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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikventilanordnung. Die Erfindung
betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Ventilanordnung,
die für den
Einsatz beim Regeln des Stroms von Treibstoff zu den Zünddüsen eines
Gasturbinentriebwerks geeignet ist.
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In
einem mehrstufigen Gasturbinentriebwerk beinhaltet die Brenneranordnung
im Allgemeinen einen Satz von Pilotbrennern, die stets brennen,
wenn das Triebwerk läuft,
sowie einen oder mehrere Sätze von
Hauptbrennern. Während
der Triebwerksstartsequenz wird mit einem Satz von Zünddüsen das
Zünden
der Pilotbrenner eingeleitet. Die Pilotbrenner zünden die Hauptbrenner, die
in Stufen je nach zunehmendem Schubbedarf gezündet werden.
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Im
Flugzeugtreibstoffsystem für
ein Gasturbinentriebwerk wird Treibstoff von den Haupttreibstofftanks
(gewöhnlich
in den Tragflächen
des Flugzeugs) mit einer ersten, elektrisch betätigten ,Hubpumpe' gepumpt. Die Hubpumpe
erzeugt einen Treibstoffeingang zu einer vom Triebwerk betriebenen
,Niederdruck'-Pumpe,
die wiederum eine vom Triebwerk betriebene ,Hochdruck'-Pumpe speist, gewöhnlich in
Form einer Zahnradpumpe. Die Zahnradpumpe erzeugt einen Treibstoffvorrat,
der auf ein relativ hohes Druckniveau gebracht wird, um das Triebwerk
mit Treibstoff zu versorgen.
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In
bekannten Treibstoffzufuhrsystemen für Gasturbinentriebwerke wird
ein erstes Druckregelungs- und
-absperrventil (PRSOV) im Versorgungspfad zu den Pilotbrennern vorgesehen,
damit der Fluss von Treibstoff zu diesen Brennern abgeschaltet werden
kann. Ein zweites PRSOV ist im Versorgungsweg zu den Hauptbrennern
für denselben Zweck
vorgesehen. Der Strom von Treibstoff von den Zünddüsen wird vom Pilotbrenner-Versorgungsweg an
einer Position oberhalb des ersten PRSOV abgegriffen und es ist
ein Regelventil zum Regeln des Stroms von Treibstoff zu den Zünddüsen vorgesehen.
Es ist aufgrund der Kosten- und Gewichtsnachteile nicht erwünscht, ein
weiteres PRSOV im abgegriffenen Versorgungsweg zu den Zünddüsen vorzusehen.
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Nach
dem Start des Triebwerks, wenn Treibstoff in den Hauptbrennersätzen gezündet wird
und das Triebwerk vollständig
angelaufen ist, ist es von Vorteil, eine relativ niedrige Treibstoffströmungsrate zu
den Zünddüsen aufrechtzuerhalten.
Eine geringe Treibstoffströmungsrate
bzw. Treibstoffdurchflussmenge zu den Zünddüsen hat eine Kühlfunktion
für den
Brenner und dient zum Verhüten
einer Verkohlung im Brenner und in den Treibstoffzufuhrrohren, die
sonst die Zünddüsen blockieren
könnte.
Zusätzlich
ermöglicht
in dem Fall, dass die Triebwerksflamme in einem der Hauptbrenner
ausgeht, die permanente Zufuhr von Neuzündungstreibstoff zu den Zünddüsen ein
sofortiges Neuzünden.
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Wenn
das Flugzeug am Boden und das Triebwerk abgeschaltet ist, dann ist
es wichtig, dass der Strom von Treibstoff zu den Zünddüsen beendet wird.
