DE102023203281A1

DE102023203281A1 - VALVE UNIT FOR CONTROLLING THE FUEL SUPPLY IN A FUEL SUPPLY SYSTEM, PARTICULARLY OF AN AIRCRAFT

Info

Publication number: DE102023203281A1
Application number: DE102023203281.3A
Authority: DE
Inventors: Gregor Christoffer Gebel; Carsten Clemen
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2023-04-11
Filing date: 2023-04-11
Publication date: 2024-10-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinheit (100) mit einem in einem Gehäuse (101) angeordneten, insbesondere zylindrischen, Ventilraum (10), welcher mittels eines verstellbar und fluiddicht in dem Ventilraum (10) angeordneten Stellkörpers (11) in zwei fluiddicht voneinander getrennte, von Kraftstoff durchströmbare oder durchströmte Kammern, eine erste Kammer (10a) und eine zweite Kammer (10b), unterteilt ist. Zu einer sicheren und zuverlässigen Funktion ist die Ventileinheit (100) derart ausgebildet ist, dass eine Stellkraft zur Positionierung des Stellkörpers (11) innerhalb des Ventilraums (10) durch ein Zusammenwirken einer Rückstellkraft des Rückstellelements (12), insbesondere einer Feder, mit einer zwischen den Kammern (10a, 10b) vorliegenden Druckdifferenz erzeugt wird, wobei die Druckdifferenz zwischen den Kraftstoffdrücken innerhalb der Kammern (10a, 10b) resultiert.

The invention relates to a valve unit (100) with a valve chamber (10), in particular a cylindrical one, which is arranged in a housing (101) and which is divided by means of an actuating body (11) arranged in the valve chamber (10) in an adjustable and fluid-tight manner into two fluid-tightly separated chambers through which fuel can or does flow, a first chamber (10a) and a second chamber (10b). For safe and reliable operation, the valve unit (100) is designed in such a way that an actuating force for positioning the actuating body (11) within the valve chamber (10) is generated by an interaction of a restoring force of the restoring element (12), in particular a spring, with a pressure difference present between the chambers (10a, 10b), the pressure difference resulting between the fuel pressures within the chambers (10a, 10b).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinheit mit einem in einem Gehäuse angeordneten, insbesondere zylindrischen, Ventilraum, welcher mittels eines verstellbar und fluiddicht in dem Ventilraum angeordneten Stellkörpers in zwei fluiddicht voneinander getrennte, von Kraftstoff durchströmbare oder durchströmte Kammern, eine erste Kammer und eine zweite Kammer, unterteilt ist, wobei der Ventilraum einen ersten Einlass zur Zuführung eines ersten Kraftstoffs, insbesondere Hauptkraftstoff, und einen zweiten Einlass zur Zuführung eines zweiten Kraftstoffs, insbesondere Pilotkraftstoff, aufweist, der Ventilraum einen ersten Auslass, insbesondere zur Kraftstoff-Versorgung einer Triebwerks-Hauptstufe, und zwar der Hauptstufe einer Kraftstoffdüse für den Einsatz in einer Gasturbinenbrennkammer (etwa einem Flugtriebwerk), und einen zweiten Auslass, insbesondere zur Kraftstoff-Versorgung einer Triebwerks-Pilotstufe, aufweist, und die Ventileinheit ein in einer der Kammern, insbesondere in der zweiten Kammer, angeordnetes, mit dem Stellkörper kraftübertragend gekoppeltes, elastisches Rückstellelement, insbesondere eine Feder, aufweist. The invention relates to a valve unit with a valve chamber arranged in a housing, in particular a cylindrical one, which is divided by means of an adjustable and fluid-tight actuating body arranged in the valve chamber into two fluid-tightly separated chambers through which fuel can or does flow, a first chamber and a second chamber, wherein the valve chamber has a first inlet for supplying a first fuel, in particular main fuel, and a second inlet for supplying a second fuel, in particular pilot fuel, the valve chamber has a first outlet, in particular for supplying fuel to a main engine stage, namely the main stage of a fuel nozzle for use in a gas turbine combustion chamber (for example an aircraft engine), and a second outlet, in particular for supplying fuel to an engine pilot stage, and the valve unit has an elastic return element, in particular a spring, arranged in one of the chambers, in particular in the second chamber, and coupled to the actuating body in a force-transmitting manner.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftstoffversorgungssystem und eine Gasturbinenanordnung mit einer derartigen Ventileinheit sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems mit einer solchen Ventileinheit.Furthermore, the invention relates to a fuel supply system and a gas turbine arrangement with such a valve unit and to a method for operating a fuel supply system with such a valve unit.

