DE2830838A1 - Einrichtung und verfahren zur degradation von sicherheitskraftstoff - Google Patents

Description

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Dipl. ing. B. HOIiZEB

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M. 621

Augsburg, den 11„ Juli 1978

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, England

Einrichtung und Verfahren zur Degradation von Sicherheitskraftstoff

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Degradation von Sicherheitskraftstoff,

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Aufbereitung von als Sicherheitskraftstoffe

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bezeichneten flüssigen Kraftstoffen, denen ein verdunstungshemmender Zusatz zugesetzt ist, damit diese Kraftstoffe in Verbindung mit für normalen flüssigen Kraftstoff ausgelegten Förderaggregaten und Brenneinrichtungen, insbesondere in Flugzeugtriebwerken, verwendet werden kann.

Bei dem genannten Zusatz handelt es sich typischerweise um ein Polymer mit einem Molekulargewicht von mehr als 10 bzw. mit einer Eigenviskosität von mehr als 2,5 dl/g und der Sicherheitskraftstoff enthält so viel Zusatz, daß eine gegenseitige Überlappung der Polymermoleküle sichergestellt ist. Derartige typische Sicherheitskraftstoffe sind beispielsweise aus den GB-Patentschriften 1 259 113, 1 285 197 und 1 337 288 bekannte

Obwohl es möglich ist, Förder- und Brennaggrege,ue uerzustellen, die zum Filtern, Fördern und Verbrennen des unveränderten Sicherheitskraftstoffes in der Lage sind, kann es im Hinblick auf eine Kosteneinsparung bei Kraftstoffförder- und Brennaggregaten ohne wesentliche Sicherheitseinbuße vorteilhaft sein, den Sicherheitskraftstoff vor der Verwendung durch Degradation so aufzubereiten, daß er von üblichen Kraftstofförder- und Brennaggregaten verarbeitet werden kann, d.h. daß er weder die Filter verstopft noch eine Überlastung oder einen übermäßigen Verschleiß der

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Kraftstoffpumpen herbeiführt und sich an den Brennern mit im wesentlichen der normalen Geschwindigkeit zerstäuben und verbrennen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Degradation von Sicherheitskraftstoff im ebengenannten Sinne zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Beim Durchtritt des Sicherheitskraftstoffs durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird der Kraftstoff einer Scherung unterzogen, wodurch er ausreichend dünnflüssig wird, um durch Filter und Pumpen störungsfrei hindurchströmen und von den Brennern zerstäubt werden zu können.

Vorteilhafterweise weist die Einrichtung eine Sammelkammer innerhalb der Stator- und Rotorkombination auf, wobei diese Sammelkammer beispielsweise im wesentlichen zwischen einer ersten Hälfte der eine Gruppe von Stator- und Rotorelementen aufweisenden Anordnung und einem Auslaßelement gelegen ist. Als besonders gut geeignet hat sich eine Anordnung erwiesen, die Eintritts- und Austrittsstatorelemente, weiter eine vordere Rotor- und Statorelementengruppe

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und eine hintere Rotor- und Statorelementengruppe und eine zwischen der vorderen und der hinteren Stator- und Rotorelement engruppe gelegene Sammelkammer aufweist, wobei mindestens eines der Statorelemente der Rotor- und Statorelementengruppen als Peltonrad ausgebildet ist. Bei einem Peltonrad-Stator- oder -Rotorelement handelt es sich um ein Element mit einer Vielzahl von Schaufeln, deren Punktion in der Umkehrung der Strömungsrichtung eines auftreffenden Strömungsmittels liegt.

Ein als Peltonrad ausgebildetes Statorelement verleiht einer von einem vorderhalb davon angeordneten Rotorelement ausgehenden, auf ihm auftreffenden Strömung eine beträchtliche Geschwindigkeitskomponente in bezüglieb der auftreffenden Strömung entgegengesetzter Richtung, wobei eine maximale Scherwirkung im Strömungsmittel erzeugt wird, während gleichzeitig Gewicht, Strömungswiderstand und Fertigungsaufwand des Statorelements minimal gehalten werden können. Ein zweckmäßiges Peltonrad-Statorelement weist eine Vielzahl von radial vorspringenden Kanälen auf, die vorzugsweise von einem am Umfang verlaufenden Stützteil aus radial einwärts verlaufen und der Rotordrehrichtung entgegengerichtet sind, so daß sie möglichst viel des von einem stromauf angeordneten Rotorelement ausgehenden und mit einer Winkel-

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geschwindigkextskomponente in der einen Richtung auftreffenden Strömungsmittels auffangen und bewirken, daß dieses Strömungsmittel das Statorelement mit einer Winkelgeschwindigkeitskomponente in der anderen Richtung verläßt. Das als Peltonrad ausgebildete Statorelement kann beispielsweise zwischen sechs und sechzehn derartiger Kanäle haben, vorzugsweise sind es zwölf. Diese Kanäle sind vorteilhafterweise scharfkantig, um das Scher- und Auffangverhalten noch zu verbessern.

