DE2828249A1

DE2828249A1 - Einrichtung zum steuern oder regeln der durchflussmenge von heissgas in einem stroemungskanal, insbesondere von brennstoffreichen gasen fuer die brennkammer von raketentriebwerken

Info

Publication number: DE2828249A1
Application number: DE19782828249
Authority: DE
Inventors: Thomas Haehnel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DE2828249C2

Description

Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Durchfluß-
menge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Rak etentriebwerien Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Durchflußmenge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Raketentriebwerken, mit einem oder zwei Schiebern, die in den Strömungskanal eingreifen.
Im iaschinenbau sind in Kanälen eingebaute Ventile und Schieber zum Steuern und Regeln der Durchflußmengen strömender Iledien in vielen Ausführungsformen bekannt. Im allgemeinen sollen diese beweglichen Maschinenelemente, um die Strömungsverluste so geringwie möglich zu halten, strömungsgünstig ausgebildet sein; ferner sollen sie, um die assenkräfte zu reduzieren und hohe Betriebsfrequenzen zuzulassen, möglichst wenig Baugewicht aufweisen; und außerdem sollen sie bei aggressiven Förderstoffen den dabei auftretenden chemischen Angriffen materialmäßig standhalten.
ei bestimmten Betriebsarten treten besondere Schwierigkeiten auf;dieseverlangen für Ventile und Schieber besondere Eigenschaften. So fallen bei manchen Wärmemaschinen, wie bei Raketentriebwerken, die mit brennstffreichen Gasen arbeiten, die in einer Vorbrennkammer aus einem festen chemischen Brennstoff erzeugt werden und über eine oder mehrere Leitungen zu einer Hauptbrennkammer strömen, der Luftsauersto£f zurstöchiometrischen Endverbrennung zugeführt wird, Feststoffpartikelchen im heißen Gasstrom an. Diese Partikelchen weisen die sehr unangenehme Eigenschaft auf, daß sie sehr haftfähig sind. Hierdurch verschmutzen Leitungen und insbesondere bilden sich bei Ventilen und Schiebern an vorhandenen Kanten, Ecken, Hinterschneidungen und in Hohlräumen Ablagerungen, die zum Versagen dieser wichtigen Organe führen können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art Steuer- bzw. Regelschieber zu schaffen, die nicht nur leichtgängig sind, ein geringes Baugewicht aufweisen und eine raumsparende Anordnung mit sich bringen, sondern auch Ablagerungen von im heißen Gasstrom befindlichen Partikelchen vermeiden, wodurch volle Funktionsfähigkeit garantiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Schieber oder die beiden, diametral zueinander angeordneten Schieber zylindrisch mit einem dem Durchmesser des Strömungskanals gleichen Durchmesser ausgebildet sind und einen strömungsgünstigen Kopf aufweisen.
Der Kopf eines jeden zylindrischen Schiebers ist in Ausgestaltung der Erfindung nur mit in Strdmungsrichtung bzw.
Längsrichtung des Strömungskanals verlaufender Abrundung versehen, mit einem Krümmungsradius der Abrundung, der dem halben Durchmesser des Schiebers gleich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Krfimungsradius für den Kopf eines jeden zylindrischen Schiebers grdßer sein als der halbe Durchmesser der Schieber.
Ferner besteht gemäß der Erfindung die Möglichkeit, die Schieberköpfe so zu gestellten, daß beide zusammen eine konvergent-divergente Düse bilden.
Zur Vereinfachung des Stellantriebes ist gemL3 der Erfindung der eine Schieber in seiner Lage einstellbar, wthrend der andere Schieber in AbhEngigkeit von bestimmten Parametern, z.B. um die Leistung des Triebwerks zu regeln, in seiner Lage dauernd gestellt wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist leichtgängig, weist geringe Massen auf, benötigt wenig Einbauraum, läßt sich ohne besonderen konstruktiven Aufwand praktis d überall einbauen und zeichnet sich vor allen Dingen dadurch aus, daß sie durch ihre stromunasgiinstige Ausbildung auch in mit Feststoffpartikelchen stark angereicherten heißen Gasströmungen von unerwünschten Rückständen freibleibt, wodurch ihre Funktionsfähigkeit gewahrt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Lcingsschnitt durch einen Strömungs]canal mit einer Steuereinrichtung, Fig. 2 beide Schieber in Perspektive und Fig. 3 eine weitere Ausbildung der Steuerschieber.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verläuft in einem Gehäuse 1 ein Strömungskanal 2 mit einem Durchmesser D 2. In Pfeilrichtung strömt ein heißes brennstoffreiches Gas G.
Es wird in einer hier nicht dargestellten Vorbrennkammer durch Abbrand eines chemischen Festtreibstoffes erzeugt und strömt zu einer IIauptbrennkammer eines Raketentriebwerks, der außerdem zur stöchiometrischen Verbrennung Luftsauerstoff zugeführt wird. Im heißen Gas strom werden noch Feststoffpartikelchen mitgerissen, die in unerwünschter Weise durclySie sehr rasche Reaktion des Festbrennstoffes anfallen und erst in der fIauptbrennkammer ausbrennen.
Im Gehäuse 1 ist eine Steuereinrichtung eingebaut, mit der die Masse des Gasstromes pro Zeiteinheit für die jeweilige Leistung des Triebwerks geregelt wird. Die Steuereinrichrung besteht aus zwei diametral gegenerliegenden Schiebern 3 und 4, die im Gehäuse 1 in radialer Richtung gleiten und gleiche Durchmesser D 3 und D 4 aufweisen. Die Schieber 3 und 4 sind zylindrisch, haben den gleichen Durchmesser wie der Strömungskanal 2 und weisen einen in Strömungsrichtung yesehen abgerundeten Kopf 3a und 4a auf mit einem Radius R, der dem halben Durchmesser D 3 bzw. D 4 gleich ist. Wie die Fig. 2 in perspektbischer Darstellung erkennen läßt, erstreckt sich die Abrundung nur in Längsrichtung x des Strömungs]canals 2, d.h., der eine Gerade bildende Scheitel S3 bzw. S4 der Abrundung verläuft quer zur Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung x des Strömungskanals 2. Dadurch ist es möglich, den Strömungskanal 2 mit beiden Schiebern 3 und 4 ganz abzusperren; hierbei berühren sich die Scheitel S3 und S4 beider Schieber 3 und 4.
Der untere Schieber 3 ist in bezug auf seine Eingrifftiefe in den Strömungskanal 2 durch eine Vorrichtung 5 in radialer Richtung einstellbar, während der Schieber 4 durch eine Vorrichtung 6, die hydraulisch betätigt wird, je nach Leistungsbedarf des Triebwerks, dauernd gesteuert wird.
Durch die besondere Gestaltung verhalten sich die Schieber 3 und 4 allseits strömungsgünstig, d.h., der Gasstrom wird hier örtlich beschleunigt, wodurch die Festsetzung der im Gasstrom befindlichen Partikelchen vermieden wird.
Noch ausgeprägter wird diese Tendenz gemäß Fig. 2, in der die Köpfe 3b und 4b der beiden Schieber 3 und 4 eine konvergent-divergente Düse 7, eine Lavaldüse, bilden.