Eine derartige Ventileinheit zum Steuern der Kraftstoffzufuhr für eine Gasturbinenanordnung eines Flugzeugs ist in der US 11 215 121 B2 angegeben. Bei dieser bekannten Ventileinheit ist ein Gehäuse mit einem zylindrischen Ventilraum mit mindestens einem ersten Einlass und Auslass zum Zuführen eines ersten Kraftstoffs bzw. Hauptkraftstoffs zu einer Düsenanordnung und mindestens einem zweiten Einlass und Auslass zur Zuführung eines zweiten Kraftstoffs bzw. Pilotkraftstoffs zu der Düsenanordnung versehen, um ein definiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch für die Verbrennung und den Betrieb einer Gasturbinenanordnung zu erzeugen. Dabei sind der zweite bzw. Pilotauslass und der zweite bzw. Piloteinlass an dem Gehäuse diametral zueinander positioniert. Zum Antrieb eines Stellkörpers des Ventils ist z. B. vorgesehen, dass über eine elektrisch oder hydraulisch betriebene Pumpe Kraftstoff unter Druck gesetzt wird, um an einem Ende des Ventilraums eine Servoströmung zu erzeugen, die der Federkraft einer am anderen Ende des Ventilraums angeordneten Feder entgegenwirkt.Such a valve unit for controlling the fuel supply for a gas turbine arrangement of an aircraft is described in US 11 215 121 B2 In this known valve unit, a housing with a cylindrical valve chamber is provided with at least a first inlet and outlet for supplying a first fuel or main fuel to a nozzle arrangement and at least a second inlet and outlet for supplying a second fuel or pilot fuel to the nozzle arrangement in order to generate a defined fuel-air mixture for the combustion and operation of a gas turbine arrangement. The second or pilot outlet and the second or pilot inlet are positioned diametrically opposite one another on the housing. To drive an actuating body of the valve, it is provided, for example, that fuel is pressurized via an electrically or hydraulically operated pump in order to generate a servo flow at one end of the valve chamber, which counteracts the spring force of a spring arranged at the other end of the valve chamber.

Weitere Ventileinheiten im Zusammenhang mit einer Gasturbinenanordnung sind in der US 6 058 694 A , dort zur Steuerung einer Schmiermittelzufuhr, und in der US 11 230 980 B2 gezeigt.Further valve units in connection with a gas turbine arrangement are described in the US 6 058 694 A , there to control a lubricant supply, and in the US 11 230 980 B2 shown.

