DE2625032A1

DE2625032A1 - Brennstoffzufuerhhrungseinrichtung fuer ein gastrubinentriebwerk

Info

Publication number: DE2625032A1
Application number: DE19762625032
Authority: DE
Inventors: David Omri Davies; Bruce Ernest Mills
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2314363A1; DE2625032B2; US4062183A; DE2625032C3; IT1060778B; JPS51151410A; GB1539734A

Description

Patentanwalts Dipl.-Ing. Cu rt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 3. Juni 197 6

Unser Zeichen: 15 54j5 - Κ/Αρ

Rolls-Royce (1971) Limited - London / England

Brennstoffzuführungseinrichtung für ein Gasturbinentri ebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf eine BrennstoffZuführungseinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk.

Wenn ein Gasturbinentriebwerk angelassen wird, gibt es eine Anfangsperiode während der der Druck des Brennstoffs, der den Brennern zugeführt wird, die den Brennstoff zwecks Verbrennung zerstäuben, sehr niedrig ist. Unter diesen Bedingungen arbeiten die Brenner nicht mit ihrer vollen Wirksamkeit und infolgedessen kann die Verbrennung des Brennstoffs unzureichend sein und es wird die Gefahr anderer Fehler vergrößert, beispielsweise die Gefahr des Pumpens des Triebwerkskompressors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine BrennstoffzufUhrungseinrichtung zu schaffen, bei der der Brennstoffdruck nach den Brennern während der Zündfolge auf einem relativ hohen Wert aufrecht erhalten werden kann.

609851/0371

Die Erfindung geht aus von einer BrennstoffZuführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren Brennern, die Brennstoff in eine Brennkammer einspritzen und mit einer Brennstoffzuführung nach den Brennern. Gemäß der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche verhindert daß während des Beginns des Triebwerksanlaufs Brennstoff durch eine vorbestimmte Zahl von Brennern strömt.

Die Steuereinrichtung kann bewirken, daß wenigstens ein Teil der Brennstoffringleitungen, die den Brennern Brennstoff zuführen, mit Luft gefüllt wird, so daß eine Brennstoffströmung durch jene Teile der Zuführungsleitungen verhindert wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten BrennstoffZuführungseinrichtung j

Fig. 2 in größerem Maßstab eine schematische Ansicht der BrennstoffZuführungseinrichtung nach Fig. 1.

Figur 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Lufteinlaß 10, einem Kompressor 11, einer Verbrennungseinrichtung 12, einer Turbine 13 und einer Schubdüse 14. Die Arbeitsweise dieses Triebwerks ist konventionell und es wird Luft dem Einlaß 10 zugeführt, und vom Kompressor 11 verdichtet. Dann wird Brennstoff zugesetzt und die sich ergebende Mischung wird in der Brennkammer 12 verbrannt und die Gase, die auf diese Weise erzeugt werden, treiben die Turbine IJ an, die ihrerseits wieder den Kompressor 11 treibt. Die Abgase der Turbine 13

609851/0371 -A

strömen durch die Düse 14 und liefern einen Antriebsschub. Der vorerwähnte Brennstoff wird der Brennkammer aus einem nicht dargestellten Tank zugeführt, der ein Brennstoffsteuersystem 15 speist. Von diesem System I5 führt ein Rohr 16 Brennstoff einer Ringleitung I7 zu, die das Triebwerk kurz oberhalb des Verbrennungssystems umgibt. Mehrere radial verlaufende Zuführungsrohre 18 führen den Brennstoff durch das Triebwerksgehäuse und in Verteilerleitungen, von denen eine bei 19 dargestellt ist. Von jeder der Verteilerleitungen I9 führen drei Arme nach den Brennern 20, die diesen den Brennstoff liefern. Diese Brenner zerstäuben den Brennstoff und spritzen ihn in die Brennkammer 21 ein, wo er mit Luft vermischt und verbrannt wird. Es kann außerdem notwendig sein, Zumeßventile an den Zuführungsrohren 18 vorzusehen, um die unterschiedlichen Höhen der Arme und die damit verknüpften unterschiedlichen hydrostatischen Drücke zu kompensieren.

