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Regelvorrichtung für die Brennstoffzuführung bei Gasturbinen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Zufuhr flüssigen Brennstoffes zu einer
Gasturbine, wobei die wirksame Förderung einer vom Triebwerk angetriebenen Pumpvorrich-@`
tung durch einen auf Druck ansprechenden Steuerkolben, der als Überström- oder IUebenschlußventil
-dient, -geregelt wird. Hierbei wird der wirksame Förderdruck auf die eine Seite
des Kolbens geleitet, während das gegenüberliegende Ende der Kammer, in der der
Steuerkolben arbeitet, mit dem Ende, dem der wirksame Förderdruck zugeführt wird,
durch eine Drosselstelle in Verbindung steht; außerdem steht die von dem durch die
Drosselstelle reduzierten Förderdruck beaufschlagte Steuerkammer des Überströmventils
mit einem Steuerkanal in-Verbindung, in dem der Druck in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen
des Triebwerks geregelt werden kann.
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Eine bekannte Pumpvorrichtung, dieser Art enthält eine Pumpe- mit
veränderlicher Fördeftnenge bei konstanter Drehzahl, die mit, vorzugsweise-. mehreren
in einem Kreis angeordneten, von einer verstellbaren Taumelscheibe angetriebenen
Pumpkolben arbeitet, wobei die Verstellung, der Taumelscheibe durch den Steuerkolben
erfolgt, und wobei das erwähnte entgegengesetzte. Ende der Kammer, in der der Steuerkolben
arbeitet, .eine Druckfeder enthält, die auf den Kolben wirkt.
Eine
andere Pumpenkonstruktion mit der erwähnten Wirkungsweise enthält eine Pumpe mit
konstanter Fördermenge bei konstanter Drehzahl mit einem: Überström- oder Nebenschlußventil;
in diesem Falle dient der Kolben als Überströmventil und steht nicht unter Federwirkung.
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In. jeder der beschriebenen Pumpvorrichtungen muß der Druck im Steuerkanal
vergrößert oder verkleinert werden, wenn die wirksame Förderung der Pumpe erhöht
oder erniedrigt werden, soll. Ferner ist jede dieser Formen einer Pumpvorrichtung
mit Einrichtungen zur Regelung der Brennstoffmenge zum Triebwerk bei einer- festgelegten
höchsten. Triebwerksdrehzahl versehen, damit ein Durchgehen des Triebwerks verhindert
wird, wobei diese Einrichtungen den Druck im Steuerkanal (oder auch in einem anderen"
dazu parallel verlaufenden Kanal) regeln. Bei einer Pumpvorrichtung der erstgenannten
Art (veränderliche Fördermenge bei konstanter Drehzahl) und verstellbarem Taumelscheibenantrieb
ist es bekannt, den Druck im Steuerkanal (oder in einem der Steuerkanäle) mittels
eines Gemischreglers (d. h. einer Vorrichtung zur Regelung des Verhältnisses von
Brennstoff und Luft) zu steuern, in welchem die geförderte Brennstoffmenge durch
eine veränderliche Drossel fließt. Dabei ist der Gemischregler so eingerichtet,
daß ein Druckunterschied zwischen der Einlaß- und Auslaßseite der Drossel hergestellt
wird, ohne daß die Drossel selbst durch diesen Druckunterschied- beeinflußt wird;
dieser Druckunterschied wird zur Betätigung, des Ventils- benutzt, während die Drossel
unter der Wirkung des Verdichtungsdrucks des Verdichters des Triebwerks betätigt
wird.
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Die Erfindung hat die Aufgabe,.' eine Vorrichtung zu schaffen, durch
die der Verdichter des Triebwerks davor bewahrt wird, im instabilen Bereich des
Pumpens zu arbeiten, wodurch das Triebwerk infolge Erlöschens der Flamme schließlich
stehenbleiben kann, wenn bei durch das Pumpen verringerter Luftmenge die Brennstoffzufuhr
zwecks Beschleunigung plötzlich gesteigert wird oder wenn infolge zu geringer Dichte
der vom Verdichter angesaugten Luft das Verhältnis von Brennstoff zu verdichteter
Luft zu groß werden würde. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß neben
bekannten oder den Gegenstand anderweitiger, älterer Vorgchlägie bildenden Funktionselementen
eine Kombination an sich bekannter oder bereits anderweitig vorgeschlagener Merkmale
benutzt, die sich im Betrieb großenteils selbständig aufeinander abstimmen. Es sind
dies im wesentlichen die folgenden Funktionselemente: a) .Die Förderung- der Pumpe
wird den Brennern durch zwei Regelvorrichtungen zugeleitet: einen Gemischregler,
der das Verhältnis von Brennstoff zu Luft in Abhängigkeit vom- Verdichtungsdruck
(bzw. von einem Bruchteil oder auch einem Vielfachen dieses Drucks) regelt, und
einen Mengenregler, der eine vorbestimmte Brennstoffmenge einstellt, -die für. -die
gewünschte Triebwerksdrehzahl erforderlich ist sowie diese Menge so abändert, daß
beispielsweise Veränderungen in der Dichte der Umgebungsluft, aus der der Verdichter
ansaugt, ausgeglichen werden.