Bei der Kraftstoffversorgung über eine Kraftstoffversorgungseinheit mit einer Ventileinheit eines herkömmlichen Aufbaus kann es durch einen Fehler im Ventil dazu kommen, dass eine der Leitungen permanent verschlossen wird, was z. B. im Flugbetrieb zu einem kritischen Zustand oder zu einer Beschädigung der Brennkammer oder der Turbine des Triebwerks führen kann.When supplying fuel via a fuel supply unit with a valve unit of a conventional design, a fault in the valve can result in one of the lines being permanently closed, which can lead to a critical condition or damage to the combustion chamber or the turbine of the engine, for example during flight operations.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinheit zur Versorgung einer Brennkammer über ein Kraftstoffversorgungssystem mit Kraftstoff bereitzustellen, die bei möglichst geringem Teileaufwand zu einer möglichst sicheren Funktion des Kraftstoffversorgungssystems beiträgt. Ferner soll ein mit einer solchen Ventileinheit aufgebautes Kraftstoffversorgungssystem und eine damit ausgestattete Gasturbinenanordnung angegeben werden.The present invention is based on the object of providing a valve unit for supplying a combustion chamber with fuel via a fuel supply system, which contributes to the most reliable function of the fuel supply system with the least possible number of parts. Furthermore, a fuel supply system constructed with such a valve unit and a gas turbine arrangement equipped with it are to be specified.

Diese Aufgabe wird bei einer Ventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie bei einem Kraftstoffversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und bei einer Gasturbinenanordnung nach Anspruch 20 erfindungsgemäß gelöst.This object is achieved according to the invention in a valve unit having the features of claim 1 as well as in a fuel supply system having the features of claim 18 and in a gas turbine arrangement according to claim 20.

Bei der Ventileinheit ist vorgesehen, dass diese derart ausgebildet ist, dass eine Stellkraft zur Positionierung des Stellkörpers innerhalb des Ventilraums durch ein Zusammenwirken einer Rückstellkraft des Rückstellelements mit einer zwischen den beiden Kammern vorliegenden Druckdifferenz erzeugt wird, wobei die Druckdifferenz zwischen den Kraftstoffdrücken innerhalb der Kammern resultiert.The valve unit is designed in such a way that an actuating force for positioning the actuating body within the valve chamber is generated by an interaction of a restoring force of the restoring element with a pressure difference between the two chambers, whereby the pressure difference results between the fuel pressures within the chambers.

Bei dem ersten und zweiten Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um den gleichen Kraftstoff, der über eine Sammelleitung bzw. Verteilerleitung (Manifold) und eine Vorkammer zu dem ersten und zweiten Einlass geführt wird, wobei es sich bevorzugt aber nicht ausschließlich z. B. um einen flüssigen Kraftstoff, insbesondere Kerosin oder einen kerosinverwandten Kraftstoff handelt. Durch die Ausbildung der Ventileinheit ist die Einbaulage (geodätische Ausrichtung) unerheblich. In dem Ventilraum, mit dem insbesondere an einem festen Ende desselben angebrachten bzw. befestigten Rückstellelement, namentlich in Form der Feder, sind lediglich zwei Kammern (ggf. ergänzt mit Zusatzkammern) vorhanden. Eine gesonderte Kammer und/oder ein gesondertes Fluid zur Erzeugung einer Stellkraft sind nicht erforderlich oder vorgesehen. Der zweite Einlass (Piloteinlass) ist gegenüber dem zweiten Auslass (Pilotauslass) in Richtung des festen Endes des Ventilraums auf der Seite der zweiten Kammer axial versetzt, der zweite Einlass und der zweite Auslass liegen sich also diametral nicht zwangsweise, aber zweckmäßig (abhängig von der genauen Ausgestaltung) gegenüber.The first and second fuels are preferably the same fuel, which is fed to the first and second inlets via a manifold and a pre-chamber, whereby it is preferably but not exclusively a liquid fuel, in particular kerosene or a kerosene-related fuel. Due to the design of the valve unit, the installation position (geodetic alignment) is irrelevant. In the valve chamber, with the return element, in particular in the form of a spring, which is attached or fastened to a fixed end thereof, there are only two chambers (possibly supplemented with additional chambers). A separate chamber and/or a separate fluid for generating an actuating force are not required or provided. The second inlet (pilot inlet) is axially offset from the second outlet (pilot outlet) in the direction of the fixed end of the valve chamber on the side of the second chamber, so the second inlet and the second outlet are not necessarily diametrically opposite each other, but are expedient (depending on the exact design).

