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Vorrichtung zur regelbaren Förderung flüssigen Brennstoffes zur Brennkammer
einer Brennkraftmaschine mit stetiger Verbrennung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur regelbaren Förderung flüssigen Brennstoffes zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine
mit stetiger Verbrennung, z. B. eines Strahltriebwerkes, einer Turbine oder einer
anderen Kraftmaschine, und hat den Zweck, eine verbesserte Vorrichtung dieser Art
zu schaffen. Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung, in welcher eine Kreiselpumpe,
deren Förderdruck eine Funktion ihrer Drehzahl ist, ein bewegliches Absperrorgan,
das zwischen der Druckseite der Pumpe und einem Auslaß der Vorrichtung angeordnet
ist, ein von dem Brennstoff bewegter Hilfsantrieb zur Betätigung des Absperrorgans,
ein auf barometrischen Druck ansprechendes Steuerventil für den Hilfsantrieb und
eine auf Druckunterschiede des Brennstoffs ansprechende :Membran vereinigt sind,
wobei die Membran das genannte Steuerventil oder ein zusätzliches Steuerventil für
den Hilfsantrieb oder ein Ventil zur Regelung des Brennstoffzuflusses durch das
Absperrorgan betätigen kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. r einen mehr oder weniger schematischen Schnitt
durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch
eine geänderte Ausführung und Fig. 3 einen ähnlichen Schnitt durch eine weitere
Ausführung.
Die Ausführungsform nach Fig. i weist ein Gehäuse =
zur Aufnahme einer radial beaufschlagten Kreiselpumpe auf, die ein auf einer Welle3
befestigtes Laufrad 2 hat. Der Förderdruck der Pumpe ist der Drehzahl des Laufrades
proportional. Ein Kanal 4 in dem Gehäuse zur Zuführung des flüssigen Brennstoffes
führt zur Mitte des Pumpenlaufrades, und ein anderer Kanal s im Gehäuse, der ebenfalls
mit der Mitte der Pumpe in Verbindung steht, dient zum Zurückführen überschüssiger
Flüssigkeit und eingeschlossener Luft zum Brennstoffbehälter. Eine Kammer 6 in dem
Gehäuse, die den Umfang des Laufrades 2 umgibt, ist durch einen Kanal 7 mit einem
Auslaß 8 verbunden, der durch eine Leitung an den Brenner in einer Brennkammer angeschlossen
werden kann. In diesem Kanal ist ein Absperrorgan zur Überwachung der Flüssigkeitsmenge,
die zum Auslaß fließen kann, angeordnet.
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Das Absperrorgan umfaßt eine kegelige oder ähnliche Spindel g, die
in bezug auf einen ringförmigen Durchgang io im Gehäuse axial beweglich ist. Die
Spindel 9 wird durch einen vom Brennstoff betriebenen Hilfsantrieb betätigt, der
einen in einer zylindrischen Kammer 13 des Gehäuses verschiebbaren und mit der Spindel
9 durch einen Tauchkolben ri verbundenen Kolben 12 umfaßt. Die beiden Enden der
Kammer 13 stehen miteinander durch eine verengte Bohrung 18 im Kolben 12 in Verbindung.
Ein Ende der Kammer ist durch einen Kanal 14 mit der der Pumpe zugekehrten Seite
des Absperrorgans verbunden. Das andere Ende der Kammer steht durch einen Kanal
15 mit dem Sitz 16 eines Steuerventils 17 in Verbindung, das auf barometrischen
Druck und Druckunterschiede im Brennstoff anspricht. Das Ventil 17 wird von
einem schwenkbar. gelagerten Hebel ig getragen, der unter der Wirkung einer Feder
ao steht.
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Das Steuerventil 17 ist in einer Kammer 21 des Gehäuses untergebracht;
die mit dem Brennstoffzuführungskanal 4 durch einen Durchlaß 22 in Verbindung steht.