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b) Der volle Förderdruck der Pumpe beaufschlagt eine veränderliche
Drosseldes Gemischreglers, die in .Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck eingestellt
wird. Durch den entstehenden Druckunterschied wird- ein zweites Nebenschlußventil
zwischen dem Pumpeneinlaß und einem Steuerkanal betätigt, der zu derjenigen Fläche
eines die Pumpenförderung regelnden Steuerkolbens führt, die dem von der unveränderlichen
Drosselstelle reduzierten Förderdruck ausgesetzt ist. Die hierdurch bewirkte Verschiebung
"des Steuerkolbens, der als erstes Nebenschlußventil ausgebildet ist, beeinflußt
die Pumpenförderung.
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c) Die Pumpenfördermenge strömt weiter durch eine veränderliche Drossel
des Mengenreglers, die von einer barometrischen Druckdose in Abhängigkeit vom Ansaugdruck
des Verdichters verstellt wird. Der hierdurch geschaffene Druckunterschied betätigt
ein drittes Nebenschlußventil zwischen dem Pumpeneinlaß und dem erwähnten Steuerkanal,
um so den als erstes Nebenschlußventid dienenden Steuerkolben in Abhängigkeit vom
Ansaugdruck des Verdichters zu verstellen und die Förderung der Pumpe entsprechend
zu verändern.
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d) Schließlich wird das dritte Nebenschlußventil noch durch ein handbetätigtes
Brennstoffventil beeinflußt, wodurch die Verschiebung des Steuerkolbens zur Regelung
der Pumpenförderung angehalten wird, wenn während einer Beschleunigung des Triebwerks
die Brennstoffmenge, die der gewünschten Drehzahl entspricht, oder der von der Druckdose
veränderte Druckabfall erreicht ist. Auf diese Weise wird unter anderem das Triebwerk
sowohl davor bewahrt, daß die gewünschte Drehzahl überschritten wird, als auch davor,
daß der Verdichter im instabilen Bereich des Pumpens arbeitet, wenn bei plötzlichem
öffnen des Brennstoffventils auf einmal zuviel Brennstoff zugeführt wird.
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Bei zu plötzlichem Anstieg der Brennstoffzufuhr nimmt das Brennstoff-Luft-Verhältnis
in der Brennkammer zu. Dies führt zu einem schnellen Anstieg der Temperatur. Die
Turbine am Auslag der Brennkammer besitzt bekanntlich nur eine begrenzte Schluckfähigkeit,
d. h., es kann nur ein begrenztes Volumen durchgesetzt werden, dessen Größe durch
das Erreichen der Schallgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Eintrittsleitkanäle
der Turbine gegeben ist. Der plötzliche Temperaturanstieg in der Brennkammer führt
zu einer starken Expansion der Gasmassen, "die von der Turbine aus den obenerwähnten
Gründen nicht verarbeitet werden können. Daher steigt der Druck in der Brennkammer
wegen der drosselnden Wirkung der Turbine auf .einen Wert, der über dem Auslaßdruck
des Verdichters liegt. Dadurch kehrt sich die Luftströmung im Verdichter teilweise
oder ganz um, ein instabiler Zustand, der als Pumpen bezeichnet wird. Dieses Zusammenbrechen
der Luftströmung erzeugt aber hohe Temperaturen in
der Brennkammer
und der Turbine, die sehr ge= fährlich sind und bei längerer Dauer das. Triebwerk
zerstören .können.
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In diesem Fall läßt der Mengenregler anfänglich die Brennstoffzufuhr
zum Triebwerk schnell bis zu einem Punkt anwachsen, an dem der Gemischregler die
Regelung übernimmt. Der Gemischregler regelt die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit
von einem Vielfachen oder einem Bruchteil des Verdichtungsdruckes des Verdichters.
Beide Einrichtungen arbeiten unabhängig voneinander. Schließlich kann die Einrichtung
.zur Regelung der Brennstoffzufuhr bei festgelegter Höchstdrehzahl des Triebwerks
die Aufgabe übernehmen, ein Durchgehen des Triebwerks zu verhindern.
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Neben dieser Aufgabe, ,eine Brennstoffmenge einzustellen, die für
eine angestrebte höhere Drehzahl des Triebwerks erforderlich ist, dient der Mengenregler
dazu,. Veränderungen in der Dichte der vom Verdichter angesaugten Umgebungsluft
zu kompensieren, was insbesondere dann von Wichtigkeit ist, wenn das Triebwerk zum
Antrieb von Flugzeugen dienen soll, die auch bei großer Flughöhe in entsprechend
dünner Luft einwandfrei arbeiten müssen.
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Gemischregler und Mengenregler sind mit der Pumpe in Reihe angeordnet.
Jede -dieser Vorrichtungen beeinflußt die wirksame Pumpenförderung über ein Ventil,
das den Druck im Steuerkanal ver= ändert, so daß der Steuerkolben verstellt wird,
der die effektive Fördermenge der Pumpe beeinflußt, sei es durch Rückleitung eines
Teils der Pumpenförderung zu ihrer Saugseite (bei Pumpen mit konstanter Fördermenge
bei gegebener Drehzahl) oder durch Verstellung des Pumpenantriebs (bei Pumpen mit
veränderlicher Fördermenge bei konstanter Drehzahl). Letzten Endes dienen also beide
Vorrichtungen, Gemischregler und Mengenregler, einer Regelung des Verhältnisses
von Brennstoff und Luft, ihre verschiedenen Namen sind aber durch die verschiedene
Art ihrer Wirkungsweise voll gerechtfertigt. Im übrigen sind Einrichtungen mit ähnlicher
Zielsetzung teils bekannt, teils anderweitig .vorgeschlagen worden, bei denen nur
ein Gemischregler, aber kein Mengenregler vorhanden ist.