Es gibt Umstände,
unter denen es wünschenswert
ist, die Hubpumpe zu betätigen,
wenn das Flugzeug am Boden ist, z.B. für Prüfzwecke oder wenn das Flugzeug
nur für
eine kurze Zeitperiode gelandet ist, und unter solchen Umständen wird
ein geringer Druck-Treibstoffstrom
im System aufrechterhalten. Aufgrund des Vorhandenseins des ersten
und zweiten PRSOV's,
die mit einer relativ hohen Federkraft in den geschlossenen Zustand
vorgespannt werden, kann solcher Treibstoff nicht in die Hauptbrenner oder
die Pilotbrenner auslaufen. Die Feder für das Zünddüsensteuerventil erzeugt jedoch
eine geringere Vorspannkraft und das Ventil ist so konfiguriert, dass
jeder geringe Treibstoffdruck im System ausreicht, um die relativ
schwache Federkraft zu überwinden,
so dass Treibstoff zu den Zünddüsen gelangen
kann. Jedes Austreten von Treibstoff in das Triebwerk, wenn das
Flugzeug gelandet und das Triebwerk gestoppt ist, ist äußerst unerwünscht, da dies
zur Entstehung von Rauch im Triebwerk beim nächsten Triebwerksstart und
im Extremfall zu einer Explosion führen kann. Jedes Treibstoffleck
vom Triebwerk stellt auch eine Umweltgefahr dar und erhöht das Risiko
eines Bodenbrands. Ferner kann, wenn das Triebwerk nach dem Abschalten
noch heiß ist,
ein geringer Strom von Treibstoff durch die Zünddüsen, wenn er sich oft wiederholt,
zu einer Blockierung der Düsen
durch Verkohlung des leckenden Treibstoffs führen.
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Das
oben erwähnte
Treibstoffleckproblem kann mit Hilfe eines weiteren PRSOV's im Strömungsweg
zu den Zünddüsen überwunden
werden, aber diese Lösung
hat Kosten- und Gewichtskomplikationen, die sie ausschließen.
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Eine
Ventilanordnung des Standes der Technik ist aus dem Dokument
US 5294089 A bekannt, das
ein durch Fluiddruck betätigtes
Ventil und ein solenoidbetätigtes
Ventil beschreibt.
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Durch
Betätigen
des solenoidbetätigten
Ventils mit einer Pulsbreitenmodulationsspannung öffnet das
durch Druck betätigte
Ventil um einen bestimmten Grad je nach der Frequenz der Modulation.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung
bereitzustellen, mit der die oben erwähnten Nachteile überwunden
werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Hydraulikventilanordnung mit einem durch Fluiddruck
betätigten
Ventil bereitgestellt, das zwischen einer ersten Position, in der
Fluidfluss durch das Ventil verhindert wird, und einer zweiten Position
betätigt werden
kann, in der Fluidfluss durch das Ventil mit einer ersten Geschwindigkeit
ermöglicht
wird, und einem zweiten Ventil, das zwischen einem offenen Zustand,
in dem Treibstoff mit einer zweiten Geschwindigkeit durch das zweite
Ventil fließt,
und einem geschlossenen Zustand betätigt werden kann, in dem kein
Fluss durch das zweite Ventil erfolgt, wobei das durch Fluiddruck
betätigte
Ventil so angeordnet ist, dass nach der anfänglichen Betätigung des
zweiten Ventils in seinen offenen Zustand das durch den Fluiddruck
betätigte
Ventil veranlasst wird, sich in die zweite Position zu bewegen,
und wodurch das durch den Fluiddruck betätigte Ventil nach dem nachfolgenden
Schalten des zweiten Ventils zwischen dem offenen und dem geschlossenen
Zustand in der zweiten Position bleibt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchflussmenge von Treibstoff durch die Hydraulikventilanordnung
durch Schalten des zweiten Ventils variiert werden kann.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn sie in einem Flugzeugtreibstoffsystem
für ein
Gasturbinentriebwerk eingesetzt wird, bei dem die Hydraulikventilanordnung
zum Variieren der Treibstoffströmungsrate
zu den Zünddüsen des
Triebwerks zwischen der nach dem Starten des Triebwerks benötigten relativ
hohen Geschwindigkeit und der niedrigen Geschwindigkeit verwendet
wird, die benötigt
wird, wenn die Triebwerksbrenner voll in Betrieb sind. Die Erfindung
bietet auch den Vorteil, dass nach dem Landen des Flugzeugs, wenn
ein Treibstoffstrom zu den Zünddüsen unerwünscht ist,
sowohl das mit Fluiddruck betätigte
Ventil als auch das zweite Ventil weit genug geschlossen werden
können,
um ein Austreten von Treibstoff zum Triebwerk zu verhindern.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet das durch Fluiddruck
betätigte
Ventil ein elastisch vorgespanntes Kolbenelement, das zwischen einer Position,
in der Fluidfluss durch das durch Fluiddruck betätigte Ventil verhindert wird,
und einer zweiten Position beweglich ist, in der Fluidfluss durch
das durch Fluiddruck betätigte
Ventil mit einer relativ beschränkten
Geschwindigkeit erfolgt. Das Kolbenelement ist vorzugsweise in einer
Bohrung in einem Ventilgehäuse
beweglich.