Eine für eine sichere und präzise Funktion vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Ventileinheit zumindest ein Druckregulierungsmittel zugeordnet ist, das zur Einstellung eines Druckverhältnisses zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer, vorzugsweise stromauf des Ventilraums, zur Erzeugung eines definierten Kraftstoff-Verhältnisses zwischen dem ersten Kraftstoff und zweiten Kraftstoff angeordnet ist, wobei vorzugsweise in der zweiten Kammer ein geringerer Druck als in der ersten Kammer erzeugbar ist. Vorteilhaft ist dabei ein Druckregulierungsmittel in jeder der beiden zu der ersten und zweiten Kammer führenden Leitungen angeordnet, insbesondere unmittelbar stromauf des betreffenden Einlasses.An advantageous embodiment for safe and precise operation consists in that the valve unit is assigned at least one pressure regulating means which is arranged to set a pressure ratio between the first chamber and the second chamber, preferably upstream of the valve chamber, to generate a defined fuel ratio between the first fuel and the second fuel, wherein preferably a lower pressure can be generated in the second chamber than in the first chamber. A pressure regulating means is advantageously arranged in each of the two lines leading to the first and second chambers, in particular directly upstream of the relevant inlet.

Dabei besteht eine einfache, wenig störanfällige Ausbildung darin, dass das zumindest eine Druckregulierungsmittel als im Betrieb unverstellbares, passives Strömungselement, insbesondere aufweisend eine Verengung des Strömungsquerschnitts, ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung als Restriktor ergibt ein festes Druckverhältnis und trägt somit zu einem festen Kraftstoff-Verhältnis über den gesamten Betriebsbereich bei, insbesondere wenn keine aktiven Elemente vorhanden sind.A simple design that is less susceptible to failure consists in the at least one pressure regulating means being designed as a passive flow element that cannot be adjusted during operation, in particular having a constriction of the flow cross-section. Such a design as a restrictor results in a fixed pressure ratio and thus contributes to a fixed fuel ratio over the entire operating range, in particular when no active elements are present.

Um eine zuverlässige Funktion im Versagensfall bzw. eine zuverlässige Ausfallsicherung zu erhalten, ist weiterhin vorgesehen, dass die Ventileinheit eine reguläre Konfiguration und/oder eine Fehlerkonfiguration einnehmen kann, wobei in der regulären Konfiguration der Stellkörper innerhalb des Ventilraums derart angeordnet ist, dass im Betrieb in einem ersten Stellmodus der erste Einlass, und nicht der zweite Einlass, durch die erste Kammer mit dem ersten Auslass in Strömungsverbindung steht und/oder dass der zweite Einlass, und nicht der erste Einlass, durch die zweite Kammer mit dem zweiten Auslass in Strömungsverbindung steht und in einem zweiten Stellmodus zumindest der zweite Auslass mittels des Stellkörpers undurchströmbar versperrt ist, sodass keine Durchströmung des zweiten Auslasses stattfindet und/oder in der Fehlerkonfiguration der Stellkörper innerhalb des Ventilraums derart neben den Auslässen angeordnet ist, dass im Betrieb beide Auslässe mit zumindest einem gleichen Einlass zur Kraftstoffversorgung in Strömungsverbindung stehen. Für den zweiten Kraftstoff, namentlich den Pilotkraftstoff, wird in der regulären Konfiguration die gewünschte Auf/Zu-Funktion aufrecht erhalten, während im Versagensfall bzw. bei einem Ventilfehler immer eine Pilotversorgung gewährleistet und somit ein zuverlässiger Betrieb gesichert wird.In order to ensure reliable function in the event of failure or reliable fail-safe protection, it is further provided that the valve unit can assume a regular configuration and/or a fault configuration, wherein in the regular configuration the actuating body is arranged within the valve chamber such that during operation in a first actuating mode the first inlet, and not the second inlet, is in flow connection with the first outlet through the first chamber and/or that the second inlet, and not the first inlet, is in flow connection with the second outlet through the second chamber and in a second actuating mode at least the second outlet is blocked by the actuating body so that no flow occurs through the second outlet and/or in the fault configuration the actuating body is arranged within the valve chamber next to the outlets such that during operation both outlets are in flow connection with at least one identical inlet for fuel supply. For the second fuel, namely the pilot fuel, the desired on/off function is maintained in the regular configuration, while in the event of failure or a valve error, a pilot supply is always guaranteed, thus ensuring reliable operation.