Die Eintritts- und Austrittsstatorelemente und die Rotorelemente können als perforierte Scheiben mit einer Dicke von 2 bis 6 mm und vorzugsweise 5 mm und mit gerade verlaufenden kreisrunden Bohrungen mit einem Durchmesser von 4 bis 10 mm und vorzugsweise 6 mm sein. Die Rotorelemente werden vorzugsweise mit einer Drehzahl von mehr als 5000 U/min, beispielsweise mit 30 000 U/min schnell gedreht, was den Vorteil einer wirksamen Degradation und eines hohen Durchsatzes bringt, während eine niedrigere Drehzahl, beispielsweise weniger als 16 000 ü/min den Vorteil eines verhältnismäßig kleinen Drehmoments und einer langen Lebensdauer der Einrichtung mit sich bringt„

In einem Kraftstoffversorgungssystem kann die Degradationseinrichtung zwischen dem Kraftstoffbehälter und den Filtern

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angeordnet sein. Auf dem wichtigen Anwendungsgebiet der Flugzeugtriebwerke, wo die Kraftstoffversorgungsanlage einen Kraftstofftank, eine Hilfspumpe, eine Förderpumpe, ein Filter, einen Wärmetauscher, eine Hochdruckpumpe, Steuer- und Durchflußmeßorgane in im wesentlichen der genannten Reihenfolge aufweist, kann die Degradationseinrichtung stromab der Förderpumpe und stromauf des Filters angeordnet sein. Dabei können zwei Degradationseinrichtungen in Parallelschaltung Anwendung finden, wobei die eine nur bei hohem Kraftstoffbedarf, wie beispielsweise beim Starten und beim Durchstarten, eingesetzt wird* Die Rotoren der Degradationseinrichtung können natürlich mit dem Triebwerk gekuppelt sein und von diesem angetrieben werden.

Gemäß einem Verfahren nach der Erfiüuu^t, _.-ir Degradation von Sicherheitskraftstoff der oben erwähnten Art mittels der oben beschriebenen Einrichtung werden die Rotorelemente mit einer Drehzahl von mehr als 5000 U/min gedreht.

Obwohl die oben erwähnten Sicherheitskraftstoffe weniger als 1 % Polymer enthalten, können sie von bestimmten üblichen Filtern und Triebwerkssteuerorganen nicht verarbeitet oder von den üblichen Brennern der Triebwerke nicht verbrannt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die

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Degradation von Sicherheitskraftstoff derart, daß er von üblichen Aggregaten verarbeitet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Ein

richtung,

Figo 2 eine Stirnansicht eines Rotorelements,

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Eintritts

bzw, Austrittsstatorelements,

Fig. 4 eine Stirnansicht eines Peltonrad-

Statorelements,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V

in Fig. 4, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines

Flugzeugkraftstoffsystems in Form eines Blockschaltbilds mit der Degradationseinrichtung.

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Gemäß Fig. 1 weist die Degradationseinrichtung ein Gehäuse 10 auf, in welchem eine Stator- und Rotorelementanordnung untergebracht ist. Die Rotorelemente sitzen auf einer Welle 11, Ein Kraftstoffeinlaß 12 ist stromauf und ein Kraftstoffauslaß 13 stromab der Stator- und Rotorelementenanordnung vorgesehen.

Die Stator- und Rotorelementenanordnung weist Eintrittsund Austrittsstatorelemente 14 und 15, Rotorelemente 16 und als Peltonräder ausgebildete Statorelemente 17 auf, wobei diese Anordnung außerdem in eine vordere Gruppe und eine hintere Gruppe gegliedert ist, zwischen denen sich eine Sammelkammer 18 befindet. Demgemäß besteht also die Stator- und Rotorelementenanordnung in der nachstehend genannten Reihenfolge aus einem Eintrittsstatorelement 14, einer vorderen Rotorelement- und Peltonradgruppe mit zwei Rotorelementen 16 und einem dazwischen gelegenen Statorelement 17, einer von dieser vorderen Gruppe durch die Sammelkammer getrennten hinteren Rotorelementen- und Peltonradgruppe mit wiederum zwei Rotorelementen 16 und einem dazwischen befindlichen Statorelement 17 und dem Austrittsstatorelement 15«

Bei den Rqtorelementen 16 handelt es sich gemäß Fig. um Scheiben, die von geraden normalen Bohrungen 19 durch-

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brochen sind, wobei die Durchbrüche insgesamt etwa 25 % der Scheibenstirnfläche einnehmen.