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Das
mit Fluiddruck betätigte
Ventil beinhaltet vorzugsweise eine erste und zweite Steuerkammer für Fluid,
so dass die Position des Kolbenelementes durch Regeln des Fluiddrucks
in wenigstens einer der Steuerkammern gesteuert wird.
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Das
durch Fluiddruck betätigte
Ventil ist praktischerweise in einem primären Strömungsweg für Fluid angeordnet, der mit
einer ersten Verengung versehen ist, durch die Fluid mit der relativ
beschränkten
Geschwindigkeit strömt,
wenn das Ventil in seiner zweiten Position ist.
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In
einer Ausgestaltung umfasst das zweite Ventil ein Umgehungsventilelement,
z.B. ein sphärisches
Ventilelement, das in einen Sitz eingreifen kann, um den Fluidstrom
durch einen Umgehungsströmungsweg
zu regeln, so dass Fluid, wenn das Umgehungsventilelement aus seinem
Sitz gehoben wird, mit einer zweiten, relativ hohen Geschwindigkeit
durch den Umgehungsströmungsweg
fließen kann.
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Das
durch Fluiddruck betätigte
Ventil und das zweite Ventil sind vorzugsweise so angeordnet, dass
nach einer anfänglichen
Betätigung
des zweiten Ventils in den offenen Zustand Fluid durch den Umgehungsströmungsweg
in die zweite Steuerkammer fließt,
so dass eine Kraft auf das Kolbenelement aufgebracht wird, um das
Kolbenelement in die zweite Position zu drücken.
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Das
Ventilelement kann praktischerweise mit einem elektromagnetischen
Stellglied bzw. Aktuator betätigt
werden.
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Wenn
die Hydraulikventilanordnung in einem Treibstoffversorgungssystem
für ein
Triebwerk angewendet wird, dann lässt die Hydraulikventilanordnung,
wenn sich das durch Fluiddruck betätigte Ventil nach der Betätigung des
zweiten Ventils in seine zweite Position bewegt hat, eine Variation
der Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
einfach durch Schalten des zweiten Ventils zwischen seinem offenen
und seinem geschlossenen Zustand zu. Die Hydraulikventilanordnung
ist so konfiguriert, dass bei einem nachfolgenden Umschalten des
zweiten Ventils das durch Fluiddruck betätigte Ventil in seiner zweiten Position
gerastet bleibt (d.h. ein gerasteter offener Zustand). So kann beim
Gebrauch nach dem völligen Start
des Triebwerks, wenn nur ein relativ langsamer Treibstoffkühlstrom
zu den Zünddüsen benötigt wird, die
Strömungsgeschwindigkeit
durch Bewegen des zweiten Ventils in seinen geschlossenen Zustand umgeschaltet
werden, und in diesem Fall kann Treibstoff nur mit einer relativ
niedrigen Geschwindigkeit zu den Zünddüsen strömen. Im Falle des Erlöschens des
Triebwerks (Flame-out), so dass eine höhere Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
zu den Zünddüsen benötigt wird,
um die Brenner neu zu zünden, kann
dies fast augenblicklich durch Umschalten des zweiten Ventils in
seinen offenen Zustand geschehen, so dass Treibstoff die Verengung
im primären/Zünddüsen-Strömungsweg
umgehen kann, indem er durch den relativ ungedrosselten Umgebungsströmungsweg
strömt.
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Nach
dem Abschalten des Triebwerks führt eine
Reduzierung des Treibstoffdrucks im primären Versorgungsweg, wenn die
Versorgungssystempumpen deaktiviert sind, zu einem Entrasten des
durch Fluiddruck betätigten
Ventils (d.h. Bewegen in seine erste Position), um den Strom von
Treibstoff durch den primären
Strömungsweg
zu beenden. Wenn das zweite Ventil in seinen geschlossenen Zustand
geschaltet wird, dann wird auch der Strom durch den Umgehungsströmungsweg
beendet. Wenn beide Ventile geschlossen sind, wird ein Austreten
von Treibstoff zum Triebwerk vermieden.
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Die
erste Steuerkammer des durch Fluiddruck betätigten Ventils wird geeigneterweise
mit Treibstoff unter niedrigem Druck aus einem Niederdrucktreibstoffreservoir
gespeist, wobei der durch Treibstoff in der ersten Steuerkammer
erzeugte Treibstoffdruck in Kombination mit einer Federkraft wirkt,
um das Kolbenelement in Richtung auf die erste Position zu drängen.
