DE3201020C2

DE3201020C2 - Drehschiebereinrichtung zum Steuern strömender Medien, insbesondere zum Dosieren der Durchströmmengen brennstoffreicher Gase bei Staustrahl-Raketentriebwerken

Info

Publication number: DE3201020C2
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: 1983-12-22
Also published as: FR2520056A3; DE3201020A1; FR2520056B3

Abstract

Drehschiebeeinrichtung zum Steuern strömender Medien, insbesondere zum Dosieren der Durchströmmengen brennstoffreicher Gase bei Staustrahl-Raketentriebwerken, wobei 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.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschiebereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

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 ⁴' 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.

Das DE-GM 17 59 659 und die CH-PS 4 18 757 zeigen jeweils einen topfförmigen Drehschieber, dessen Schieberhemd eine schräg zur Drehschieberachse verlaufende Steuerkante aufweist, die mit einer gehäusefesten Steuerkante zur stufenlosen Variierung des Einströmquerschnitts zusammenarbeitet. Dabei berühren sich die drehbare Steuerkante des Schiebers und die gehäusefeste Steuerkante spielfrei. Dies hat den Nachteil, daß es bei während des Betriebes auftretenden großen Wärmeunterschieden zu Störungen, d. h. zu Schieber- ^ft0 verklemmungen kommen kann.

Ferner offenbart die DE-PS 3 36 079 eine Kolbenbrennkraftmaschine, dessen Ein- und Auslaßkanäle durch berührungslos laufende Drehschieber gesteuert werden. Diese bestehen aus auf einer drehbaren Welle ^M angeordneten Dichtscheiben, zwischen denen gehäusefeste Dichtkämme stehen, so daß Labyrinthabdichtungen entstehen. Die Gasdurchlässe werden durch in den Dichtscheiben und in den Dichtkämmen vorgesehene Fenster gebildet, die beim Durchgang der Gase fluchten. Beim gesperrten Drehschieber sind die Fenster der drehbaren Dichtscheiben gegenüber den Fenstern der Dichtkämme verdreht. Diese Ausführung einer Drehschiebereinrichtung erfordert jedoch einen großen Konstruktionsaufwand und ein hohes Baugewicht

Weiter sind nach der DE-AS 20 63 589 Drehschieber mit gehäusefesten schrägen Steuerkanten bekannt, wobei der Schieberteil ebenfalls mit Berührung spielfrei im Gehäuse läuft

Bei speziellen Wärmekraftmaschinen treten besondere Probleme auf, die für die verwendeten Steuerorgane spezifische Eigenschaften zur Bewältigung der gegebenen Schwierigkeiten verlangen. So fallen bei 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 stöchiometrischen Endverbrennung zugeführt wird, Feststoffpartikelchen im heißen Gasstrom an. Diese Partikelchen bis zu einem Anteil von 40% des strömenden Mediums entwickeln durch ihre Haftfähigkeit äußerst störende Eigenschaften. Dabei verschmutzen Leitungen und insbesondere bilden sich bei d-sn 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 zu schaffen, die Ablagerungen von im heißen Gasstrom befindlichen Partikelchen vermeiden sowie sich durch Leichtgängigkeit 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 Funktionsfähigfceit des Ventils auch unter extremen Betriebsbedingungen, darunter höchsten thermischen Belastungen, garantiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Drehschiebere-nrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß der Drehschieber innerhalb der gehäusefesten Steuerkante berührungslos läuft, und daß in minimaler Offenstellung der Einrichtung die drehbare Steuerkante des Orehschiebers unter Belassung eines Einströmspaltes parallel zur gehäusefesten Steuerkante liegt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfordert für ihre Herstellung relativ wenig Kosten und weist geringe Massen auf, wodurch 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 Einstfomspali mit wechselnder Spaltbreite beim Betätigen des Drehschiebers dort eine dauernde Änderung der Strömungsverhältnisse 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 frei bleibt, so daß dessen Funktionsfähigkeit stets gewährleistet ist.

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Bei einer Drehschiebereinrichtung mit einem spiegelbildlich zum ersten Drehschieber vorgesehenen zweiten Drehschieber auf einer gemeinsamen Antriebswelle tritt der besondere Vorteil auf, daß sich die über die beiden Einströmspalte einströmenden Gasströme gegenseitig umlenken und die die beiden gegenüberliegenden Drehschieber belastenden Kräfte sich gegenseitig praktisch aufheben. Dies vermeidet weitestgehend axiale LagerkräUe, wodurch der Antrieb leichtgängig wird.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Drehschiebereinrichtung besteht darin, daß im zylindrischen Schieberhemd des rohrförmigen Drehschiebers ein Einströmfenster vorgesehen ist, das mit einer schräg verlaufenden gehäusefesten Steuerkante zusammenarbeitet, die über den Umfang vor, 360° betrachtet eine Steigungshöhe aufweist, die mindestens gleich der Fensterhöhe ist.

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

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Einrichtung mit zwei Drehschiebern im Gasleitkanal eines Raketen-Staustrahltriebwerks im Längsschnitt,

Fig.2 eine zweite Variante einer Drehschiebereinrichtung und

F i g. 3 zwei spiegelbildlich gegenüberliegend vorgesehene Drehschiebereinrichtungen nach F i g. 2.

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

Das 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. Ta auf, die innerhalb einer gehäusefesten, geometrisch ähnlichen, in minimaler Offenstellung parallelen Steuerkante 66 bzw. 76 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 Steükräfte erforderlich ύτ.Λ.

Wie aus den Fig.2 und 3 ersichtlich, sind die Drehschieber 10 und 11 rohrförmig mit zylindrischem Schieberhemd 10c und lic ausgeführt, in denen jeweils ein Einströmfenster 12 bzw. 13 vorgesehen ist, die mit den gehäusefesten Steuerkanten 106 und 116 zusammenarbeiten. Diese gehäusefesten Steuerkanten 106 und 116 verlaufen schräg und weisen über den gesamten Rohrumfang eine Steigungshöhe H auf, die mindestens der Höhe //'des jeweiligen Einströmfensters 12 bzw. 13 entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern strömender Medien, insbesondere zum Dosieren der Durchströmmengen brennstoffreicher Gase bei Staustrahl-Raketentriebwerken, mit einem rohrförmigen Drehschieber, dessen Schieberhemd eine schräg zur Drehschieberachse verlaufende Steuerkante aufweist, die mit einer gehäusefesten Steuerkante zur stufenlosen Variierung des Einströmquerschnittes zusammenar- ^|0 beitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (6 bzw. 7) innerhalb der gehäusefesten Steuerkante (66 bzw. 7b) berührungslos läuft, und daß in minimaler Offenstellung der Einrichtung die drehbare Steuerkante (6a bzw. 7a) des Drehschiebers (6 bzw. 7) unter Belassung eines Einströmspaltes (8) parallel zur gehäusefesten Steuerkante (66 bzw. 7 b) liegt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, «laß spiegelbildlich zum ersten Drehschieber (6) und zweiter Drehschieber (7) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (9) vorgesehen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im rohrförmig zylindrischen Schieberhemd (10c bzw. Wc) des bzw. der Drehschieber (10 bzw. 11) £.in Einströmfenster (12 bzw. 13) vorgesehen ist, das mit einer schrägverlaufenden gehäusefesten Steuerkante (106 bzw. Wb) zusammenarbeitet, die über den Umfang von 360° betrachtet eine Steigungshöhe (H) aufweist, die » mindestens gleich der Fensterhöhe (H')\st.