DE3201020A1

DE3201020A1 - Drehschiebeeinrichtung zum steuern stroemender medien, insbesondere zum dosieren der durchstroemmengen brennstoffreicher gase bei staustrahl-raketentriebwerken

Info

Publication number: DE3201020A1
Application number: DE19823201020
Authority: DE
Inventors: Herbert 8000 München Engel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1983-07-28
Also published as: FR2520056A3; DE3201020C2; FR2520056B3

Description

München 9133

Drehschiebereinrichtung zum Steuern strömender Medien, insbesondere zum Dosieren der Durchströmmengen brennstoff reicher Gase bei Staustrahl-Raketentriebwerken

Im Maschinenbau sind in Leitungen und in hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Geräten eingebaute Steuerventile und Schiebereinrichtungen zum Dosieren der Durchflußmengen strömender Medien in vielen Ausführungsformen bekannt. Im allgemeinen sollen diese beweglichen Maschinenelemente exakt arbeiten, den Betriebsverhältnissen angepaßt sein und/ um Strömungsverluste so gering wie möglich zu halten, strömungsgünstig ausgebildet sein. Ferner sollen diese Steuerorgane, um Massenkräfte zu reduzieren und hohe Betriebsfrequenzen zuzulassen, möglichst wenig Baugewicht aufweisen.

Auch sind bei verschiedenen Maschinen, wie z.B. bei Verbrennungskraftmaschinen zur Steuerung der Gaswechselvorgänge, Drehschieber in Anwendung. Bei bestimmten Betriebsarten treten besondere Probleme auf; diese verlangen für die eingesetzten Steuerorgane spezifische Eigenschaften zur Bewältigung der gegebenen Schwierigkeiten. So fallen bei besonderen Wärmekraftmaschinen, wie Staustrahl-Raketentriebwerken, die mit brennstoffreichen Gasen arbeiten, welche in einer Vorbrennkammer aus einem festen chemischen Brennstoff erzeugt werden und über eine oder mehrere Leitungen zu einer Hauptbrennkammer strömen, der Luftsauerstoff zur stöchiometrisehen Endverbrennung zugeführt wird, Feststoffpartikelchen im heißen Gasstrom an. Diese Partikelchen bis zu einem Anteil von 40 % des strömenden Mediums entwickeln durch ihre Haft-

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fähigkeit äußerst störende Eigenschaften. Dabei verschmutzen Leitungen und insbesondere bilden sich bei den Steuerorganen an vorhandenen Kanten, Ecken, Hinterschneidungen und in Hohlräumen Ablagerungen, die zum Versagen dieser wichtigen Organe führen können.

Die bekannten Steuerorgane sind nicht in der Lage, alle diese Schwierigkeiten mit Sicherheit zu bewältigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Mängel der bekannten Steuerorgane zu vermeiden und eine Drehschiebereinrichtung und hierzu eine Anordnung zu schaffen, die Ablagerungen von im heißen Gasstrom befindlichen Partikelchen vermeiden sowie sich durch Leichtgängigkeit und Kräfteausgleich auszeichnen, wodurch zu ihrem Antrieb nur geringste Stellkräfte erforderlich sind, und die ferner konstruktiv einfach sind sowie, wenig Einbauraum bedingen, so daß insgesamt gesehen die volle Funktionsfähigkeit des Ventils auch unter extremen Betriebsbedingungen, darunter höchsten thermischen Belastungen, garantiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Drehschiebereinrichtung dadurch, daß der Drehschieber eine schräg zur Drehschieberachse liegende, ebene oder räumlich gekrümmte, elliptische Steuerkante aufweist, die innerhalb einer gehäusefesten, geometrisch ähnlichen, in minimaler Offenstellung parallelen Steuerkante unter Belassung eines, Einströmspaltes berührungslos läuft.· ·

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfordert für ihre Herstellung relativ wenig Kosten und weist geringe Massen auf, woduch die Antriebskräfte klein bleiben. Ferner ist durch die berührungslose Zuordnung des Drehschiebers zur gehäusefesten Steuerkante die vorgeschlagene Einrichtung äußerst leichtgängig und erfordert dadurch nur kleine Stellkräfte. Außerdem zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung vor allen Dingen dadurch aus, daß durch den jederzeit vorhandenen Ein-

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Strömspalt mit wechselnder Spaltbrpite beim Betätigen des Drehschiebers dort eine dauernde Änderung der Strömungsverhältniss.e auftritt, wodurch die Gewähr gegeben ist/ daß auch bei Beaufschlagung mit durch Feststoffpartikelchen sehr stark (bis zu 40 % Feststoffbestandteile) angereicherten heißen Gasströmen der Drehschieber von unerwünschten Rückständen freibleibt, so daß dessen Funktionsfähigkeit· · stets gewährleistet ist.

