DE3022735C2 - Brennstoffverteiler-schieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler-Schieber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bekanntlich muß zum Erzielen der Zündung in einem Strahltriebwerk das Brennstoff/Luft-Verhältnis in der Nähe der Düsen, wo das Zünden erfolgen soll, über einen gewissen Mindestwert gehalten werden. Normalerweise beginnt die Zündung an einer oder zwei Stellen, und die Flamme breitet sich schnell um den gesamten Brenner herum aus. In einigen Triebwerken wird diese schnelle Energiezufuhr den Verdichter in den Strömungsabriß treiben, wenn nicht Vorkehrungen für eine massive Abzapfung aus dem Verdichter getroffen worden sind. Dieser Strömungsabrißzustand kann duch sequentielles Zünden mit einer gesteuerten Geschwindigkeit von ausgewählten Bereichen mit dem korrekten örtlichen Brennstoff/Luft-Verhältnis in dem Brenner erfolgen, so daß die Beschleunigung des Triebwerks bis zum Leerlauf mit einer Geschwindigkeit erzielt werden kann, die den Verdichter nicht in den Strömungsabriß treibt.

Bei einem aus der CH-PS 324 030 bekannten Brennstoffverteiler-Schieber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art wird eine ungleiche, aber gleichbleibende Verteilung des Brennstoffdurchflusses dadurch erreicht, daß man bei verschiedenen Drosseldurchlässen den Winkel einer Dreiecksform ungleich groß macht. Eine andere als lineare Abhängigkeit des Durchflusses kann dadurch erreicht werden, daß man den Drosseldurchlässen eine andere als die beschriebene Dreiecksform gibt, oder dadurch, daß man der Steuerkante eines Kolbens einen anderen Verlauf gibt. Auf diese Art und Weise kann eine lineare oder nichtlineare Veränderung des Durchflusses bei verschiedenen Stellungen des Kolbens erreicht werden. Dabei wird es aber bei diesem bekannten Brennstoffverteiler-Schieber für erforderlich angesehen, sämtliche Drosseldurchlässe oder Schlitze gleichzeitig zu öffnen. Eine sequentielle Zündung durch sequentielle Brennstoffzufuhr zu den Brennstoffdüsen wäre in diesem bekannten Fall also nur durch Eingriff in den Brennstoffregler selbst möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brennstoffverteiler-Schieber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß es möglich ist, einzelnen Brennstoffdüsen Brennstoff zuzumessen und eine sequentielle Zündung zu erzielen, ohne daß Änderungen an dem Brennstoffregler selbst vorgenommen werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffverteiler-Schieber sind die langgestreckten Schlitze mit einer unterschiedlichen Länge versehen, und die Anfänge dieser Schlitze sind axial versetzt, damit die Ringnut mit den Schlitzen an unterschiedlichen Stellen ihrer geradlinigen Bewegung in Verbindung kommt, um den Brennstoffdurchfluß zu den Brennstoffdüsen zeitlich nacheinander einzuschalten. Weiter hat erfindungsgemäß die Büchse einen zusätzlichen Schlitz, der mit einer Auslaßöffnung in Verbindung steht, um Brennstoff zurück zu dem Brennstoffregler zu leiten. Die Größe des zusätzlichen Schlitzes ist so gewählt, daß die Brennstoffmenge, welche den langgestreckten Schlitzen zugeteilt wird, die nicht mit der Ringnut in Verbindung stehen, durch den zusätzlichen Schlitz zum Brennstoffregler abfließt, und daß der zusätzliche Schlitz geschlossen ist, wenn alle anderen Schlitze mit der Ringnut in Verbindung sind. Aufgrund dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Schiebers kann Brennstoff, der nicht zur Einspritzung gelangt, wenn noch nicht alle Schlitze aufgesteuert sind, zu dem Brennstoffregler zurückfließen. Es wäre zwar denkbar, den Brennstoffregler selbst so auszulegen, daß weniger Brennstoff abgegeben wird, wenn noch nicht alle Schlitze aufgesteuert sind; die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch einfacher und erfordert keinerlei Änderungen an dem Brennstoffregler selbst. Die nicht zur Einspritzung gelangende Brennstoffmenge wird einfach zum Brennstoffregler zurückgeleitet. Der Brennstoffverteiler-Schieber nach der Erfindung ist daher in der Lage, den Brennstoffdurchfluß zu den Brennstoffdüsen in einem breiten Brennstoffdurchflußbereich genau zu dosieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Brennstoffverteiler-Schiebers nach der Erfindung,

Fig. 2 in einer schematischen Längsschnittansicht den mit den Düsen eines Brenners verbundenen Schieber und

Fig. 3 in einer schematischen Teilansicht die Konfiguration von Schlitzen für einen Folgesteuerbetrieb mit Bypassmöglichkeit.