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Es
ist wichtig, dass die Strömungskapazität der Zünddüsen, oder
eine Drosselung des Treibstoffstroms unterhalb der Verbindungsstelle
zwischen dem primären
und dem Umgehungsströmungsweg
geringer ist als die Strömungskapazität durch
das zweite Ventil. Auf diese Weise bewirkt Treibstoffdruck in der
Verbindung mit den Zünddüsen, dass
Treibstoff nach der Betätigung
des zweiten Ventils über
den Umgehungsströmungsweg
in die zweite Steuerkammer strömt.
Dies gewährleistet, dass
das Kolbenelement von seiner ersten Position weg in seine zweite
Position gedrängt
wird und beim nachfolgenden Umschalten des zweiten Ventils in seiner
zweiten Position ,gerastet' bleibt.
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Die
Erfindung wird nun, jedoch nur beispielhaft, mit Bezug auf die Begleitzeichnungen
beschrieben. Dabei zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm eines Treibstoffzufuhrsystems für ein Gasturbinentriebwerk,
das die Hydraulikventilanordnung der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 eine
Ansicht der Hydraulikventilanordnung, die Teil des Treibstoffzufuhrsystems
in 1 im geschlossenen Zustand bildet, und
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3 eine
Ansicht eines Teils der Hydraulikventilanordnung in 2 in
einem gerasteten offenen Zustand.
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Gemäß 1 wird
ein Treibstoffsystem für ein
Gasturbinentriebwerk, das einen ersten und einen zweiten Satz 10, 12 Haupttriebwerksbrenner
und einen Satz 14 Zünddüsen umfasst,
mit Treibstoff aus einem Treibstofftank 16 gespeist. In
einem Flugzeugtreibstoffsystem befindet sich der Treibstofftank 16 gewöhnlich in
den Tragflächen
des Flugzeugs, und Treibstoff wird mit einer elektrischen Hubpumpe 18 vom
Treibstofftank 16 zu einer vom Triebwerk angetriebenen
ersten Niederdruckpumpe 20 gepumpt. Die Niederdrucktreibstoffpumpe 20 fördert einen
Strom von Treibstoff zu einer Hochdrucktreibstoffpumpe 22, typischerweise
in Form einer Zahnradpumpe, um Treibstoff auf den relativ hohen
Druck zu bringen, der zum Speisen des Triebwerks und zum Antreiben
hydraulisch betätigter
Triebwerkskomponenten nötig ist.
Ein Druckabfall-Überströmventil 24 ist
an der Hochdrucktreibstoffpumpe 22 angeordnet, um zu gewährleisten,
dass das Druckdifferential über
die Pumpe 22 beim Gebrauch auf einem im Wesentlichen konstanten
Niveau gehalten wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
von Treibstoff zu den Haupttriebwerksbrennern 10, 12 und
zu den Zünddüsen 14 wird
mit einer Dosierventilanordnung 26 geregelt. Durch die Dosierventilanordnung 26 strömender Treibstoff
wird zu einem Haupttreibstoffversorgungsweg 28 geführt, durch
den Treibstoff zu den Haupttriebwerksbrennersätzen 10, 12 geführt wird.
Typischerweise kann einer der Brennersätze 10, 12 ein
Satz von Pilotbrennern sein, der beim Starten des Triebwerks gezündet und
zum Zünden
von einem oder mehreren weiteren Sätzen der Haupttriebwerksbrenner
verwendet wird. Man wird verstehen, dass die Zahl der Haupttriebwerksbrenner 10, 12 größer als
die in 1 gezeigten zwei Sätze sein kann.
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Ein
Druckregelungs- und -absperrventil (PRSOV) 32 ist im Hauptversorgungsweg 28 zu
den Haupttriebwerksbrennern 10, 12 angeordnet.
Das Druckregelungs- und -absperrventil 32 hat typischerweise
einen federnd vorgespannten Kolben (nicht dargestellt), der hydraulisch
zwischen einer offenen Position, in der er aus einem Sitz abgehoben
ist, so dass Treibstoff durch den Hauptströmungsweg 28 zu den
Haupttriebwerksbrennern 10, 12 fließen kann, und
einer geschlossenen Position betätigt
werden kann, in der sich der Kolben in seinem Sitz befindet und
der Strom von Treibstoff zu den Haupttriebwerksbrennern 10, 12 verhindert
wird. Der Aufbau eines herkömmlichen
PRSOV 32 ist derart, dass, wenn sich das Ventil in seiner
geschlossenen Position befindet, kein Treibstoff durch den Hauptversorgungsweg 28 zu
den Triebwerksbrennern 10, 12 austritt, da selbst
dann, wenn der Treibstoff unter geringem Druck steht, Niederdrucktreibstoff
auf beiden Seiten des PRSOV-Kolbens vorhanden ist und die Federkraft
des PRSOV daher groß genug
ist, damit der Kolben in seinem Sitz bleibt.