In dieser Kammer ist ein Paar von gleichachsigen Kapseln 23 und 24 angeordnet. Das
Innere der- einen Kapsel 23 ist luftleer gemacht, und das Innere der anderen Kapsel
24 steht mit der Außenluft durch eine Bohtung 25 in Verbindung. Zwischen den Kapseln
ist das äußere Ende des langen Armes 26 eines Winkelhebels angelenkt, der auf entgegengesetzten
Seiten von einem Paar gleichachsiger Federn 27 und 28 belastet ist. Ein Ende der
Feder 27 stützt sich einstellbar gegen einen Bolzen 29 im Gehäuse, und das entgegengesetzte
Ende der Feder 28 wird von einem Bolzen 30 getragen, der@an der Oberseite
des Kolbens 12 anliegt. Der kurze Arm 31 des Winkelhebels ist so angeordnet, daß
er auf das eine Ende des Hebels 19 wirken und auf das Steuerventil 17 eine Öffnungsbewegung
übertragen kann.
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Am anderen Ende des Steuerventilhebels.ig ist die das Ventil enthaltende
Kammer 21 von einer anderen Kammer 32 durch eine biegsame Membran 33 getrennt, die
mit einer einstellbaren in der Kammer 32 untergebrachten Feder 34 belastet ist.
Die Membran 33 trägt einen mit ihr aus einem Stück gebildeten oder an ihr befestigten
Bolzen 35, der auf den Ventilhebel wirkt. Die zweite Kammer 32 ist mit der Pumpenseite
des Absperrorgans 9 durch einen Kanal 36 verbunden, in dem ein verengter Durchgang
37 gebildet ist. Zwischen diesem Durchgang und der genannten Kammer ist eine Umgehungsleitung
38 angeordnet, die zur Ventilkammer 21 führt. Diese Umgehungsleitung wird von einem
einstellbaren Regler überwacht, der dazu dient, durch Veränderung des Flüssigkeitsstromes
vom Kanal 36 zur Umgehungsleitung den Flüssigkeitsdruck in der Kammer 32 und dadurch
den Unterschied zwischen diesem Druck und dem auf die entgegengesetzte Seite der
Membran 33 wirkenden Druck zu ändern. Der Regler besteht in der gezeichneten Ausführungsform
aus einer federbelasteten Spindel 39, die von einem durch den Bedienungsmann
zu betätigenden Nocken 4o bewegt werden kann. Die Spindel 39 hat ein kegliges Ende
41, durch welches der wirksame Eintrittsquerschnitt zur Umgehungsleitung 38 verändert
werden kann.
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Anstatt eines einzigen Ventils 17, wie es vorstehend beschrieben ist,
das durch eine auf den Luftdruck und eine auf eine Druckdifferenz des Brennstoffdruckes
ansprechende Vorrichtung betätigt wird, kann auch ein Paar von Ventilen benutzt
werden, die unabhängig voneinander durch diese beiden Vorrichtungen betätigt werden
und den Kolben 12 einstellen.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die von der
Kraftmaschine getriebene Pumpe liefert durch das Absperrorgan 9 flüssigen Brennstoff
zum Auslaß B. Normalerweise ist das Steuerventil 17 geschlossen und das Absperrorgan
9 gegen eine Aufwärtsbewegung durch die zwischen der oberen Seite des Kolbens i2
und dem Steuerventil 17 eingeschlossene Flüssigkeit verriegelt. Im Falle einer Änderung
des barometrischen Druckes, der z. B. durch eine Vergrößerung der Förderhöhe verursacht
sein kann und der eine Verringerung der von der Pumpe gelieferten Brennstoffmenge
nötig macht, erlaubt der Druckabfall in der Kapsel 24 der auf den Winkelhebel 26
wirkenden Feder, auf das Steuerventil 17 eine Öffnungsbewegung auszuüben, so daß
die Flüssigkeit über dem Kolben abfließen kann. Der auf die Unterseite des Kolbens
wirkende Flüssigkeitsdruck kann nun den Kolben in Richtung der Verengung des Absperrorgans
9 bewegen, bis die Brennstoffzufuhr den Umständen entsprechend eingestellt ist.
Die selbständige Begrenzung der von der Pumpe gelieferten Höchstmenge des Brennstoffes
zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Drehzahl der Kraftmaschine wird durch
die Druckdifferenz bewirkt, welche auf die mit dem Regelventil verbundene Membran
33 wirkt. Eine Drehzahlerhöhung der Kraftmaschine über die festgesetzte Grenze hinaus
bewirkt eine Erhöhung der auf die Membran wirkenden Druckdifferenz, und diese verursacht
ein Öffnen des Steuerventils 17, wodurch das Absperrorgan g im Sinne der Verringerung
des Brennstoffflusses durch den Auslaß bewegt wird. Die auf die Membran wirkende
Druckdifferenz steht auch unter der Kontrolle des Reglers 39, der von dem
Bedienungsmann zur Veränderung des Flüssigkeitsstromes durch die Umgehungsleitung
38 betätigt werden kann. Demgemäß kann die Fördermenge der von der Pumpe zum Brenner
gelieferten Flüssigkeit
auch durch den Bedienungsmann entsprechend
den verschiedenen Anforderungen eingestellt werden.