Damit das Triebwerk gestartet werden kann, ist ein Druckluftmotor 22 am Triebwerk vorgesehen, der den Kompressor und die Turbine antreibt, wenn er in Tätigkeit gesetzt wird. Dieser Motor wird mit komprimierter Luft aus einer nicht dargestellten Quelle über ein Anlaßventil 23 und eine Steuerstufe 24 gespeist. Die Steuerstufe 24 ermöglicht eine Luftzufuhr nach den Leitungen 17* wie weiter unten unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, tritt die komprimierte Luft, die durch das Ventil 23 hindurchgetreten ist, in ein umgekehrtes "U" des Rohres 25 ein, in dem ein Druckregelventil 26 vorgesehen ist. Das Ventil 26 liefert einen vorbestimmten maximalen Luftdruck und der Zweck des umgekehrten"U" wird aus den späteren Ausführungen ersichtlich. Die Luft verläßt das ¹¹U" über eine Einschnürung 27 und strömt durch ein Rohr 28 und ein

609851 /0371

2S25032

Rückschlagventil 29 in das oberste Ende j50 der Ringleitung 17 ab. Beim Eintritt in die Ringleitung verdrängt die Luft einen Teil des Brennstoffs der sonst die Leitung anfüllt, und der Luftdruck wird so groß gehalten, daß er sich weit genug von dem maximalen Ausmaß erstreckt, um zu verhindern daß Brennstoff in die beiden obersten Zuführungsrohre 18 eintritt. Dieses Ausmaß der Luftverdrängung in der Leitung ist bei 31 angedeutet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß dies die Anfangsbedingung des Systems ist. Wenn sich das Triebwerk schneller dreht, dann steigt der Druck des Brennstoffs an, der durch das System I5 geliefert wird, und während der Luftdruck im wesentlichen konstant verbleibt, drückt der Brennstoff konsequent zunehmend mehr und mehr von der Luft aus der Leitung. Wenn die Zwischenfläche zwischen Brennstoff und Luft das zweithöchste Zuführungsrohr 18 erreicht hat, dann beginnt der Brennstoff durch die drei Brenner, die diesem Rohr zugeordnet sind, zu strömen und das gleiche geschieht mit dem obersten Zuführungsrohr. Wenn die Triebwerksdrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der im typischen Fall unter der Lehrlaufdrehzahl liegt, wird Vorsorge dafür getroffen, daß der Brennstoff die Zuführungsleitungen bis zu dem Rückschlagventil 29 vollständig anfüllt und dann arbeitet das Brennstoff Zuführungssystem in normaler Weise. Außerdem wird an einem bestimmten Punkt unterhalb der Lehrlaufdrehzahl· die Zuführung komprimierter Luft durch das Ventil 25 abgeschaltet.

Die Wirkung jenes Abschnitts des oben beschriebenen Systems besteht darin, die Brennstoffzufuhr nach dem Triebwerk beim Anlassen anfänglich nur nach 18 der 24 dargestellten Brenner vorzunehmen. Dadurch wird bewirkt, daß der Druck des Brennstoffs in den Brennern größer ist als dann wenn sämtliche Brenner in Betrieb befindlich sind. Wenn die Drehzahl des Triebwerks ansteigt, dann werden progressiv jene Brenner, die

609851 /0371

anfänglich abgeschaltet waren,geöffnet bis das Triebwerk unter normalen Betriebsbedingungen läuft.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen System sind weitere Komplikationen erforderlich, um eine Vorsorge gegenüber potentiellen Fehlern des Systems zu treffen. Wenn das Rückschlagventil 29 ausfallen sollte, dann könnte bei dem beschriebenen System Brennstoff in den Startermotor 22 gedrückt werden, und dies ist natürlich höchst unerwünscht. Deshalb ist ein Entlastungsventil 52 vorgesehen, das mit komprimierter Luft von dem umgekehrten "U" 25 über das Rohr 55 und einer Zufuhr von Druck stromab der Einschnürung 27 durch ein Rohr 54 gespeist wird. Innerhalb des Ventils 52 befindet sich eine federbelastete Membran 35> die durch die Feder 36 vom Einlaßkanal 37 vom Rohr 54 weg belastet ist. Die Kammer unter der Membran 55,in die der Einlaß 57 einsteht, ist mit zwei Auslassen versehen, nämlich einem kleineren Auslaß 58, der eine leichte Strömung in den Abzugstank 59 ermöglicht, und einen größeren Auslaß 40, über den Brennstoff über Bord abgelassen werden kann, wenn ein genügender Druck aufgebaut ist, um den Schwerkraftkopf 41 zu überwinden.