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Zusätzlich zum
Zuführen
eines dosierten Treibstoffstroms zu den Haupttriebwerksbrennern 10, 12 wird
der Strom vom Hauptversorgungsweg 28 an einer Position
oberhalb des PRSOV abgegriffen und durch einen primären Strömungsweg 30 zu
den Zünddüsen 14 geleitet.
Der primäre
Versorgungsweg 30 ist mit einer Hydraulikventilanordnung 34 versehen,
wie in den 2 und 3 ausführlicher
dargestellt ist, um die Treibstoffströmungsgeschwindigkeit zu den
Zünddüsen 14 zu
regeln.
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Die
Hydraulikventilanordnung 34 beinhaltet ein erstes Ventil,
allgemein mit 36 bezeichnet, in Form eines durch Fluiddruck
betätigten
Ventils mit einem Kolbenelement 38, das jeweils Treibstoffdruck
in der ersten und der zweiten Steuerkammer 41, 43 ausgesetzt
ist (wie in 3 gezeigt). Das Kolbenelement 38 wird,
teils mit einer in der ersten Steuerkammer 41 angeordneten
Feder 40 und teils mit einem geringen Treibstoffdruck in
der ersten Steuerkammer 41, in eine geschlossene Position
vorgespannt, in der der Treibstoffstrom durch das durch Fluiddruck
betätigte
Ventil 36 verhindert wird. Das durch Fluiddruck betätigte Ventil 36 in 2 ist
in diesem geschlossenen Zustand dargestellt. Das Kolbenelement 38 ist
in einer Bohrung 39 beweglich, die in einem Ventilgehäuse 42 zum Öffnen und
Schließen
der Verbindung zwischen einer ersten Einlassöffnung 46 im Ventilgehäuse 42 und
der zweiten Steuerkammer 43 vorgesehen ist, wie nachfolgend
ausführlicher
beschrieben wird.
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Beim
Gebrauch wird, wenn das Kolbenelement 38 aus seiner geschlossenen
Position in eine offene Position bewegt wird (wie in 3 gezeigt), eine
Endfläche 38a des
Kolbenelements 38 Fluiddruck in der zweiten Steuerkammer 43 ausgesetzt. Die
zweite Steuerkammer 43 ist mit einer Auslasskammer 44 in
Verbindung, die in dem Ventilgehäuse 42 definiert
ist und die mit einem Zünddüsenversorgungsweg 50 unterhalb
des Ventils 36 durch eine Verengung 52 im Ventilgehäuse 42 in
Verbindung ist. Die erste Einlassöffnung 46 ist mit
dem primären
Versorgungsweg 30 oberhalb des Ventils 36 in Verbindung,
so dass Hochdrucktreibstoff von der Dosierventilanordnung 26 zur
ersten Einlassöffnung 46 gefördert wird.
Eine Bewegung des Kolbenelementes 38 in seinen offenen
Zustand wird durch Erhöhen
des Treibstoffdrucks in der Auslasskammer 44, einen Treibstoffstrom
durch die Auslasskammer 44 in die zweite Steuerkammer 43 und
durch Beaufschlagen der Endfläche 38a des
Kolbenelementes mit einer Kraft eingeleitet, um die Federkraft und
die Kraft des Treibstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 41 zu überwinden,
so dass eine Bewegung des Kolbenelementes 38 bewirkt wird.
Wenn der Kolben 38 in den offenen Zustand wie in 3 gezeigt
bewegt wird, dann kann Treibstoff durch das durch Fluiddruck betätigte Ventil 36 mit
einer relativ niedrigen Geschwindigkeit fließen, die durch die Größe der Verengung 52 bestimmt
wird.
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Das
Ventilgehäuse 42 ist
auch mit einer zweiten Einlassöffnung 48 versehen,
die Treibstoff aus einem Niederdrucktreibstoffreservoir wie z.B.
der Treibstofftankhubpumpe 18 erhält, wobei die Kraft des Treibstoffdrucks
in der zweiten Steuerkammer das Kolbenelement 38 in der
in 3 gezeigten Position (ein offener Zustand) hält, so dass
Treibstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 43 ausreicht,
um die kombinierte Kraft des Treibstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 41 und
der darin angeordneten Feder 40 zu überwinden.
