DE2625032C3

DE2625032C3 - Brennstoffzuführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk '

Info

Publication number: DE2625032C3
Application number: DE2625032A
Authority: DE
Inventors: David Omri Duffield Davies; Bruce Ernest Spondon Mills
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1979-07-12
Also published as: IT1060778B; JPS51151410A; DE2625032A1; DE2625032B2; FR2314363A1; GB1539734A; US4062183A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzuführungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Brennstoffzuführungseinrichtung ist aus der US-PS 31 58 998 bekannt. Bei diesem bekannten Brennstoffregler lastet auf dem Brennstoffdruck innerhalb der Brennstoffzufuhrleitung ein über Kugelventil zugeführter Gasdruck, durch welchen mehr oder weniger Brennstoffeinspritzdüsen freigelegt werden. Hierdurch wird der Nachbrenner des Triebwerks mit mehr oder weniger Brennstoff versorgt, je nach dem wie viele der Brennstoffdüsen des Nachbrenners durch den Gasdruck für eine Brennstoffströmung wirksam bzw. unwirksam gemacht werden.

Die Erfindung befaßt sich demgegenüber nicht mit der Brennstoffreglung im Flugbetrieb, sondern mit dem Anlaßvorgang. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sicherzustellen, daß der Druck des aus den Brennstoffdüsen austretenden Brennstoffs auch beim Anlassen über einem vorbestimmten Minimalwert ließt, um auch bereits beim Anlauf eine vollständige und günstige Verbrennung zu gewährleisten.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Dadurch, daß erfindungsgemäß durch das Druckgas ein Teil der Brennstoffinjektoren außer Betrieb gesetzt wird, steht der Brennstoff in den übrigen Brennstoffinjektoren unter einem ausreichenden Druck, um eine ordnungsgemäße Verbrennung zu tragen und es können dann, wenn der Brennstoffdruck steigt, die übrigen Brennstoffinjektoren zugeschaltet werden, was gemäß Anspruch 2 einfach dadurch automatisiert werden kann, daß der Druck des Druckgases niedriger ist als der Brennstoffdruck in der Brennstoffzuführungsleitung bei Normalbetrieb des Triebwerks, so daß sich die Druckverhältnisse unter Zu- bzw. Abschaltung bestimmter Brenner einstellen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 5.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Brennstoffzuführungseinrichtung;

F i g. 2 in größerem Maßstab eine schematische Ansicht der Brennstoffzuführungseinrichtung nach Fig. ΐ.

Fig. 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 ΕίηΙε3 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 13 an, die ihrerseits wieder den Kompressor 11 treibt. Die Abgase der Turbine 13 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 15 führt ein Rohr 16 Brennstoff einer Ringleitung 17 zu, die das Triebwerk kurz oberhalb des Verbrennungtsystems umgibt. Mehrere radial verlaufende Zuführungsrciiire 18 führen den Brennstoff durch das Triebwerksgehäuse und in Verteilerleitungen, von denen eine bei 19 dargestellt ist. Von jeder der Verteilerleitungen 19 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 mil komprimierter Luft aus einer nicht dargestellten Quelle über ein Anlaßventil 23 und eine Steuerstufe 24 gespeist. Die Steuerstufe 24 ermöglicht eine Luftzufuhr nach der Leitung 17, wie weiter unten unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, tritt die komprimierte Luft, die durch das Ventil 23 hindurchgetreten ist, in ein umgekehrtes »Um des Abschnitts 25 der Durchgaszuführungsleistung 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 »U« über eine

Einschnürung 27 und strömt durch ein Rohr 28 und ein Rückschlagventil 29 in das oberste Ende 30 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 Zuführu.ngsrohre 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 15 geliefert wird, und während der Luftdruck im wesentlichen konstant verbleibt, drückt der Brennstoff konsequent zunehmend mehr und mehr von der Luft aus der Leitung 17. 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 Triebwerksdrehzahi 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 Brennstoffzuführungssystem in normaler Weise. Außerdem wird an einem bestimmten Punkt unterhalb der Lehrlaufdrehzahl die Zuführung komprimierter Luft durch das Ventil 23 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 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 Anlaßmotor 22 gedruckt werden, und dies ist natürlich höchst unerwünscht. Deshalb ist ein Ablaßventil 32 vorgesehen, das mit komprimierter Luft von dem umgekehrten »U«-Abschnitt 25 über das Rohr 33 und einer Zufuhr von Druck stromab der Einschnürung 27 durch ein Rohr 34 gespeist wird. Innerhalb des Ventils 32 befindet sich eine federbelastete Membran 35, die durch die Feder 36 vom Einlaßkanal 37 vom Rohr 34 weg belastet ist Die Kammer unter der Membran 35, in die der Einlaß 37 einsteht, ist mit zwei Auslassen versehen, nämlich einem kleineren Auslaß 38, der eine leichte Strömung in den Abzugstank 39 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 33 zugeführt, um die Membran 35 zu veranlassen, den Einlaß 37 abzusperren. Die Luft kann daher nicht über das Rohr 34 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 Öffr . 'igssteliung überführt, weii der Brennstoffdruck hoch ist -:nd das Ventil 23 wird abgeschaltet. Die beträchtliche Brennstoffströmung fließt demgemäß durch das Ventil 32 ab, wobei der Kopf 41 ansteigt. Obleich ein möglicher Pfad für den Brennstoff durch das umgekehrte »Um 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 Leckstroni besteht in einem kleinen Brennstoff-Leckstrom durch das Ventil 29. Wiederum strömt der Brennstoff durch das Ventil 32 ab, aber in diesem FaI! 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 besc/iriebenen Zahl abweichen.

Vorstehend wurde die Erfindung in Abhängigkeit von dem erhöhten Druck beschrieben, de. 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 Triebswerks verläuft.

Statt einer Drucluftquellc könnte auch eine andere Druckgasquelle verwendet werden, beispielsweise eine Sauerstoff-Fl asche.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffzuführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren Brennern, die Brennstüff in eine Brennkammer einspritzen, und mit einer Brennstoffzufuhrleitung, die den Brennern den Brennstoff zuführt, und mit einer Steuereinrichtung, durch die wenigstens ein Teil der Brennstoffzuführleitung mit Druckgas versorgbar ist, um «ine Brennstoffströmung durch die Brennstoffzufuhrleitung nach einer vorbestimmten Zahl der Brenner zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas von einer zu einem Druckgas-Anlaßmotor (22) des Triebwerks führenden Druckgasizufuhrleitung über ein Ventil (23) abnehmbar ist, das gleichzeitig den Anlaßmotor einschaltet.

2. Brennstoffzuführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckgases niedriger ist als der Brennstoffdrwck in der Brennstoffzufuhrleitung (17) bei Normalbetrieb des Trieowerks.

3. Brennstoffrüführüngseinrich'iung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablaßventil (32) vorgesehen ist, das den Brennstoff aus der Brennstoffzufuhrleitung (17) an einem Rückschlagventil (29) nach einem Abfluß (39, 40) fließen lassen kann.

4. Brennstoffzuführungseinrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (32) derart ausgebildet ist, daß es nur öffnet, wenn der Brennstoffdruck größer ist als der Druck des Druckgase".

5. Brennstoffzuführungseinr-ohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaszufuhrleitung einen Abschnitt (25) aufweist, der eine größere geodätische Höhe über der Brennstoffzufuhrleitung (17) besitzt als sie dem Druck des Brennstoffs entspricht.