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. Die. Pumpenfördermenge wird erst dem Gemischregler zugeführt, wo
eine Korrektur der Fördermenge in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck des Verdichters
vorgenommen wird. Danach wird sie aus dem Gemischregler in den Mengenregler geleitet,
wo die.weitere Korrektur in Abhängigkeit vom Ansaugdruck (d. h. also vor allem.
von der größeren oder geringeren Dichte der Ansaugluft) erfolgt.
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In den Zeichnungen wird die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführung
erläutert. ' Fig. i ist eine Schemazeichnung einer Anlage mit einer Brennstoffpumpe,
einem Gemisclhregler und einem Mengenregler nach der Erfindung; Fig.2 zeigt schematisch
eine Pumpe für konstante Fördermenge in Kombination mit einer Form eines Gemischreglers
zur Förderung des Brennstoffes zu dem Mengenregler, der in Fig. 6 dargestellt ist;
Fig. 3 ist ein Kurvenschaubild zur Erläuterung der Arbeitsbedingungen der= Kombination
nach Fig.. 2 ; Fig. 4 zeigt schematisch eine ähnliche. Einrichtung wie Fig.2, aber
mit einer anderen Ausfüh,-rungsart des Gemischreglers; Fig. 5 ist ein Kurvenschaubild
für die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 4; Fig. 6 zeigt schematisch einen
Mengenregler zur Verwendung 'mit einer der Einrichtungen nach Fig. 2 oder 4.
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In Fig. i ist A eine vom Triebwerk angetriebene Pumpvorrichtung, B
ein Gemischregler und F ein Mengenregler. Die verschiedenen Einrichtungen und ihre
Verbindungen werden im folgenden beschrieben. Außerdem zeigt die Fig. i ganz schematisch
einen Verdichter P des Triebwerks, einen Brennstofftank T, ein Brennstoffilter
M, einen Zündbrenner I und einen Brenner N.
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Nach der Fig. 2 hat die Pumpe einen Läufer i i, der gleichachsig fest
auf der angetriebenen Welle i2 sitzt, wobei die beiden Teile gesondert hergestellt,
aber durch eine Verzahnung 13 miteinander gekuppelt sind. Der Läufer besitzt eine
Bohrung, die-ebenfalls gleichachsig zu der Welle verläuft. In der Bohrung liegt
ein Kern 14, der an einem Ende mit dem Pumpengehäuse 15 fest verbunden ist. Der
Läufer hat radiale Bohrungen 16, in denen Kolben 17 angeordnet sind. Die
Kolben 17 sind an ihren -äußeren Enden durch Querbolzen i9 mit Gleitstücken 18 verbunden,
die in gleitender Berührung mit einer Bohrung 2o des Pumpengehäuses stehen. Diese
Bohrung liegt, ausmittig zu der Achse der Welle 12. Wenn also die Welle 12 in Drehung
versetzt wird, so lassen die Gleitstücke 18, indem sie in der Bohrung 20 umlaufen,
die Kolben 17 .in den Radialbohrungen 16 - des Läufers hin und her gehen. .
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Der Brennstoff wird aus dem -Tank in einer Leitung 21 zu einem Saugkanal
22 im Kern 14 gefördert. Von hier tritt er durch Öffnungen 23 in die radialen Bohrungen
16 ein, wenn die Kolben 17 in ihrer äußersten Stellung stehen: Bei der Drehung
des Läufers und dem hierdurch bewirkten Rückgang der Kolben wird der Brennstoff
durch andere Öffnungen 24" in einen Druckkanal 24 im Kern und von hier zu einer
Druckleitung 25 gefördert.
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Innerhalb des Pumpengehäuses 15 befindet sich ein Kanal 26, der (wie
gestrichelt angedeutet ist) mit dem Förderkanal 24 in Verbindung steht. 'Er enthält
einen Ventilkolben 27, der durch 'eine Feder 28 gegen den Druck in der Förderleitung
gehalten wird. Über den Kanal 26 kann der Förderdruck auf die Fläche 29 eines beweglichen
Ventilgliedes 3o einwirken.
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Wenn die Pumpenförderung einen festgelegten Druck erreicht, öffnet
sich das Ventil 27, um durch eine seitliche Öffnung Brennstoff durchzulassen, der
auf eine Ringfläche 29 einwirkt, die an dem beweglichen Glied 3o eines Nebenschluß-
oder Überströmventils vorgesehen ist. Der Förderkanal 24
steht außerdem
über einen Kanal 3i,, der eine-Verengung 32 aufweist, . mit einem Kanal. 33 in -Verbindung,
der zu der entgegengesetzten Endfläche 34 des Überströmventilgliedes 3o führt. Dadufch
entsteht beim Steigen des Drucks im Förder= kanal 24 über einen festgelegten Wert
hinaus; wie weiter unten beschrieben wird, ein Druckabfall in der Verengung 32,
durch den das Überströmventilglied 3o bewegt wird, so daß, sich die Größe der seitlichen
Öffnung 27d bzw. die freie Höhe des Querschnitts des Ringkanals 27Q ändert, über
die bzw. den der Druckkanal 26 mit dem -Einlaßkanal 22 verbunden ist.