Gemäß Fig. 1 hat ein insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichneter Brennstoffverteiler-Schieber ein äußeres zylindrisches Gehäuse 12, das an einem Ende 14 verschlossen und an dem entgegengesetzten Ende offen ist. Eine Bohrung 16 ist so dimensioniert, daß sie eine Büchse 18 aufnehmen kann. Ein Kolben 19 und eine Feder 20, die in die Bohrung 22 der Büchse 18 passen, sowie eine Kappe 24 mit einer Vertiefung als Federhalter bilden den übrigen Teil des Schiebers 10. Die Kappe 24 wird an dem äußeren zylindrischen Gehäuse 12 mittels Schrauben 26 (von denen eine gezeigt ist) befestigt, die in Öffnungen passen, welche in an der Kappe 24 und der Büchse 18 gebildete Flansche passen und in komplementäre Öffnungen einschraubbar sind, die an dem zugewandten Ende des zylindrischen Gehäuses 12 gebildet sind. Mehrere Auslaßanschlußstücke 30 sind auf dem Umfang des zylindrischen Gehäuses 12 vorgesehen und wirken mit langgestreckten Schlitzen 32 zusammen, die in der Büchse 18 gebildet sind, was in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 2 noch näher erläutert wird.

Fig. 2 zeigt die Einzelteile zusammengebaut, wobei die Büchse 18 in die Bohrung 16 des äußeren zylindrischen Gehäuses 12 paßt und darin durch den Flansch an der Kappe 24 und das Ende des Gehäuses 12 in seiner Lage festgehalten ist. Der Kolben 19, der Reaktionsflächen 36 und 38 hat, ist relativ zu der feststehenden Büchse 18 verschiebbar. Die Feder 20 und Druck in der rechten Kammer wirken auf die Reaktionsfläche 38 ein, um den Kolben in eine Richtung zu drücken, und Fluid, das in das andere Ende eingelassen wird, wirkt auf die Reaktionsfläche 36 ein, um den Kolben in die entgegengesetzte Richtung zu drücken.

Gemäß der Erfindung ist zusätzlich ein ringförmiger Schlitz 40 in dem äußeren Umfang des Kolbens 19 gebildet, und Brennstoff wird ihm über mehrere axiale Bohrungen 42 (von denen nur zwei gezeigt sind) aus einer Kammer 44 zugeführt. Die Kammer 44 empfängt Brennstoff von der Brennstoffversorgung über eine Öffnung 46.

Der Brennstoff in der Kammer 44 dient zum Positionieren des Kolbens 19 nach rechts entgegen der Kraft, die durch die Feder 20 und durch den Referenzdruck in der Kammer 48, der in dieser über eine Einlaßöffnung 50 aufgebaut wird, erzeugt wird.

Vorstehende Darlegungen zeigen, daß Brennstoff aus der Kammer 44 durch die axialen Bohrungen 42 in den ringförmigen Schlitz 40 und in die Auslaßöffnungen 52 gelangt, die mit den Auslaßanschlußstücken 30 in Verbindung stehen. Außerdem verbinden, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, Brennstoffleitungen 56 Brennstoffdüsen 58 (zwei Düsen für jede Verbindung) mit den Auslaßanschlußstücken 30 zur Brennstoffzufuhr zu dem Brenner.

Die Anzahl der Düsen könnte gleich eins oder größer sein, was eine Konstruktionsüberlegung darstellt. Wenn das Brennstoffvolumen, das durch die Brennstoffregelung dosiert wird, so daß der Druck auf die Reaktionsfläche 36 zunimmt, bewegt sich der Kolben 19 nach rechts, so daß der ringförmige Schlitz über die langgestreckten Schlitze 32 gleitet, deren Breite zunehmend größer wird, um mehr Brennstoff zu fördern, wenn das Triebwerk beschleunigt. Wenn eine größere Fläche des Schlitzes freigegeben oder mit dem ringförmigen Schlitz 40 in Verbindung gebracht wird, erfolgt offenbar eine Zunahme des Brennstoffdurchflusses zu den zugeordneten Düsen.