Vorteilhafte Vorkehrungen für einen sicheren Betrieb einer Gasturbine, insbesondere bei einem Flugtriebwerk, bestehen darin, dass das Rückstellelement derart ausgelegt ist, dass in der regulären Konfiguration sich der erste Stellmodus ohne Druckdifferenz, z. B. bei ausgeschaltetem Triebwerk, und/oder bei geringer Druckdifferenz zwischen den Kammern, z. B. in einem Niederlastbereich eines Triebwerks, einstellt und/oder sich der zweite Stellmodus bei höherer Druckdifferenz als die geringe Druckdifferenz, z. B. in einem Mittel- und/oder Hochlastbereich, einstellt.Advantageous precautions for safe operation of a gas turbine, in particular in an aircraft engine, consist in that the reset element is designed such that in the regular configuration the first control mode is set without a pressure difference, e.g. when the engine is switched off, and/or when there is a small pressure difference between the chambers, e.g. in a low-load range of an engine, and/or the second control mode is set when the pressure difference is higher than the small pressure difference, e.g. in a medium and/or high-load range.

Bei Niederlast, wie z. B. einem Triebwerkstart oder in einem Leerlauf des Triebwerks ist dabei die Versorgung mit dem Pilotkraftstoff gewährleistet, während bei Hochlast wie z. B. bei einem Reiseflug oder in einer Startphase, eine Versorgung mit Pilotkraftstoff ausgeschaltet ist.At low load, such as an engine start or when the engine is idling, the supply of pilot fuel is guaranteed, while at high load, such as during a cruise flight or in a take-off phase, the supply of pilot fuel is switched off.

Für einen Versagensfall ist vorteilhaft vorgesehen, dass in der Fehlerkonfiguration in einer ersten Fehlerstellung der Stellkörper im Vergleich zu der regulären Konfiguration weiter in Richtung des Rückstellelements, insbesondere unter Verkleinerung der zweiten Kammer, positioniert ist. Diese Fehlerstellung wird im Versagensfall der Feder eingenommen, insbesondere beim Verlust der Federkraft bzw. wenn die Feder vollständig zusammengeschoben ist.In the event of a failure, it is advantageously provided that in the fault configuration in a first fault position the actuating body is positioned further in the direction of the return element compared to the regular configuration, in particular by reducing the size of the second chamber. This fault position is assumed in the event of a spring failure, in particular when the spring force is lost or when the spring is completely pushed together.

Eine sichere Funktion im Versagensfall wird des Weiteren dadurch erreicht, dass in der Fehlerkonfiguration in einer zweiten Fehlerstellung der Stellkörper im Vergleich zu der regulären Konfiguration derart weiter in Richtung eines dem Rückstellelement gegenüberliegenden Endes des Ventilraums bzw. der Ventilkammer positioniert ist, insbesondere unter Verkleinerung der ersten Kammer, dass der erste Einlass mit der zweiten Kammer in Strömungsverbindung steht. Ein solcher Versagensfall liegt insbesondere dann vor, wenn die Feder bricht und eine Druckdifferenz bezüglich der beiden Stirnflächen des Stellkörpers (also dessen der ersten Kammer und der zweiten Kammer zugewandter Seite) Null ist bzw. wenn das Triebwerk ausgeschaltet ist. Der Stellkörper unterliegt dann einer freien Bewegung, hier unter Verkleinerung der ersten Kammer.Safe operation in the event of failure is further achieved in that in the fault configuration in a second fault position the actuator is positioned further in the direction of an end of the valve space or valve chamber opposite the reset element compared to the regular configuration, in particular by reducing the size of the first chamber, so that the first inlet is in flow connection with the second chamber. Such a failure occurs in particular when the spring breaks and a pressure difference with respect to the two end faces of the actuator (i.e. the side facing the first chamber and the second chamber) is zero or when the engine is switched off. The actuator is then subject to free movement, here by reducing the size of the first chamber.

