DE2828249C2

DE2828249C2 - Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Durchflußmenge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Raketentriebwerken

Info

Publication number: DE2828249C2
Application number: DE19782828249
Authority: DE
Inventors: Thomas 8012 Ottobrunn Hähnel
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: 1982-05-19
Also published as: DE2828249A1

Description

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 zwei diametral angeordneten Schiebern, die quer in den Strömungskanal eingreifen.

Im Maschinenbau sind in Kanälen eingebaute Ventile und Schieber zum Steuern und Regeln der Durchflußmengen strömender Medien in vielen Ausführungsformen bekannt. Im allgemeinen sollen diese beweglichen Maschinenelemente, um die Strömungsverluste so gering wie möglich zu halten, strömungsgünstig ausgebildet sein; ferner sollen sie, um die Massenkräfte zu reduzieren und hohe Betriebsfrequenzen zuzulassen, möglichst wenig Baugewicht aufweisen; und außerdem sollen sie bei aggressiven Förderstoffen den dabei auftretenden chemischen Angriffen materialmäßig standhalten.

Bei bestimmten Betriebsarten treten besondere Schwierigkeiten auf; diese verlangen für Ventile und Schieber besondere Eigenschaften. So fallen bei manchen Wärmemaschinen, wie bei Raketentriebwerken, die mit brennstoffreichen Gasen arbeiten, die in einer Vorbrennkammer aus einem festen chemischen Brennstoff erzeugt werden und über eine oder mehrere Leitungen zu einer Hauptbrennkammer strömen, der Luftsauerstoff zur stöchiometrischen Endverbindung 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.

Zur Herabsetzung des Durchflußwiderstandes werden bei einem bekannten Absperrschieber nach der DE-PS 5 91 334 vorspringende Ecken und Einschnürungen im Strömungskanal im Bereich des eintauchenden Ventilschiebers dadurch vermieden, daß ein zylindrischer Schieber mit gleichem Durchmesser wie der Strömungskanal im Scheitel des mittleren Krümmungsbogens einer doppelt gekrümmten Rohrleitung angeordnet ist und seine steuernde Stirnfläche konkav gekrümmt ausgebildet ist, die sich so dem Strömungsverlauf anpaßt.

Um einerseits einen strömungsgünstigen Zustand zu ereichen, ist es andererseits, wie bereits erwähnt, erforderlich, einen solchen Schieber in einem doppelt gekrümmten Rohrabschnitt zu installieren, dessen Herstellung technisch unwirtschaftlich ist und der außerdem, für sich betrachtet, nicht strömungsgünstig ist.

Ferner zeigt das DE-GM 71 33 648 einen Schieber mit einem quer zur Durchflußrichtung bewegbaren elastisch nachgiebigen Absperrorgan, das eine konvexe Stirnfläche aufweist, die bei gesperrtem Schieber an der gegenüberliegenden Innenwand des Durchströmrohres mit eine- rechteckigen Anpreßfläche anliegt. Dadurch, daß nur ein bewegliches, quer zur Strömungsrichtung in den Kanalquerschnitt eingreifendes Absperrorgan gegeben ist, treten bei engen Durchströmquerschnitten, z. B. bei halbgeschlossenem Schieber erhebliche Strömungswiderstände durch Verwirbelungen nach dem Schieber auf.

Die DE-OS 25 56 908 offenbart ein Schiebersystem, bei dem zum Sperren einer Rohrleitung zwei plattenförmige Querschieber gegeneinander bewegt werden, die in Sperrstellung in Kanalmitte mit ihren Stirnseiten aufeinander treffen. Dieses Ventilsystem ist durch seine

•<o vielen Einzelteile kompliziert, störanfällig und teuer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art Steuer-bzw. Regelschieber zu schaffen, die leichtgängig sind, ein geringeres Baugewicht aufweisen, so daß sie nur wenig Verstellkraft benötigen, die ferner eine raumsparende Anordnung erlauben und Ablagerungen von im heißen Gasstrom befindlichen Partikelchen vermeiden, so daß ihre volle Funktionsfähigkeit garantiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die mit einem dem Durchmesser des Strömungskanals gleichen Durchmesser ausgeführten zylindrischen Schieber jeweils nur mit in Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung des Strömungskanals verlaufenden konvexen Abrundungen versehen sind, die in den Strömungskanal hineinragen und deren quer zur Strömungsrichtung verlaufende Scheitel einander gegenüberliegen und sich zum Absperren berühren.

In Ausgestaltung der Erfindung kann der Krümmungsradius der Abrundungen gleich dem halben Durchmesser der beiden Schieber sein.