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Wenn
Treibstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 43 reduziert
wird, dann drückt
die Wirkung der Feder 40 in Kombination mit Treibstoffdruck
in der Kammer 41 das Kolbenelement 38 in eine
geschlossene Position (einen geschlossenen Zustand), in der zur
ersten Einlassöffnung 46 geförderter
Hochdrucktreibstoff nicht in die Auslasskammer 44 strömen kann,
so dass kein Strom durch das Ventil 36 zu den Zünddüsen 14 stattfindet.
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Die
Hydraulikventilanordnung 34 beinhaltet auch ein zweites
Ventil, allgemein mit 54 bezeichnet, das ein Umgehungsventilelement 56 in
Form eines sphärischen
oder Kugelventils umfasst, das mit einem Sitz zum Regeln des Treibstoffstroms
durch einen Umgehungsströmungsweg 58 in
Eingriff gebracht werden kann. Das Ventilelement 56 wird
durch die Kraft einer zweiten Feder 60, die auf einen mit dem
Ventilelement 56 gekoppelten Anker 62 wirkt, in den
Eingriff mit seinem Sitz gedrängt.
Die Bewegung des Ventilelementes 56 wird mit einem elektromagnetischen
Stellglied 64 gesteuert. Wenn eine Wicklung 61 des
Stellgliedes 64 bestromt wird, dann wird der Anker 62 in 2 nach
rechts gegen die Kraft der zweiten Feder 60 gedrängt, so
dass das Ventilelement 56 aus seinem Sitz weg bewegt wird,
und in dieser Position kann Treibstoff durch den Umgehungsströmungsweg 58 mit
einer relativ unbeschränkten Geschwindigkeit
fließen.
Wenn die elektromagnetische Wicklung 61 stromlos gestellt
wird, dann wird der Anker 62 durch die Federkraft in 2 nach
links gedrängt
und das Ventilelement 56 wird in seinen Sitz gedrückt, um
einen Strom von Treibstoff durch den Umgehungsströmungsweg 58 zu
verhindern.
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Beim
Gebrauch ist es nötig,
wenn die Haupttriebwerksbrenner vor dem Abheben des Flugzeugs gezündet werden
sollen, den Zünddüsen 14 Treibstoff
zuzuführen.
Wenn die Pumpen 18, 20 und 22 in Betrieb
und beide Ventile 36, 54 anfangs geschlossen sind,
wird die Wicklung des elektromagnetischen Stellglieds 64 bestromt,
um das Ventilelement 56 aus seinem Sitz zu bewegen. durch
den primären
Versorgungsweg 30 strömender
Treibstoff, der mit der Hochdruckpumpe 22 auf einen hohen
Druck gebracht wird, kann daher durch den Umgehungsströmungsweg 58 und
somit in den Zünddüsenversorgungsweg 50 fließen. Die
Zünddüsen 14 drosseln den
Treibstoffstrom im Zünddüsenversorgungsweg 50 stärker als
die Verengung 52 in Verbindung mit dem durch Fluiddruck
betätigten
Ventil 36. So strömt Treibstoff
durch den Umgehungsströmungsweg 58 in die
Auslasskammer 44 des durch Fluiddruck betätigten Ventils 36 durch
die Verengung 52, was zu einem Anstieg des Treibstoffdrucks
in der Auslasskammer 44 führt. Wenn der Treibstoffdruck
in der Auslasskammer 44 über einen vorbestimmten Wert
hinaus ansteigt, wird das Kolbenelement 38 aus seiner geschlossenen
Position gegen die Kraft der Feder 40 und des Niederdrucktreibstoffs
in der Kammer 41 in seinen in 3 gezeigten
offenen Zustand gedrückt, so
dass die Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung 46 und der
zweiten Steuerkammer 43 geöffnet wird. So kann ein sehr
geringes Volumen an zur ersten Einlassöffnung 46 geführtem Hochdrucktreibstoff
in die zweite Steuerkammer und somit in die Auslasskammer 44 durch
die Verengung 52 und zu den stromabwärtigen Zünddüsen 14 strömen. Da
jedoch auch das zweite Ventil 54 offen ist, strömt Treibstoff
durch das zweite Ventil 54 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit,
wobei die Geschwindigkeit des zu den Zünddüsen 14 geführten Treibstoffs
daher relativ hoch ist, um das Starten der Haupttriebwerksbrenner 10, 12 einzuleiten.