Somit sorgt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung die Fehlerkonfiguration bzw. das Notfallszenario dafür, dass die Pilotversorgung mit Kraftstoff vom Leerlauf bis in den Hochlastfall mit Kraftstoff sichergestellt ist. Leerlauf bedeutet vorliegend die Drehzahl, in der das Triebwerk sich zwar eigenständig dreht, aber keinen bzw. kaum Schub erzeugt.Thus, in the design according to the invention, the fault configuration or the emergency scenario ensures that the pilot is supplied with fuel from idle to high load. In this case, idle means the speed at which the engine rotates independently but generates little or no thrust.

Eine für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Ausgestaltung der Ventileinheit besteht darin, dass der Ventilraum länglich, insbesondere zylindrisch, ausgebildet ist und/oder über seine Länge einen konstanten Querschnitt oder Abschnitte unterschiedlicher Querschnitte aufweist, wobei der Querschnitt innerhalb der Abschnitte konstant ist, und des Weiteren darin, dass der Stellkörper in der Kammer in Längsrichtung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Stellkörper, insbesondere einen korrespondierenden Querschnitt zu dem Ventilraum aufweist, um mit den Innenwänden des Ventilraums, vorzugsweise unter Zwischenordnung zumindest eines Dichtmittels, fluiddichtend in Kontakt zu stehen.An advantageous design of the valve unit for the structure and function is that the valve chamber is elongated, in particular cylindrical, and/or has a constant cross-section or sections of different cross-sections over its length, wherein the cross-section is constant within the sections, and furthermore that the actuating body is arranged in the chamber so as to be axially displaceable in the longitudinal direction, wherein the actuating body, in particular, has a corresponding cross-section to the valve chamber in order to be in fluid-tight contact with the inner walls of the valve chamber, preferably with the interposition of at least one sealing means.

Zu einer präzisen Funktion der Ventileinheit und für weitere Sicherungsmaßnahmen ist des Weiteren vorteilhaft vorgesehen, dass an dem Ventilraum, insbesondere an der nicht das Rückstellelement beinhaltenden Kammer, eine Auffangkammer zur Aufnahme von Bruchstücken von in dem Ventilraum vorhandenen Elementen, insbesondere des Stellkörpers und/oder des Rückstellelements, angeordnet ist, wobei in der Auffangkammer ein Halteelement, insbesondere ein Magnet, angeordnet ist.For a precise function of the valve unit and for further safety measures, it is further advantageously provided that a collecting chamber for receiving fragments of elements present in the valve chamber, in particular of the actuating body and/or the return element, is arranged on the valve chamber, in particular on the chamber not containing the return element, wherein a holding element, in particular a magnet, is arranged in the collecting chamber.