Ferner besteht gemäß der Erfindung die Möglichkeit, die Abrundungen der beiden Schieber so zu gestalten, daß sie zusammen, in Strömungsrichtung gesehen eine konvergent-divergente Düse bilden.

Zur Vereinfachung des Stellantriebs ist gemäß der Erfindung der eine Schieber in seiner Lage einstellbar.

während der andere Schieber abhängig von bestimmten Parametern in seiner Eingriffstiefe dauernd gestellt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist billig herzustellen, leichtgängig, weist geringe Massen auf, benötigt wenig Einbauraum, läßt sich ohne besonderen konstruktiven Aufwand praktisch überall einbauen und zeichnet sich vor allen Dingen dadurch aus, daß sie durch ihre strömungsgünstige Ausbildung auch in mit Feststoffpartikelchen stark angereicherten heißen Gasströmungen von unerwünschten Rückständen freibleibt, wodurch ihre Funktionsfähigkeit bewahrt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Strömungskanal mit einer Sieuereinrichtung,

F i g. 2 beide Schieber in Perspektive und

F i g. 3 eine weitere Ausbildung der Steuerschieber.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, verläuft in einem Gehäuse 1 ein Strömungskanal 2 mit einem Durchmesser D2. In Pfeilrichtung strömt ein heißes brennstoffreiches Gas G. Es wird in einer hier nicht dargestellten Vorbrennkammer aurch Abbrand eines chemischen Festtreibstoffes erzeugt und strömt zu einer Hauptbrennkammer eines Raketentriebwerks, der außerdem zur stöchiometrischen Verbrennung Luftsauerstoff zugeführt wird. Im heißen Gasstrom werden noch Feststoff partikelchen mitgerissen, die in unerwünschter Weise durch die sehr rasche Reaktion des Festbrennstoffes anfallen und erst in der Hauptbrennkammer 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 Steuereinrichtung besteht aus zwei diametral gegenüberliegenden Schiebern 3 und 4, die im Gehäuse 1 in radialer Richtung gleiten und gleiche Durchmesser £>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 gesehen abgerundeten Kopf 3a und 4a auf mit einem Radius R, der dem halben Durchmesser D 3 bzw. D 4 gleich ist. Wie die F i g. 2 in perspektivischer Darstellung erkennen läßt, erstreckt sich die Abrundung nur in Längsrichtung χ des Strömungskanals 2, d. h. der eine Gerade bildende Scheitel 53 bzw. 54 der Abrundung verläuft quer zur Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung χ des Strömungskanals 2. Dadurch ist es möglich, den Strömungskanal 2 mit beiden Scheibern 3 und 4 ganz abzusperren; hierbei berühren sich die Scheitel 53 und 54 beider Schieber 3 und 4.

Der untere Schieber 3 ist in bezug auf seine Eingriffstiefe 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 strömungrgünstig, d. h. der Gasstrom wird hier örtlich beschleunigt, wodurch die Festsetzung der im Gasstrom befindlichen Partikelchen vermieden wird.

Noch ausgeprägter wird diese Tendenz gemäß F i g. 3, in der aie Köpfe 3i> und 4b der beiden Schieber 3 und 4 eine konvergent-divergente Düse 7, eine ebene Lavaldüse, bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Durchflußmenge von Heißgas in einem Strömungskanal, insbesondere von brennstoffreichen Gasen für die Brennkammer von Raketentriebwerken, mit zwei diametral angeordneten Schiebern, die quer in den Strömungskanal eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem dem Durchmesser (D 2) des Strömungskanals (2) gleichen Durchmesser (D3 bzw. D4) ausgeführten zylindiischen Schieber (3 und 4) jeweils nur mit in Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung (X) des Strömungskanals (2) verlaufenden konvexen Abrundungen versehen sind, die in den Strömungskanal (2) hineinragen und deren quer zur Strömungsrichtung verlaufende Scheitel (S3 und S 4) einander gegenüberliegen und sich zum Absperren berühren.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Abrundungen (3a und 3b) gleich ist dem halben Durchmesser (D 3 bzw. D 4) der beiden Schieber (3 und 4).

3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundungen (3b und 4b) der Schieber (3 und 4) so gestaltet sind, daß sie zusammen in Strömungsrichtung gesehen einen konvergent-divergente Düse (7) bilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schieber (3) in seiner Lage einstellbar ist, während der andere Schieber (4) abhängig von bestimmten Parametern in seiner Eingriffstiefe dauernd gestellt wird.