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Dazu kann das Ventilglied 3o an seinem oberen Ende hohl und mit V-förmigen
Zacken 35 versehen sein, zwischen denen Lücken liegen, die bei geeigneter Bewegung
des Gliedes 3o die Nebenschlußverbindung 27Q zwischen den Kanälen 26 und 22 herstellen.
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Wie die gestrichelten Linien andeuten, stehen die Kanäle 26 und 22
nicht miteinander in Verbindung. Nur wenn der Förderdruck im Druckkanal 24 ein festgelegtes
Maß überschreitet, wirkt er über den Kanal 26 und das Ventil 27 auf 'die Fläche
29 des Steuerkolbens 3o ein, den er nach unten drückt. Bei hinreichender Verschiebung
des Steuerkolbens 30 kann dann die Druckflüssigkeit aus dem Kanal 26 über
den Ringkanal 2,7" an den Zacken 35 des Überströmventilkolbens 30 vorbei
zeitweilig zum Ansaugkanal-22 der Pumpe zurückfließen.
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Die Pumpe fördert nun durch die Leitung 25 in eine Kammer 36 des Gemischreglers.
Diese Kammer steht in Verbindung mit einer Leitung 37, die normalerweise offen ist,
aber nur soweit es ein Ventilglied 39 gestattet, das in Abhängigkeit von einem Teil
oder Vielfachen des Verdichtungs=-drucks beweglich ist. Das Ventilglied 39 ist im
wesentlichen zylindrisch, sitzt.gleitend in der Ver= engung 38 und ist beiderseits
ausgefräst, so daß gekrümmte Flächen 39" entstehen, deren axiale Lage in
der Verengung den wirksamen Durchflußquerschnitt durch diese regelt. Somit stellt.die
Verengung 38 mit dem Gleitglied 39 eine veränderliche Drossel dar, durch die ein
Druckabfall entsteht. Durch die Ausfräsungen entsteht oben am Ventilglied 39 ein
gegabeltes Ende. An einem Bolzen 4o, der die beiden Gabelenden verbindet, ist'das
eine Ende einer Feder 41 befestigt, deren anderes Ende an einem Hebel 42 hängt,
der weiter unten beschrieben wird. Das Ventilglied 39 ist mit einem Kolben 43 fest
verbunden, der in einem Zylinder 44 läuft, der sich im Gehäuse 45 des Gemischreglers
B-befindet. Der Kolben hat eine enge Durch trittsöffnung, die bei 46 angedeutet
ist. Eine Bewegung des Kolbens 43 ruft eine Bewegung des Ventil= 'gliedes 39 in
der Drossel 38 hervor und verändert darriit den wirksamen Querschnitt der Drossel
und dadurch auch den Druckabfall von der Kammer 36 zur Leitung 37. Dieser Druckabfall
wird, wie weiter unten noch beschrieben wird,, in der Folge wiederhergestellt. Der
durch die Durchtrittsöffnung 46 hindurchtretende Brennstoff füllt den Zylinder 44.
Dieser hat einen mit dem Kanal 36 nicht verbun--.denen Auslaß 47, der durch eine
noch zu beschreibende, veränderlich geregelte Ventilöffnung 48 mit der Leitung 37
in Verbindung steht.
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Der Druckabfall über die veränderliche Drossel 38, 39 wird durch Kanäle
49, 5o den gegenüberliegenden Flächen eines Kolbens 51 mitgeteilt, der in einem
ringartigen Zylinder 52 arbeitet. Der Kolben 5 z ist mit einer elastischen Membran
53 fest verbunden, die zwischen der benachbarten Endfläche des Zylinders 52 und
dem unterbrochenen Randflansch 54 .eines glockenförmigen Gliedes 55 eingespannt
ist, das im Gehäuse 45 festsitzt. Der Kolben 5 r ist durch eine Feder 56 belastet,
um den Druckunterschied auszugleichen, wenn dieser einen festgelegten Wert hat.
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Wenn das Brennstoffventil plötzlich geöffnet wird, um das Triebwerk
zu beschleunigen, so besteht Gefahr, daß zuviel Brennstoff zugeführt wird und der
Verdichter in den instabilen Bereich des Pumpens gerät: Um das zu verhindern, ist
Vorsorge getroffen, daß die auf eine plötzliche Öffnung des Brennstoffventils folgende
Brennstoffzufuhr zu den Brennkammern von einem festgelegten Bruchteil oder Vielfachen
des Verdichterdrucks geregelt wird.
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Wie die Fig. 2 schematisch zeigt, geschieht das, indem man den Verdichtungsdruck
durch einen Kanal 57 in eine Kammer 58 leitet, in der sich eine Druckdose 59 befindet.
Wenn- daher der Verdich-. tungsdruck infolge Öffnung des Brennstoffventils zu steigen
beginnt, so wird die Dose zusammengedrückt. Dadurch dreht sich der Hebel 42 um seinen
Lagerzapfen 6o im Gehäuse 45, und der Spalt zwischen einem halbkugeligen Ventilglied
61 und der Ventilöffnung 48 wird größer. Dies erniedrigt den- Druck -in der Kammer
44, so daß der Kolben 43 unter der Wirkung des Druckes in -der Kammer 36 entgegen
der Kraft der Feder 41 niedergehen kann. Dieses Niedergehen des Kolbens 43 und des
daransitzenden Ventilgliedes 39 vergrößert den wirksamen Querschnitt der Drossel
38,-39 entsprechend' der Zunahme des Verdichtungsdrucks.