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Wenn es notwendig ist, die Menge des von der Pumpe zu dem Absperrorgan
gelieferten Brennstoffes für irgendeine durch den barometrischen Druck bestimmte
Lage des Absperrorgans im wesentlichen konstant zu halten, kann die geänderte Ausführungsform
nach Fig. 2 gebraucht werden. Die Anordnung ist im allgemeinen der nach Fig. i ähnlich,
und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Zwischen
dem vom Pumpenlaufrad 2 kommenden Auslaßkanal 7 und dem Absperrorgan g im Auslaß
8 ist ein zweites Absperrorgan in Form eines doppelsitzigen Hubventils angeordnet,
das zur Regelung der Strömung zwischen diesen beiden Kanälen dient. Ein Paar von
Ventilverschlußkörpern 42 sitzt auf einer Spindel 43, die an einer durch eine Feder
45 belasteten Membran 44 angebracht ist. Eine Seite der Membran steht unter der
Wirkung des Drucks auf der Einlaßseite des Absperrorgans g, und die andere Seite
wird durch einen Kanal 46 von dem Druck auf der Auslaßseite des Absperrorgans g
beaufschlagt. Ein von Hand zu betätigender Nocken 47 ist so angeordnet, daß er auf
die Belastungsfeder 45 wirken kann. Der in Fig. i gezeigte Regler 39 ist
weggelassen, und die Kammer 32 der Membran 33 ist unmittelbar mit der zylindrischen
Kammer unter dem Kolben i2 durch einen Kanal 48 und von dort durch einen Kanal 49
mit der Druckseite der Kreiselpumpe verbunden. Bei dieser Ausführungsform kann die
Vorrichtung zur Drehzahlregelung mit der auf eine Flüssigkeitsdruckdifferenz ansprechenden
Membran 33 nach Belieben weggelassen werden, außer wenn es wünschenswert ist, die
Höchstdrehzahl der Kraftmaschine zu begrenzen. In diesem Falle wird die Vorrichtung,
wie in Fig. 2 gezeigt, beibehalten.
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Beim Betriebe dieser Ausführungsform liefert das Pumpenlaufrad durch
die beiden Absperrorgane, die von den Ventilkörpern 42 und dem Absperrglied g gebildet
sind, flüssigen Brennstoff zum Auslaß B. Normalerweise ist das Steuerventil 17 geschlossen
und das Absperrorgan gegen eine aufwärts gerichtete Schließbewegung durch die zwischen
der oberen Seite des Kolbens 12 und dem Ventil 17 eingeschlossene Flüssigkeit verriegelt.
Im Falle einer Änderung des Luftdruckes, die z. B. eine Verkleinerung der von der
Pumpe gelieferten Brennstoffmenge erfordert, kann die den Ventilhebel
26 belastende Feder infolge der Druckverminderung in der Kapsel 24 auf das
Ventil 17 eine Öffnungsbewegung übertragen. Der auf die Unterseite des Kolbens 12
wirkende Flüssigkeitsdruck' kann nun den Kolben in der Richtung der Verringerung
der Strömung hinter dem Absperrorgan g bewegen, bis der Zustrom des flüssigen Brennstoffes
den Umständen entsprechend eingestellt ist. Wenn infolge Schwankungen der Drehzahl
des Pumpenlaufrades 2 die von der Pumpe gelieferte Brennstoffmenge für irgendeine
bestimmte Stellung des Absperrorgans g sich ändert, dann wird die daraus sich ergebende
Änderung des auf die Membran 44 wirkenden Druckunterschiedes eine Bewegung des Ventils
42 zur Folge haben, um die zum Absperrorgan g gelieferte Brennstoffmenge auf einem
im wesentlichen konstanten Wert zu halten. Wie bereits erwähnt, hat die Beibehaltung
der Membran 33, wie sie in der gezeichneten Ausführungsform ersichtlich ist, den
Zweck, ein Ansteigen der Drehzahl der Kraftmaschine über einen ausgewählten oder
vorbestimmten Grenzwert zu verhindern, indem das Ventil 17 bei Überschreiten des
Grenzwertes geöffnet wird.