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Wenn
die Haupttriebwerksbrenner 10, 12 voll gezündet sind
und keine relativ hohe Treibstoffströmungsgeschwindigkeit zu den
Zünddüsen 14 mehr benötigt wird,
dann wird die Wicklung 61 des elektromagnetischen Stellglieds 64 stromlos
gestellt, so dass das Ventil 56 mit der Feder 60 in
den Eingriff mit seinem Sitz gedrängt wird. Unter diesen Umständen wird
die Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
in den Zünddüsenversorgungsweg 50 beim
Schließen
des Umgehungsströmungswegs 58 reduziert.
Man wird verstehen, dass nach dem anfänglichen Öffnen des durch Fluiddruck
betätigten
Ventils 36 zum Bewegen des Kolbenelementes 38 in
eine Position, in der die erste Einlassöffnung 46 mit der
Auslasskammer 44 in Verbindung ist, der auf die Endfläche 38a des
Kolbenelementes 38 wirkende Treibstoffdruck in der zweiten
Steuerkammer 43 ausreicht, um das durch Fluiddruck betätigte Ventil 36 in
seiner offenen Position zu halten (wie in 3 gezeigt).
Wenn also das zweite Ventil 54 geschlossen ist, um den
Strom von Treibstoff durch den Umgehungsströmungsweg 58 zu unterbrechen,
dann wird eine relativ niedrige Treibstoffströmungsgeschwindigkeit zu den
Zünddüsen 14 aufrechterhalten.
Dies bietet den Vorteil, dass nach dem Start des Triebwerks, wenn
die Haupttriebwerksbrenner 10, 12 gezündet sind
und keine hohe Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
zu den Zünddüsen 14 mehr
benötigt
wird, eine relativ niedrige Treibstoffströmungsgeschwindigkeit zu den
Zünddüsen 14 für Kühlzwecke
aufrechterhalten werden kann. Der Treibstoffkühlfluss zu den Zünddüsen 14 mit
einer relativ niedrigen Geschwindigkeit dient zum Verhindern von
Verkohlung in den Brennern und den zugehörigen Versorgungsrohren, die
sonst zu einer Verstopfung der Düsen
führen
könnte.
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Ein
weiterer Vorteil entsteht dann, wenn es in einem der Haupttriebwerke 10, 12 zum
Erlöschen
der Flamme (,Flame-out')
kommt und die Brenner während
des Betriebs des Triebwerks neu gezündet werden müssen. Dann
kann das zweite Ventil 54 durch Bestromen der Stellgliedwicklung 61 in
seinen offenen Zustand geschaltet werden, so dass Treibstoff mit
einer höheren
Geschwindigkeit durch den Umgehungsströmungsweg 58 fließen kann.
So wird die hohe Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
zu den Zünddüsen 14 erzielt,
die für
eine Triebwerksneuzündung
erforderlich ist.
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Man
wird verstehen, dass nach dem Bewegen des durch Fluiddruck betätigten Ventils 36 in
seinen offenen Zustand, in dem das Kolbenelement 38 in
eine offene Position gedrängt
wird (wie in 3 gezeigt), um eine Verbindung
zwischen der ersten Einlassöffnung 46 und
der Auslasskammer 44 zu ermöglichen, das Ventil 36 in
einem ,offen gerasteten' Zustand
ist und ein nachfolgendes Umschalten des zweiten Ventils 54 zwischen
seiner offenen und seiner geschlossenen Position keinen Einfluss
auf das Ventil 36 hat.
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Wenn
das Flugzeug gelandet ist und kein weiterer Strom von Treibstoff
zu den Zünddüsen 14 gewünscht wird,
dann werden die Nieder- und die Hochdruckpumpe 20, 22 jeweils
deaktiviert, so dass der Druck des in den primären Versorgungsweg 30 strömenden Treibstoffs
reduziert wird. Während
der zum primären
Versorgungsweg 30 geförderte
Treibstoffdruck reduziert wird, wird der Treibstoffdruck in der
zweiten Steuerkammer 43 reduziert, so dass die Kraft der
Feder 40, die in Kombination mit der Kraft des Niederdrucktreibstoffs
in der ersten Steuerkammer 41 wirkt, ausreicht, um das
Kolbenelement 38 wie in 2 gezeigt
in seine geschlossene Position zu drängen. Wenn das Kolbenelement 38 in
seine geschlossene Position bewegt wird, dann kann kein Treibstoff
durch die erste Einlassöffnung 46 in
die Auslasskammer 44 fließen. Wenn also die Wicklung 61 des
elektromagnetischen Stellglieds 64 stromlos gestellt wird,
so dass das Ventilelement 56 in seinem Sitz ist, dann kann
kein Treibstoff durch das durch Fluiddruck betätigte Ventil 36 und
durch das zweite Ventil 54 fließen. So wird jedes Austreten
von Treibstoff zu den Zünddüsen 14 verhütet.