Die Arbeitsweise dieser Sicherheitsvorrichtungen ist die folgende: Unter normalen Betriebsbedingungen wird die komprimierte Luft anfänglich über das Rohr 55 zugeführt, um die Membran 55 zu veranlassen, den Einlaß 57 abzusperren. Die Luft kann daher nicht über das Rohr 54 entweichen, weil differentiell unterschiedliche Flächen auf die Membran einwirken und das Ventil beeinträchtigt nicht die normale Arbeitsweise des Systems. Falls das Ventil 29 ausfällt, so daß Brennstoff längs der Leitung 28 abströmen kann, wird die federbelastete Membran in die Öffnungsstellung überführt, weil der Brennstoffdruck hoch ist und das Ventil 25 wird abgeschaltet. Die be-

60985 1/0371 ^%/#

trächtliche Brennstoffströmung fließt demgemäß durch das Ventil 32 ab, wobei der Kopf 41 ansteigt. Obgleich ein möglicher Pfad für den Brennstoff durch das umgekehrte "U" 25 gegeben ist, ist dessen Größe so bemessen, daß diese größer ist als ein möglicher verfügbarer Brennstoffdruckkopf, und demgemäß kann der Brennstoff nicht hindurchströmen. In der Praxis muß das umgekehrte "U" 25 beträchtlich größer als in der Zeichnung dargestellt sein.

Der andere mögliche Leckstrom besteht in einem kleinen Brennstoff-Leckstrom durch das Ventil 29. Wiederum strömt der Brennstoff durch das Ventil 52 ab, aber in"diesem Fall liefert das Rohr 38 einen leichten Pfad für die geringe Strömung nach dem Abzugtank 39 > so daß eine unnötige atmosphärische Verschmutzung vermieden wird.

Es gibt eine Anzahl möglicher Abwandlungen, um einen Teil der Brenner abzuschalten, und natürlich kann die Zahl der abgeschalteten Brenner von der vorstehend beschriebenen Zahl abweichen.

Vorstehend wurde die Erfindung in Abhängigkeit von dem erhöhten Druck beschrieben, der an den verbleibenden Brennern auftritt. Es gibt jedoch auch eine andere Theorie, nach der die verbesserte Arbeitsweise eine Folge der Tatsache ist, daß die Verbrennung nur über einen Teil des Rings des Triebwerks verläuft.

Die Druckluftquelle könnte auch aus einer anderen Quelle bestehen, beispielsweise aus einer Sauerstoff-Flasche.

Patentansprüche 609851/0371

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Brennstoffzuführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren Brennern, die Brennstoff in eine Brennkammer einspritzen und mit Brennstoffleitungen, die den Brennern den Brennstoff zuführen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, die wenigstens einen Teil der Zuführungsleitung (17) zu Beginn des Triebwerksanlaufs mit Druckgas versorgt, um eine Brennstoffströmung durch diese Leitung (13) nach einer vorbestimmten Zahl dieser Brenner (20) zu verhindern.

BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckgases niedriger ist als der Druck des Brennstoffs in der Zuführungsleitung (17) bei Normalbetrieb des Triebwerks.

Brennstoffzuführungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) an einem Ende (30) der Zuführungsleitung (17) derart angeordnet ist, daß ein Teil (30, 31) der Leitung (17), der an diesem Ende (30) beginnt, mit Druckgas gefüllt wird, und jenen besagten Teil bildet.

BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (29) an der Verbindung (30) zwischen Steuereinrichtung (24) und Zuführungsleitung (17) vorgesehen ist.

609851/0371 ./.

5. BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas von einem durch Druckgas betriebenen Anlaßmotor (22) des Triebwerks abgenommen wird.

6. BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablaßventil (52) vorgesehen ist, das den Brennstoff aus der Leitung (17) am Rückschlagventil (29) nach einem Abfluß (39, ¹K)) fließen läßt.

7. BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (32) nur öffnet, wenn der Brennstoffdruck größer ist als der Druck des Druckgases.

8. BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) mit dem das Druckgas der Leitung (17) zugeführt wird, eine Brennstoffströmung durch die Leitung nach dem Motor (22) verhindert.

9. BrennstoffZuführungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung einen Abschnitt (25) aufweist, der eine größere vertikale Höhe über der Leitung (I7) besitzt, als dem Druck des Brennstoffs entspricht, d.h. über die Höhe, über die der Brennstoff ansteigen könnte.

0 9 851/0371

Leerseite