Claims

Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Durchflußmenge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Raketentriebwerken Patentansprüche 1. Einrichtung zum Steuern oder Regeln der DurchElußmenge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Raketentriebwerken, mit einem oder zwei Schiebern, die in den Strömungskanal eingreifen, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Schieber oder die beiden, diametral zuei.nander angeordneten Schieber (3 und 4) zylindrisch mit einem dem Durchmesser (D 2) des Strömungskanals (2) gleichen Durchmesser (D 3 bzw. D 4) ausgebildet sind und einen strömungsgünstigen Kopf (3a bzw. 4a und 3b bzw. 4b) aufweisen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e r. n -z e i c h n e t , daß der 1opf (3a bzw. 4a) eines jeden zylindrischen Schiebers (3 bzw. 4) nur mit: in Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung (x) des Strömungskanals (2) verlaufender Abrundung versehen ist, mit einem Krümmungsradius (R) der Abrundung, der dem halben Durchmesser (D 3 bzw. D 4) des Schiebers (3 bw. 4) gleich ist.
3. Einrichtung teilweise nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Krümmungsradius der Abrundung für den Kopf (3a bzw. 4a) eines jeden zylindrischen Schiebers (3 bzlT. 4) rößer ist als der halbe Durchmesser (D 3 bzw. D 4) der Schieber (3 bzw. 4).
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -e e i c 1. n e t , daß die Köpfe (3b und 4b) der Schieber (3 und 4) so gestaltet sind, daß sie zusammen in Strömungsrichungs gesehen eine konvergent-divergente Düse (7) bilden.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der eine Schieber (2) in seiner Lage einstellbar ist, während der andere Schieber (4) abhängig von bestimmten Parametern in seiner Eingriffstiefe dauernd gestellt wird.