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Mit dem Niedergehen des Kolbens 43. nimmt auch die Zugspannung in
der Feder 4a zu. -Dadurch wirkt eine Kraft auf den Hebel 42 ein, durch die die Spaltgröße
zwischen dem halbkugeligen Ventilglied 61 und der Ventilöffnung 48 verkleinert wird,
wobei sich das Ventilglied 39 in einer neuen Lage befindet, bei der der wirksame
Querschnitt der Drossel 38, 39 vergrößert ist.
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Gleichzeitig wird durch diese weitere Eröffnung der Drossel 38, 39
allmählich der Druckabfall in der Drossel verringert, der sich vergrößert hatte,
sobald das Brennstoffventil des Trieb-Werks geöffnet wurde. Der neue Druckabfall
wird durch- die Kanäle 49, 5o zu dem Kolben 51 geleitet, der über einen Stößel 62
und einen bei 64 an dem glockenförmigen Glied 55 angelenkten Arm 63 ein halbkugeliges
Ventilglied 65 gegen seine geschlossene Stellung hinbewegt. Das Ventilglied 65 ist,
wenn sich die Drehzahl des Triebwerkes nicht ändert; geschlossen, wird aber durch
den Druckabfall zu beiden Seiten der ' Drossel. 38, 39
geöffnet,
wenn das Triebwerk stark beschleunigt wird, und wird hinterher wieder gegen die
geschlossene Stellung bewegt, sowie der verminderte Druckabfall den Kolben 51, wie
oben beschrieben, verschiebt.
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Der Arm 63 steht außerdem unter der Wirkung einer Feder 66, die mittels
einer Schraube 67 eine Einstellung der Feder 56 ermöglicht.
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Wenn der Arm 63 das Halbkugelventil 65 nach seiner geschlossenen Stellung
hin bewegt, so verengt sich damit eine Ventilöffnung 68, wodurch ein von dem Raum
unterhalb des beweglichen Ventilgliedes 3o des Überströmventils über einen Steuerkanal
ioo zu der Pumpenspeiseleitung 21 führender Nebenweg teilweise abgesperrt wird.
Dadurch steigt der Druck unter dem Überströmventilglied 30 und bewegt dieses
allmählich nach oben, so daß die Überströmöffnung 27a zwischen dem Kanal 26 und
der Ansaugleitung 2i verkleinert wird. Auf diese Weise wird ein allmählich größerer
Teil der Pumpenförderung durch die Leitung 25 geleitet und wirkt im Sinne einer
Wiederherstellung der zuvor eingestellten Druckdifferenz an der Drossel 38, 39.
Unter diesen Bedingungen wird die Brennstoffzufuhr .zur Leitung 37 so geregelt,
daß ein Brennstoffluftverhältnis aufrechterhalten wird, welches das Triebwerk dauernd
unterhalb der Pumpgrenze arbeiten läßt. Der vorbestimmte Druckunterschied zu beiden
Seiten der Drossel 38 wird nur dann voll wiederhergestellt, wenn sich das Triebwerk
auf die gewählte Drehzahl beschleunigt hat, wie weiter unten beschrieben wird.
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Der linke Arm des Hebels 42 wird nicht nur durch die Feder 41 abwärts
gezogen, sondern auch durch eine bei 71 einstellbar angehängte Feder 71 nach oben
gezogen, wodurch die Kraft der Feder 41 eingestellt werden kann.
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Diese Arbeitsbedingungen werden durch das Schaubild der Fig.3 veranschaulicht,
in dem die Brennstoffmenge (beispielsweise in Litern je Stunde) über dem Verdichtungsdruck
aufgetragen ist. Dieser Verdichtungsdruck ist natürlich bei jeder gegebenen Höhe
von der Triebwerksdrehzahl abhängig. Die Kurven C und D stellen die Betriebskennlinie
bzw. die Pumpgrenze des Triebwerks in Meereshöhe dar. Man erkennt, daß im unteren
Drehzahlbereich, d. h. bei einem geringen Verdichtungsdruck, ein plötzliches Öffnen
des Brennstoffventils dieZufuhr einer so großenBrennstoffmenge (d. h. eine Steigerung
bis zu der Linie, die die maximale Fördermenge der Pumpe angibt) herbeiführen würde,
daß die Pumpgrenze erreicht wird, bevor sich das Triebwerk genügend beschleunigen
könnte, um die Förderung des Verdichters zur Verbrennung des vermehrten Brennstoffes
hinreichend zu vergrößern. Die Regelung nach der Erfindung wird durch die Linie
E veranschaulicht. Man erkennt, daß die vermehrte Brennstoffzufuhr, die sich aus
einem plötzlichen Öffnen des Brennstoffventils ergibt, auf einen Wert herabgesetzt
wird, der unterhalb der Pumpgrenze bleibt.
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. Von mittleren Drehzahlen, d. h. mittleren Verdichtungsdrücken an,
steigt die Kurve D steil an. Um auch bei solchen Drehzahlen hohe Beschleunigungen
erreichen zu können, ist Vorsorge getroffen, daß das Ventilglied 39 in diesem Drehzahlbereich
eine Stellung einnimmt, in der die Drossel 38, 39 dem Brennstofffluß zur. Leitung
37 einen kleinsten Widerstand entgegensetzt, so daß also der Druckunterschied zu
beiden Seiten der Drossel auf den Wert absinkt, bei( dem sich das Ventil 65, 68
schließt. Dies wird durch den steileren Teil der Linie E veranschaulicht.