Bei einer Anordnung zweier erfindungsgemäßer Drehschiebereinrichtungen mit zwei Drehschiebern auf einer gemeinsamen Antriebswelle, einander spiegelbildlich gegenüberliegend, tritt der besondere Vorteil auf, daß sich die über den Drehschieberspait einströmenden Gasstrom* gegenseitig aufrichten und die die beiden gegenüberliegenden Drehschieber belastenden Kräfte sich gegenseitig praktisch aufheben. Dies vermeidet weitestgehend axiale Lagerkräfte, wodurch der Antrieb leichtgängig wird.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Drehschiebereinrichtung besteht darin, daß der Drehschieber rohrförmig mit zylindrischem Schieberhemd ausgebildet ist, in dem ein Einströmfenster vorgesehen ist, das mit der schrägverlaufenden gehäusefesten Steuerkante zusammenarbeitet, die über den Umfang von 360° betrachtet eine Steigungshöhe mindestens gleich der Fensterhöhe aufweist.

Dadurch läßt sich ebenfalls in einfacher Weise eine stufenlose Mengensteuerung der einströmenden Gase bewirken. Die Vorteile dieser Variante einer Drehschiebereinrichtung sind ähnlich derjenigen, die mit der ersten Ausfuhrungsform beschrieben sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.

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Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung von zwei Drehschiebereinrichtungen im Gasleltkanal eines Raketen-Staustrahltriebwerks im Längsschnitt/

Fig. 2 eine zweite Variante einer Drehschiebereinrichtung und

Fig. 3 zwei spiegelbildlich gegenüberliegend vorgesehene Drehschiebereinrichtungen nach Fig. 2

In einer Vorbrennkammer 1, in der ein fester Treibstoff 2 mit Sauerstoffunterbilanz angeordnet ist, werden durch Abbrand desselben brennstoffreiche Gase G erzeugt, die über Drehschiebereinrichtungen 3 und 4 in dosierter Menge in eine Hauptbrennkammer 5 einströmen, der zur stöchiometxischen Endverbrennung noch Luftsauerstoff zugeführt wird.

Das bewegliche bzw. drehbare Element der Drehschiebereinrichtungen 3 und 4, nämlich der eigentliche Drehschieber 6 bzw. 7 weist jeweils eine schräg zur Drehschieberachse A liegende, ebene oder räumlich gekrümmte, elliptische Steuerkante 6a bzw. 7a auf, die innerhalb einer gehäusefesten, geometrisch ähnlichen, in minimaler Offenstellung parallelen Steuerkante 6b bzw. 7b unter Belassung eines Einströmspaltes 8 berührungslos läuft.

Die an den beiden Drehschiebern 6 und 7 angreifenden axialen Kräfte heben sich gegenseitig auf, so daß zum Antrieb der beiden, auf einer gemeinsamen Antriebswelle 9 sitzenden Drehschieber 6 und 7 nur relativ geringe Stellkräfte erforderlich sind.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, sind die Drehschieber 10 und 11 rohrförmig mit zylindrischem Schieberhemd 10c und 11c ausgeführt, in denen jeweils ein Einströmfenster bzw. 13 vorgesehen ist, die mit den gehäusefesten Steuer-

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kanten 10b und 11b zusammenarbeiten. Diese gohäusefesten Steuerkanten 10b und 11b verlaufen schräg und weisen über den gesamten Rohrumfang eine Sfceigungshohe H auf, die mindestens der Höhe H' des jeweiligen Einströnifensters 12 bzw. 13 entspricht.

Claims

Patentansprüche

Drehschiebereiuxichtung zum Steuern, strömender Medien/ insbesondere zum Dosieren der Durchströmmengen brennstoff reicher Gase bei Staustrahl-Raketentriebwerken, dadurch gekennzeichnet , daß der Drehschieber (6 bzw. 7) eine schräg zur Drehschieberachse (A) liegende, ebene oder räumlich gekrümmte, elliptische Steuerkante (6a bzw. 7a) aufweist, die innerhalb einer gehäusefesten, geometrisch ähnlichen, in minimaler Offenstellung parallelen Steuerkante (6b bzw. 7b) unter Belassung eines Einströmspaltes (8) berührungslos läuft.
2. Drehschieberanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehschiebereinrichtungen (3 und 4) nach Anspruch 1 mit zwei Drehschiebern (6 und 7) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (9) einander spiegelbildlich gegenüberliegend vorgesehen sind.
3. Drehschiebereinrichtung teilweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Drehschieber (10 bzw. 11) rohrförmig mit zylindrischem Schieberhemd (10 bzw. 11) ausgeführt ist, in dem ein Einströmfenster (12 bz.w. 13) vorgesehen ist, das mit einer schrägverlaufenden gehäusefesten Steuerkante (10b bzw. 11b) zusammenarbeitet, die über den Umfang von 360° betrachtet eine Steigungshöhe (H) mindestens gleich der Fensterhöhe (H¹) aufweist.
4. Drehschieberanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehschieber (10 und 11) nach Anspruch auf einer gemeinsamen Antriebswelle (14) einander spiegelbildlich gegenüberliegend vorgesehen sind.