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Man
wird verstehen, dass selbst in Umständen, in denen die Hubpumpe 18 nach
dem Landen des Flugzeugs weiter betrieben wird, die Hydraulikventilanordnung 34 sicherstellt,
dass kein Treibstoff zu den Zünddüsen 14 gelangen
kann. Es kann häufig wünschenswert
sein, die Hubpumpe nach dem Landen des Flugzeugs weiter zu betreiben.
So wird beispielsweise die Hubpumpe 18 möglicherweise
für Wartungs- oder Prüfzwecke
benötigt,
oder es kann wünschenswert
sein, einen Teil der elektrischen Lasten des Flugzeugs weiter aktiv
zu halten, wenn sich das Flugzeug nur für eine relativ kurze Zeitperiode am
Boden befindet. Darüber
hinaus kann das Zusatzleistungsaggregat (APU) des Flugzeugs, das
zum Speisen des Flugzeugs mit Leistung verwendet wird, wenn es sich
am Boden befindet, mit Treibstoff von der Hubpumpe 18 versorgt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung bietet daher mehrere Vorteile gegenüber bekannten
Treibstoffzufuhrsystemen für
Gasturbinentriebwerke. Die Vorteile entstehen durch die Rastfunktion
des durch Fluiddruck betätigten
Ventils 36, da diese ein Variieren der Treibstoffströmungsgeschwindigkeit
zwischen einem ersten, relativ hohen Niveau zum Einleiten des Zündens der
Brenner und einem zweiten, relativ niedrigen Niveau nach dem Zünden der
Brenner einfach durch Umschalten des zweiten Ventils 54 zulässt. Die Hydraulikventilanordnung
gewährleistet
auch, dass jede Leckströmung
zu den Zünddüsen 14 nach
dem Landen des Flugzeugs verhindert wird.
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Die
Hydraulikventilanordnung der vorliegenden Erfindung wurde zwar in
Bezug auf ein Treibstoffsystem für
ein Gasturbinentriebwerk beschrieben, aber man wird verstehen, dass
das Ventil 34 auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden
kann, in denen zwischen einer ersten und einer zweiten Fluidströmungsgeschwindigkeit
durch einen Strömungsweg
umgeschaltet werden soll, während
gewährleistet
wird, dass ein Strom insgesamt verhindert wird, wenn sich das Ventil
in einem ungerasteten Zustand befindet. Man wird ferner verstehen,
dass das zweite Ventil 54 nicht die Form eines elektromagnetisch
betätigten
Ventils zu haben braucht, sondern durch alternative Mittel betätigt werden
kann. Darüber
hinaus kann das sphärische
Ventilelement 56 durch verschiedene andere Ventilelementtypen
ersetzt werden, die mit entsprechend geformten Sitzen in Eingriff
gebracht werden können,
um die Strömung
von Treibstoff durch den Umgehungsströmungsweg 58 zu regeln.
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Es
ist zu bemerken, dass, um zu gewährleisten,
dass das durch Fluiddruck betätigte
Ventil 36 in der offenen, eingerasteten Position gehalten
wird, wenn das zweite Ventil 54 zwischen seinem offenen und
seinem geschlossenen Zustand geschaltet wird, die durch die Verengung 52 bewirkte
Drosselung der Treibstoffströmung
durch den Zünddüsenversorgungspfad 50 so
bemessen werden muss, dass gewährleistet
wird, dass der Druck in der zweiten Steuerkammer 43 hoch
genug ist, um eine ausreichend hohe Kraft auf die Endfläche 38a des
Kolbenelementes 38 zu halten, um der kombinierten Kraft
der Feder 40 und des Niederdrucktreibstoffs in der ersten
Steuerkammer 41 standzuhalten. Dies dient dazu, das Kolbenelement 38 in
einer offenen Position zu halten, und gewährleistet, dass wenigstens
eine relativ niedrige Treibstoffströmungsgeschwindigkeit durch
den primären
Versorgungspfad 30 zum Zünddüsenversorgungspfad 50 aufrechterhalten
wird, bis die Zufuhr von Hochdrucktreibstoff zum Ventil 34 weggenommen
wird.