenge in der Brennkammer und kann eine Hauptbrennstoffleitung stromabwärts des Drossel- Anlaßüberhitzung der Turbine verursachen. Um das zu ventils, mit einer zweiten Brennstoffleitung (56) zur verhindern, ist die bekannte Brennstoffzumeßeinrich-Zufuhr zusätzlichen Brennstoffes, welche die Haupt- tung so ausgelegt, daß der zusätzliche Brennstoff nur brennstoffleitung stromaufwärts des Drosselventils 15 während der ersten Phase des Anlassens des Triebwerks mit der Hauptbrennstoffleitung zwischen dem Dros- zugeführt wird. Danach muß das Ventil geschlossen selventil und dem Absperrventil verbindet, und mit werden, damit keine überhöhte Brennstoffmenge in die einem Ventil (58) in der zweiten Brennstoffleitung, Brennkammer eingespritzt wird. Das kann aber zur FoI-das in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl ein- ge haben, daß das Triebwerk nach dem Anlassen noch stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß 20 verhältnismäßig lange bei zu niedriger Drehzahl und zu in der zweiten Brennstoffleitung (56) stromabwärts niedriger Temperatur läuft, deshalb träge anspricht und des in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl ein- schlecht auf die Leerlaufdrehzahl beschleunigt werden stellbaren Ventils (58) eine an sich bekannte Drossel- kann.

stelle (66) vorgesehen ist zum Begrenzen der Zufuhr Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffzumeß-

zusätzlichen Brennstoffes, daß eine dritte Leitung 25 einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1

(76) zwischen dem Absperrventil (16) und der zwei- angegebensn Art so zu verbessern, daß nach dem An-

ten Brennstoffleitung (56) stromabwärts des in Ab- lassen weiter zusätzlicher Brennstoff dem Triebwerk

hängigkeit von der Turbinendrehzahl einstellbaren zugeführt werden kann, ohne daß beim Anlassen in dem

Ventils (58) vorgesehen ist, daß in der dritten Lei- Triebwerk unzulässig hohe Temperaturen entstehen

tung ein Steuerventil (78) angeordnet ist, das bei 30 können.

einem unzulässigen Betriebszustand öffnet, und daß Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im

das in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl ein- Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen

stellbare Ventil (58) so ausgelegt ist, daß es beim Merkmale gelöst

Erreichen der Leerlaufdrehzahl schließt Bei der Brennstoffzumeßeinrichtung nach der Erfin-

2. Brennstoffzumeßeinrichtung nach Anspruch 1, 35 dung dient das in Abhängigkeit von der Turbinendrehdadurch gekennzeichnet daß die dritte Leitung (76) zahl einstellbare Ventil nicht zur Regulierung der stromaufwärts der Drosselsteile (66) an die zweite Brennstoffströmung in der zweiter. Brennstoffleitung, Brennstoffleitung (56) angeschlossen ist. denn dafür ist erfindungsgemäß die an sich bekannte

3. Brennstoffzumeßeinrichtung nach Anspruch 1 Drosselstelle (US-PS 28 92 309) vorgesehen, welche ei- oder 2, dadurch gekennzeichnet daß zum Einstellen 40 ne einfache, feste Leitungsverengung ist, die die Ströder Zufuhr zusätzlichen Brennstoffes ein manuell mung in der zweiten Brennstoffleitung begrenzt Um zu einstellbares Ventil (74) in der zweiten Brennstofflei- verhindern, daß beim Anlassen unzulässig hohe Triebtung (56) angeordnet ist. Werkstemperaturen erreicht werden, ist die dritte Lei-

4. Brennstoffzumeßeinrichtung nach einem der tung vorgesehen, die die zweite Brennstoffleitung mit Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in 45 dem Absperrventil verbindet und in der das Steuerventil der zweiten Brennstoffleitung (56) stromabwärts der vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von einem Trieb-Drosselstelle (66) ein Rückschlagventil (68) angeord- werksparameter (z. B. der Turbinentemperatur) betätigt net ist. wird. Das Steuerventil ist so ausgelegt, daß es den

5. Brennstoffzumeßeinrichtung nach einem der Brennstoffzufluß zu dem Absperrventil während des Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das 50 normalen Betriebes verhindert und bei einem unzulässi-Steuerventil (78) beim Überschreiten einer vorbe- gen Betriebszustand aus der zweiten Brennstoffleitung stimmten Turbinentemperatur öffnet. zu dem Absperrventil leitet, um dieses in die Schließstellung zu bringen. Das Ventil in der zweiten Brennstofflei-

tung ist so ausgebildet, daß es unterhalb der Leerlauf-

55 drehzahl offen und oberhalb der Leerlaufdrehzahl geschlossen ist. Dieses Ventil blockiert jeden Brennstoff-

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzumeßeinrich- durchfluß in der zweiten Brennstoffleitung, so daß auch

tung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angege- kein Brennstoff zu dem Absperrventil gelangen kann,

benen Art. wenn bei höheren Betriebsdrehzahlen aus irgendeinem

Beim Anlassen eines Gasturbinentriebwerks hat die- 60 Grunde das Steuerventil in der dritten Leitung zwischen

ses, nachdem die Brennstoffzufuhr eingesetzt hat, be- der zweiten Brennstoffleitung und dem Absperrventil

kanntlich eine Unterdrehzahl sowie eine Untertempera- öffnen sollte. Durch die Erfindung wird also erreicht,

tür, und bei bestimmten Betriebsbedingungen kann es daß der zusätzliche Brennstoff auch nach erfolgtem An-

deshalb erforderlich sein, die Brennstoffzufuhr über den lassen noch während einer längeren Zeitspanne zuge-

beim Anlassen üblichen Wert hinaus zu erhöhen. 65 führt werden kann, wobei aber trotzdem verhindert