Bei den Eintritts- und AustrittsStatorelementen 14 und handelt es sich gemäß Fig. 3 ebenfalls um Scheiben, die in einer ähnlichen Weise wie die Rotorelemente 16 perforiert sind.

Die als Peltonräder ausgebildeten Statorelemente 17 weisen, wie die Fig„ 4 und 5 erkennen lassen, jeweils zwölf Schaufeln 20 auf, die von einem Randteil 21 aus radial einwärts verlaufen. Jede Schaufel 20 bildet einen Kanal mit halbkreisförmigem Querschnitt und scharfen Kanten, und die Schaufeln sind der Drehrichtung der Rotorelemente jeweils entgegengerichtet orientiert.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Flugzeugkraftstoffversorgungssystem sind zwei Degradationseinrichtungen der eben beschriebenen Art parallel geschaltet. Dieses Kraftstoffversorgungssystem weist in der nachstehend genannten Reihenfolge einen Kraftstofftank 30, eine Hilfspumpe 31, eine Förderpumpe 32, die beiden parallel geschalteten Degradationseinrichtungen 1 und la, ein Filter 33» einen Durchflußmesser 34, einen Wärmetauscher 35, eine Hochdruckpumpe 36 und ein Steuerorgan 37 auf, welch letzteres den

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Kraftstoff zu den Brennern eines Triebwerks 38 leitet. Die Degradationseinrichtungen 1 und la sind so am Triebwerk montiert, daß sie von diesem über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 39 und einen Steuermechanismus 40 angetrieben werden,,

Im Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems während des Starts eines Flugzeugs wird der im Tank 30 befindliche Sicherheitskraftstoff, bei dem es sich um Kerosin mit u.a. etwa 0,3 Gewichtsprozent eines Polymers handelt, wodurch seine Neigung zum Verdunsten stark gehemmt ist, von der Hilfspumpe 31 zu den Degradationseinrichtungen 1 *und la gepumpt, deren Rotorelemente 16 mit etwa 16 000 U/min umlaufen.

In den Degradationseinrichtungen wird der Kirf^-icff zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Stator- und Rotorelementen geschert, während er von diesen verschiedenen starken Beschleunigungen unterzogen wird, und tritt dann vollständig flüssig aus dem Auslaß 13 aus, wonach der Kraftstoff durch das Filter 33 hindurchströmen kann, ohne dieses zu verstopfen, wobei jedoch unerwünschte feste Verunreinigungen im Filter zurückbleiben. Vom Filter aus durchläuft der Kraftstoff das übrige Kraftstoffversorgungssystem bis zu den Brennern des Triebwerks.

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Beim Erreichen der Reisegeschwindigkeit des Plugzeugs wird die Degradationseinrichtung la abgeschaltete

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Degradationseinrichtung beträgt der Durchmesser der Rotor- und Statorelementengruppe etwa 73 mm und der Durchmesser der Welle etwa 25 nun. Jedes der Elemente ist etwa 5 mm dick. Die Eintritts- und Austrittsstatorelemente und 15 und die Rotorelemente 16 sind mit Bohrungen mit einem Durchmesser von 4 mm und gegenseitigen Abständen von 6 bis 7 mm perforiert, die auf drei Teilkreisen mit jeweils um 10 mm steigendem Durchmesser angeordnet sind_e Abgesehen von der Sammelkammer sind die Rotor- und Statorelemente jeweils durch Zwischenräume von 0,03 bis 0,05 mm voneinander getrennt.

Selbstverständlich sind auch abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung denkbar. Beispielsweise können als Peltonräder ausgebildete Rotorelemente Anwendung finden, und die oder eine andere Sammelkammer kann hinterhalb der Stator- und Rotorelementenanordnung gelegen sein. Die oben beschriebene Ausführungsform ist jedoch in konstruktiver, kostenmäßiger, wirkungsgradmäßiger, größen- und leistungsmäßiger Hinsicht besonders vorteilhaft.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Degradation von Sicherheitskraftstoff, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von miteinander abwechselnd angeordneten Statorelementen (14, I5, 17) und Rotorelementen (l6) und durch eine hinterhalb einer Anzahl von Stator- und Rotorelementen (14, 16, 17) und vorderhalb eines Auslaßelements (15) angeordnete Sammelkammer (18).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der genannten Elemente durch Peltonräder (17) gebildet ist.

3. Verfahren zur Degradation von Sicherheitskraftstoff mittels einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorelemente (17) mit einer Drehzahl von mehr als 5OOO U/min gedreht werden.

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ORIGINAL INSPECTED