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Um zu verhindern, daß die Brenner mehr Brennstoff erhalten als das
Triebwerk bei einer festgelegten Höchstdrehzahl braucht, ist mit der Pumpenwelle
12 eine Scheibe 72 durch Kugeln 73, die in Winkelabständen um die Welle herum verteilt
sind und in Längsnuten von Welle und Scheibe eingreifen, drehfest verbunden. Der
Raum zwischen den Kugeln 73 steht durch einen Kanal 74 mit der Speiseleitung
21 zur Pumpe in Verbindung. Diese Verbindung geht über eine Membrankammer 75, einen
freien Raum 76, eine Kammer 77 und einen Kanal 78. Die Scheibe 72 hat radiale
Bohrungen 79, in denen durch die Fliehkraft ein Druck erzeugt wird, der durch eine
Ringnut 8o im Pumpengehäuse 15 und einen Kanal 81 in die gegenüberliegende Membrankammer
82 weitergeleitet wird.
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Die die beiden Kammern 77 und 82 scheidende Membran 83 steht unter
Spannung durch eine Zugfeder 84, die bei 85 einstellbar angehängt ist. Eine Druckfeder
86 spannt einen bei 88 drehbar gelagerten Hebel 87, so däß ein Ventil 89 in ebnem
Kanal 9o geschlossen wird. Dieser Kanal 9o zweigt von dem Kanal 31 ab, in dem die
Drosselstelle 32 liegt. Wenn Gefahr besteht, daß das Triebwerk durchgeht und der
Druckunterschied in den Merribrankammern 77 und 82 ein festgelegtes Maß überschreitet,
wie es durch die Feder 84 vorgegeben wird, dreht ein Stößel 9i, der an der Membran
83 anliegt, den Hebel 87, so daß sich das Ventil 89
öffnet und einem
Teil des Brennstoffs in der Leitung 33 durch die Kammer 77 und den Kanal 78 den
Weg zur Saugleitung zurück freigibt. Dadurch vermindert sich der Druck unter dem
Überströmventil 30, so daß ein größerer Teil der Pumpenförderung in die Ansaugleitung
zurückfließen kann. Hierbei wird also die Brennstoffmenge nur durch die Pumpendrehzahl
geregelt, wobei die Vorrichtung zur Regelung des Verhältnisses von Brennstoff und
Luft ausgeschaltet ist. Der vorher beschriebene Gemischregler B, der nur in Abhängigkeit
vom Verdichtungsdruck arbeitet, wirkt in großen Höhen nicht zufriedenstellend, da
der Gemischregler die Drehzahl der Maschine begrenzt: Dies wird aus der Fig. 5 deutlich,
in der die Kurven C und D` bei einer gewissen großen Höhe den Kurven C und D von
Fig.3 entsprechen. Die Kurve E wird durch die Kurve C geschnitten. Man kann also
die Triebwerksdrehzahl nicht über den Wert steigern, der dem Schnittpunkt der beiden
Kurven entspricht. Mit zunehmender Höhe muß man also die Kurve E verändern, indem
man ihren steilen Anstieg näher an den Ausgangspunkt verlegt, so daß sie zwischen
den Kurven C und D'
verläuft, wie es das Schaubild darstellt. Man
kann das durch die in Fig. 4 dargestellte auf Druck ansprechende Anordnung erreichen,
mit der die Vorrichtung zur Regelung des Verhältnisses von Brennstoff und Luft in
Abhängigkeit von dem Druckverhältnis des Verdichters wirksam werden kann.
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Die auf Druck ansprechende Anordnung der Fig. 4 enthält eine Druckdose
12o, die mit einer zweiten, kleineren Dose 122 einen Boden 121 gemeinsam hat. Die
zweite Dose ist luftleer gemacht. Der Boden 121 trägt ein bewegliches Ventilglied
i23, das bei festgelegtem Druckverhältnis den Auslaß einer Venturidüse 124 verschließt,
die sonst eine Verbindung zwischen dem Innern der Dose 12o und dem Verdichterauslaß
durch einen Kanal 125 herstellt. Der engste Querschnitt der Venturidüse steht mit
einem Ringraum 126 in Verbindung, der andererseits durch einen Kanal 128 mit der
Kammer 58 in Verbindung steht. Wenn also das Ventil 123 offen steht, so wird der
statische Druck im engsten Querschnitt der Venturidüse zur Kammer 58 weitergeleitet.
Ist es aber geschlossen, so wird "der Verdichterenddruck in die Kammer 58 geleitet.
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Der Druck aus dem Kanal 125 wird außerdem über ein einstellbares Nadelventil
12,7 zu den Außenflächen der Dosen 12o und 1.22 geführt, so daß derDruck inderdieD6senumgebendenKammer
auf das Dosenpaar in Richtung auf ein Schließen des Ventils 123 einwirkt. Die Luft
dringt nach dem Durchströmen des Nadelventils--x,;27 . durch eine verengte Öffnung
129 auch in das Innere der Dose 120 ein, die über einen Kanal 130 mit der Ansaugseite
des Verdichters in Verbindung steht.