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Bei der in Fig.3 dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung
ist die allgemeine Anordnung derjenigen nach Fig. i ähnlich, und für ähnliche Teile
sind die gleichen Bezugszahlen benutzt. Aber die auf die Membran zur Drehzahlüberdachung
ausgeübte Druckdifferenz wird dadurch erhalten, daß das Laufrad der Kreiselpumpe
an verschiedenen radialen Stellen angezapft wird. Gemäß Fig. 3 enthält das Gehäuse
i das Pumpenlaufrad 2 auf einer Welle 3, wobei der Brennstoff der Mitte des Laufrades
durch einen Kana14 zugeführt und überschüssiger Brennstoff durch einen Kanal s zurückgeleitet
wird. Eine das Laufrad umgebende Kammer 6 steht durch eine Leitung 7 mit einem Durchgang
io in Verbindung, der durch ein Absperrorgan g überwacht wird, und von da mit einem
Auslaß 8, der mit dem Brenner oder den Brennern in der Brennkammer der Kraftmaschine
verbunden werden kann. Das Absperrorgan g ist mit einem Tauchkolben ii aus einem
Stück gefertigt oder an diesem befestigt. Der Tauchkolben ist mit einem in einem
Zylinder 13 gleitbar gelagerten Kolben 12 verbunden. Ein Kanal 14 verbindet das
untere Ende des Zylinders 13 mit der der Pumpe zugewandten Seite des Absperrorgans.
Das andere Ende des Zylinders 13 steht durch einen Kanal 15 mit dem Sitz eines Steuerventils
17 in Verbindung. Im Kolben 12 ist eine verengte Bohrung 18 zur Verbindung seiner
beiden Seiten vorgesehen, und das Ventil 17 wird von einem durch eine Feder 2o belasteten
Hebel ig getragen. Das Steuerventil 17 ist in einer Kammer 21 untergebracht, die
mit dem Pumpeneinlauf durch einen Kanal 22 verbunden ist. Die Kammer 21 enthält
eine luftleer gemachte Kapsel 23 und eine ähnliche zur Außenluft offene Kapsel
24. Der lange Arm 26 eines Winkelhebels ist zwischen den Kapseln angelenkt und steht
unter der Wirkung zweier gleichachsiger Federn 27 und 28, wobei die Feder 28 von
einem sich auf dem Kolben 12 abstützenden Bolzen 30 getragen wird. Der kurze
Arm 31 des Winkelhebels wirkt auf den Hebel ig des Steuerventils 17. Eine biegsame
Membran 33, die von einer einstellbaren Feder 34 belastet ist, trägt einen Bolzen
35, der auf den Hebel zg wirkt. Die Kammer 32 auf der einen Seite der Membran 33
ist durch einen Kanal 5o mit einer Kammer 51 verbunden. Diese Kammer steht mit einem
Kanal 52 in einer beweglichen Wand 53 in Verbindung, die einen Teil der einen Seite
der das Pumpenlaufrad 2 enthaltenden Kammer bildet. Der Kanal 52 führt zu einem
Durchgang 54 in der Wand, die mittels eines von Hand zu betätigenden Ritzels 55,
das in eine in der Wand 53 eingearbeitete Zahnstangenverzahnung 56 greift, in radialer
Richtung beweglich ist. Auf diese Weise kann durch radiale Verstellung der Wand
53 die Kammer 32 mit verschiedenen Druckzonen auf der Förderseite der Pumpe 2 verbunden
und so der Flüssigkeitsdruck auf die angrenzende
Seite der Membran
33 geändert werden. Dabei ist der auf die entgegengesetzte Seite der Membran wirkende
Druck derjenige des Pumpeneinlaufs, mit dem sie durch den Kanal 22 verbunden ist.
Diese Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die nach Fig. i, abgesehen
von der Art der Regelung des veränderlichen Drucks auf die Membran 33.
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Durch die Erfindung kann eine Förderpumpe für flüssigen Brennstoff
in Verbindung mit den angegebenen Regeleinrichtungen in einfacher und eng zusammengebauter
Ausführung hergestellt werden.