Fig. 3 zeigt exemplarisch, wie der Schieber 10 ausgebildet sein muß, damit die Möglichkeit eines sequentiellen Brennstoffdurchflusses gegeben ist. Es ist zu erkennen, daß die Schlitze 32a, 32b und 32c zunehmend kürzer sind und gegenüber dem ersten Punkt, der durch den ringförmigen Schlitz 40 berührt wird, axial versetzt angeordnet sind. Wenn sich der Kolben 19 und der ringnutförmige Schlitz 40 axial nach rechts bewegen, berührt der ringförmige Schlitz zuerst den Schlitz 32a, der eine erste Düse oder eine Gruppe von Düsen speist, dann den Schlitz 32b, der in gleicher Weise eine andere Düse speist, und dann den Schlitz 32c. Ein Schlitz 60 dient als Bypass zum Zurückleiten des Brennstoffes, der durch die Brennstoffregelung geliefert und durch den Brennstoffverteiler-Schieber 10 nicht zu dem Brenner geleitet wird. Das dient zum Aufrechterhalten einer konstanten Brennstoffzufuhr aus der Brennstoffregelung, so daß, wenn sämtliche Schlitze 32a, 32b und 32c freigegeben sind, der Schlitz 60 abgetrennt ist. Die Technik des stufenweisen Anfahrens kann selbstverständlich in der Brennstoffregelung selbst vorgesehen werden, wodurch die Notwendigkeit, den Schlitz 60 als Bypass vorzusehen, beseitigt wird. Es ist jedoch eine einfachere Lösung, den Schlitzen 32 der Büchse 18 die entsprechende Form zu geben, statt die erforderlichen Teile der Brennstoffregelung zu ändern.

Der hier beschriebene Brennstoffverteiler-Schieber 10 ist bei "belüfteten" Düsen (d. h. Düsen, an denen ein niedriger Druckabfall auftritt) besonders nützlich, da die Brennstoffaufteilung und -verteilung durch den Schlitzdurchflußquerschnitt gesteuert wird, und die Feder- und Referenzdruckkraft in dem Schieber 10 ist deshalb für die Druckdifferenz an den Düsen und die Rohrlänge vom Schieber zu den Düsen relativ unempfindlich. Der Schieber 10 ist somit in der Lage, den Brennstoffdurchfluß in einem breiten Brennstoffdurchflußbereich genau zu dosieren.

Claims (3)

1. Brennstoffverteiler-Schieber zum Leiten einer dosierten Brennstoffmenge aus einem Brennstoffregler, der den Betrieb eines Gasturbinentriebwerks steuert, zu den Brennstoffdüsen (58) des Brenners des Gasturbinentriebwerks, mit einem Gehäuse (12), mit einer in einer Bohrung (16) des Gehäuses (12) befestigten Büchse (18), die am Umfang mehrere gegenseitigen Abstand aufweisende, langgestreckte Schlitze (32, 32a-c) veränderlicher Breite hat, welche mit entsprechenden komplementären Auslaßöffnungen (52) in dem Gehäuse (12) in Verbindung stehen, die ihrerseits mit den Brennstoffdüsen (58) in Verbindung stehen, mit einem einerseits vom Brennstoff und andererseits von einer Referenzkraft beaufschlagten Kolben (19), der in der Büchse (18) verschiebbar ist und eine Ringnut (40) aufweist, und mit Einrichtungen (42, 44, 46) zum Zuführen von Brennstoff zu der Ringnut (40) und zum Einstellen des Kolbens (19) und somit der Ringnut (40) in bezug auf die langgestreckten Schlitze (32, 32a-c) dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Schlitze (32, 32a-c) unterschiedliche Längen haben, daß die Anfänge der langgestreckten Schlitze (32, 32a-c) axial versetzt sind, so daß die Ringnut (40) mit den langgestreckten Schlitzen (32, 32a-c) an unterschiedlichen axialen Stellen ihrer geradlinigen Bewegung in Verbindung kommt, und daß die Büchse (18) einen zusätzlichen Schlitz (60) aufweist, der mit einer Auslaßöffnung in Verbindung steht, um Brennstoff zurück zu dem Brennstoffregler zu leiten, wobei die Größe des zusätzlichen Schlitzes (60) so gewählt ist, daß die Brennstoffmenge, welche vom Brennstoffregler für die langgestreckten Schlitze (32, 32a-c) vorgesehen wird, die nicht mit der Ringnut (40) in Verbindung stehen, über den zusätzlichen Schlitz (60) zu dem Brennstoffregler abfließt, und daß der zusätzliche Schlitz (60) geschlossen ist, wenn alle langgestreckten Schlitze (32, 32a-c) mit der Ringnut (40) in Verbindung sind.

2. Schieber nach Anspruch 1, wobei der Kolben (19) entgegengesetzte Reaktionsflächen (36, 38) aufweist, von denen die eine der Kraft einer Feder (20) und einem Referenzdruck und die andere dem dosierten Brennstoff ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) an einem Ende verschlossen und am anderen Ende offen ist und eine Kappe (24) mit einem Flansch zur Befestigung an dem offenen Ende der Bohrung (16) aufweist, und daß die Kappe (24) eine Vertiefung zur Aufnahme eines Endes der Feder (20) hat, wogegen das entgegengesetzte Ende der Feder (20) an einer (38) der beiden Reaktionsflächen (36, 38) des Kolbens (19) anliegt.

3. Schieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Büchse (18) einen radialen Flansch, der am offenen Ende des Gehäuses (12) anliegt, aufweist und durch den Flansch an der Kappe (24) festgehalten ist.