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Während einer starken Beschleunigung des Triebwerks nimmt das Druckverhältnis
des Verdichters mit der Drehzahl zu. Während das Ventil 123 offen steht, wird ein
niedrigerer Druck als der Verdichtungsdruck aus dem engsten Querschnitt der Venturidüse
124 in die Kammer 58 geleitet. Dieser niedrigere Druck ist so bemessen, daß dauernd
eine Brennstoffmenge fließt, die unterhalb der Pumpgrenze des Triebwerks liegt.
Gleichzeitig wirkt ein verminderter Wert des Verdichtungsdrucks auch auf das Äußere
des Dosenpaares 120, 122 ein, und bei einem Wert des Verdichter-Druckverhältnisses,
bei dem ein plötzliches Ansteigen der Brennstoffzufuhr noch kein Pumpen des Verdichters
hervorruft, schließt dieser Druck das Ventil 123.
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Wenn sich das Ventil 123 schließt, steigt der Druck in der
Kammer 58 auf den tatsächlichen Wert des Verdichterenddruckes an, da die Luftströmung
in der Venturidüse zum Stillstand kommt, dadurch die Drossel 38, 39 weiter öffnet
und infolgedessen eine vergrößerte Brennstoffzufuhr zum Triebwerk hervorruft.
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Da sich das Ventil 123 unter dem Einfluß des Verdichter-Druckverhältnisses
sdrlzeßt, das seinerseits von _der Triebwerksdrehzahl abhängt, wird sich die relative
Lage der Kurve E, die von der Triebwerksdrehzahl abhängig ist, zu der Kurve, die
die Pumpgrenze kennzeichnet und die ebenfalls von der Triebwerksdrehzahl abhängig
ist, bei keiner Höhe ändern.
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Will man den Gemischregler an irgendein gegebenes Triebwerk anpassen,
so kann man das Nadelventil i27 so einstellen, daß sich das Ventil 123 bei einem
passenden Druckverhältnis des Verdichters schließt.
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Der Brennstoff in der Brennstoffleitung 37 wird dem Mengenregler F
zugeführt;-der in Fig.6 erläutert ist. Hierin wird die Zufuhr zu den Brennern durch
eine in einem Kanal Zoo angeordnete, vom Luftdruck gesteuerte Drossel gor geregelt,
um höhebedingte Veränderungen im Druck der Ansaugluft für den Verdichter auszugleichen.
Aus der Leitung 37 strömt der Brennstoff durch eine Drossel toi in den Kanal Zoo.
Die Drossel besteht aus einem Zylinder mit schraubenförmig angeordneten Austrittsöffnungen.
In den Weg des Brennstoffs zur Drossel sind zweckmäßmg ein Filter 2o2 und ein leicht
belastetes Rückschlagventil 203 eingeschaltet. Der Druckabfall über Drossel,
Filter und Rückschlagventil wird durch Kanäle 204 und 2o5 den beiden Seiten einer
Membran 2o6 zugeführt, an deren. festem Mittelstück 2o7 die einander gegenüberstehenden
Enden zweier Stößel2o8 und 209 anliegen, die weiter unten beschrieben werden.
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Die obere Seite der Membran 2o6 erhält über den Kanal 204 den vollen
im Kanal 37 herrschenden Druck, während der ihrer Unterseite durch den Kanal2o5
zugeführte Druck an dem Rückschlagventil 203, dem Filter 202 und der Drossel
toi bereits Druckabfälle erlitten hat. Der Kanal 204 zur Oberseite der Membran kreuzt
den waagerechten Teil des von der Drossel zum Kanal 200 führenden Kanals in einer
anderen Ebene, wie die Strichelung andeutet. .
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Der Handhebel ist bei 21o angedeutet, der mit einem Ventilglied (Küken)
211, das mit Längsnuten versehen ist, fest verbunden ist. Das Ventilglied 211 kann
sich in einer drehbaren Muffe 212 mit zwei im Winkel zueinander stehenden Öffnungen
2i3 und 214 drehen. Wenn der Handhebel 21o in der Figur im Uhrzeigersinn gedreht
wird, um die Brennstoffmenge entsprechend einer gewünschten höheren Drehzahl zu
vergrößern, so geben die Dichtungsleisten 215 und 215" des Kükens 211 die
Öffnungen 213 und 214 frei, so daß Brennstoff aus der Leitung 37 durch einen Kanal
216 und die Öffnung 213 fließt. Damit wirkt der Brennstoffdruck auf den Boden des
Kolbens 217 und hebt diesen entgegen einer Feder 2i8, die normalerweise dem auf
die Membran 2o6 wirkenden Druckunterschied das Gleichgewicht hält. Während sich
der Kolben nach oben bewegt, entweicht der über dem Kolben vorhandene Brennstoff
durch die Öffnung 214 in der Muffe 212 in* deren Innenraum und dann durch einen
radialen Kanal 222 in einen axialen Kanal des Kükens 211, der mit einem Kanal 223
in Verbindung steht, der zurück in die Pumpenansaugleitung 21 führt.
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Wenn der Kolben 217 angehoben wird, verstärkt er den Druck der Feder
218, und der Federteller 219 drückt über den Stößel 2o8 die Membran 2o6
nach
oben durch. Gleichzeitig wird durch eine Verzahnung, die aus ständig im Eingriff
stehenden Zähnen 22o am Kolben und den Zähnen eines Segments 2,2,1 an der Muffe
212 besteht, die Muffe gedreht und die Öffnungen 2i3 und 214 in dieser durch die
Abschlußleisten 215 und 215" wieder geschlossen.
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Die Bewegung der Membrän 2o6, die durch die Hebung des Kolbens 217
verursacht wird, wird auf den Stößel 2o9 übertragen, der ein Halbkugelventil 224,
das bei konstanter Drehzahl des Triebwerks offen ist, so bewegt, daß eine in die
Leitung ioo mündende Öffnung 225 geschlossen wird.. Hierdurch nimmt der auf die
Fläche 34 des überstrÖmventils 30 wirkende Druck und damit auch die Fördermenge
der Pumpe zu. Daraufhin beschleunigt sich das Triebwerk, bis die Förder-. menge
der Pumpe so groß wird, daß der über den Kanal 204 auf die Membran 2o6 wirkende
Druck die Kraft der Feder 2i8 genügend überwindet, um das Ventil 224, 225 sich öffnen
zu lassen. Dadurch kann die ganze Brennstoffmenge durch die Verengung 32 und durch
das Ventil 224, 225 zur Saugleitung 21 der Pumpe entweichen, so daß der Druck auf
die Fläche 34 des Überströmventilgliedes 30 erhaltenbleibt. Die Bewegung
des Kolbens 30 kommt zum Stillstand, wenn er sich in der Stellung befindet,
in der die Brennstoffmenge erreicht ist, die erforderlich ist, um das Triebwerk
auf der gewählten Drehzahl zu halten.
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Der Mengenregler besitzt auch eine barometrische Druckdose 226, die
durch ein Loch 227 in ihrem Gehäuse 228 dem umgebenden atmosphärischen Druck oder
dem Ansaugdruck des Verdichters ausgesetzt ist. Innen enthält die Dose Luft von
einem festgelegten Druck.
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In Meereshöhe wird die Dose durch eine Feder 229 in einem verhältnismäßig
zusammengedrückten Zustand gehalten. Diese Feder stützt sich auf ein kolbenartiges
Glied 23o, das unten in eine zylindrische Hülse 231 übergeht. In Meereshöhe wird
diese Hülse durch eine Feder 5oo in ihrer obersten Lage gehalten, in der sie die
meisten Öffnungen der Drossel 2oi offen läßt. Innerhalb der Hülse befindet sich
eine Drosselstelle 232, durch die Brennstoff aus der Leitung 37 auf ein Nadelventil
233 einwirkt, so daß dieses angehoben wird und eine Überströmöffnung durch die Kanäle
234-235 und 235a zurück zur Pumpenspeiseleitung 21' entsteht.
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Mit zunehmender Höhe bewegt die Dose 226 das Nadelventil 233, um die
Überströmöffnung zu schließen. Infolgedessen fließt der durch die Drosselstelle
232 eintretende Brennstoff durch einen Kanal 236 und wirkt auf eine Ringfläche 237,
so daß das kolbenartige Glied 230 entgegen der Feder 5oo niedergedrückt wird.
Die Abwärtsbewegung des Gliedes 230 sperrt nach und nach eine geeignete Anzahl
der Öffnungen in der Drossel 201 ab, so daß der Druckunterschied vor und hinter
der Drossel größer wird. Dieser vergrößerte Druckunterschied wirkt auf die Membran
2o6 und verschiebt das Halbkugelventil 224 in die öffnungs-Stellung, so daß Brennstoff
aus der Leitung ioo durch die Öffnung 225 des Ventils 22q. und durch einen Kanal
235a in die Pumpenspeiseleitung 21 eintreten kann. Auf diese Weise wird der Druck,
der durch die Leitung ioo auf den Boden des Überströmventils 30 wirkt, erniedrigt,
dieses geht nach unten und läßt einen größeren Teil der von der Pumpe geförderten
Menge zu ihrer Ansaugseite zurückfließen. Dies vermindert den Brennstofffluß durch
-die Leitung 37 zur Drossel 201 und ebenso den Druck des Brennstoffs auf-der der
Strömung zugewandten Seite der Drossel. In diesem Zustand wird der festgelegte Druckabfall
über die Drossel 2o1 wiederhergestellt, wobei sich aber das kolbenaTtige Glied
230 in einer neuen Lage befindet. Die Membran 2o6 wirkt infolge der Feder
218 in einer Richtung, bei der das Halbkugelventil 224 geschlossen wird.
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Durch einen Hebel 239 kann ein durch ein Zahnstangengetriebe betätigtes
Brennstoffabsperrventil 238 betätigt werden, um die strömungsabwärts liegende Seite
der Drossel toi von der Leitung 200 abzusperren und mit der Pumpenansaugleitung
21 zu verbinden, indem das Ventil 238 die Leitung 200 absperrt und die strömungsabwärts
liegende Seite der Drossel 201 durch die Bohrung des Ventils 238 mit der Ansaugleitung
21 verbindet.
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Um ein wirksames Arbeiten des Halbkugelventi1S 224 auch dann zu sichern,
wenn der Druckabfall in der Drossel 2oi infolge der Arbeitsbedingungen nur klein
ist, d. h. bei niedrigen Triebwerksdrehzahlen, kann das federbelastete Ventil
203 zwischen den S trängen 37 und Zoo der Förderleitung verwendet werden,
um den Druckunterschied zu vergrößern.