Zu einer verbesserten Funktion des Rückstellelements und einer genauen Positionierung des Stellkörpers trägt bei, dass zusätzlich zu dem Rückstellelement ein zweites elastisches Element, insbesondere eine Stützfeder, auf der Seite des Rückstellelements angeordnet ist, das kürzer ausgebildet ist als das Rückstellelement und zum Zusammenwirken mit dem Rückstellelement, insbesondere bei Hochlastbedingungen, ausgebildet ist und z. B. eine geringere Elastizität aufweist als das Rückstellelement, um dessen Rückstellkraft zu unterstützen, oder dass als Rückstellelement eine Feder mit über den Federweg nichtlinearer Rückstellkraft eingesetzt ist. Die nichtlineare Rückstellkraft der Feder über ihren Federweg wird dabei z. B. über eine über die Federlänge variierende Dicke des Federdrahts erzeugt und kann somit den gegebenen Bedingungen entsprechend gut und genau angepasst werden.An improved function of the return element and a precise positioning of the actuating body is achieved by the fact that, in addition to the return element, a second elastic element, in particular a support spring, is arranged on the side of the return element, which is shorter than the return element and is designed to interact with the return element, in particular under high load conditions, and for example has less elasticity than the return element in order to support its return force, or that a spring with a non-linear return force over the spring travel is used as the return element. The non-linear return force of the spring over its spring travel is generated, for example, by a thickness of the spring wire that varies over the length of the spring and can therefore be adapted well and precisely to the given conditions.

Zu einer definierten Positionierung des Stellkörpers trägt bei, dass innerhalb des Ventilraums, insbesondere in der ersten Kammer, zumindest ein Anschlagelement angeordnet ist, welches die Bewegung des Stellkörpers durch das Rückstellelement an einer Nullposition begrenzt. Die Nullposition kann z. B. so vorgegeben werden, dass sie bei sehr geringer Druckdifferenz eingenommen wird oder wenn keine Druckdifferenz vorliegt.A defined positioning of the actuating body is achieved by arranging at least one stop element within the valve chamber, in particular in the first chamber, which limits the movement of the actuating body to a zero position by the return element. The zero position can, for example, be specified so that it is assumed when there is a very low pressure difference or when there is no pressure difference.

Für eine präzise Funktion und genaue Einstellung des Stellkörpers sowie einen kompakten, kurzen Aufbau ist die Ausgestaltung von Vorteil, dass der Ventilraum Abschnitte unterschiedlicher Querschnitte aufweist, wobei in dem Ventilraum seitens der ersten Kammer eine sich an die erste Kammer in axialer Richtung zum Ende des Ventilraums hin anschließende erste Zusatzkammer geringeren Querschnitts und/oder seitens der zweiten Kammer eine sich in entgegengesetzter axialer Richtung anschließende zweite Zusatzkammer geringeren Querschnitts ausgebildet ist/sind, und dass der in dem Ventilraum verschiebliche Stellkörper Abschnitte mit zu der ersten und zweiten Kammer und der ersten und/oder zweiten Zusatzkammer korrespondierendem dickeren und dünneren Querschnitt aufweist.For precise function and exact adjustment of the actuating body as well as a compact, short structure, the design is advantageous in that the valve chamber has sections of different cross-sections, wherein in the valve chamber a first additional chamber of smaller cross-section is formed on the side of the first chamber, adjoining the first chamber in the axial direction towards the end of the valve chamber, and/or a second additional chamber of smaller cross-section is formed on the side of the second chamber, adjoining the first chamber in the opposite axial direction, and that the actuating body which is displaceable in the valve chamber has sections with a thicker and thinner cross-section corresponding to the first and second chambers and the first and/or second additional chamber.

Vorteilhafte weitere Maßnahmen für die Funktion bestehen dabei darin, dass bei Vorhandensein der ersten und zweiten Zusatzkammer der erste bzw. zweite Einlass an der jeweiligen Zusatzkammer, der erste Auslass an der ersten Zusatzkammer und der zweite Auslass an der zweiten Kammer angeordnet sind und dass bei Ausbildung ohne die erste Zusatzkammer der erste Einlass und der erste Auslass an der ersten Kammer, der zweite Einlass an der zweiten Zusatzkammer und der zweite Auslass an der zweiten Kammer angeordnet sind.Advantageous further measures for the function consist in that, when the first and second additional chambers are present, the first and second inlets are arranged on the respective additional chamber, the first outlet on the first additional chamber and the second outlet on the second chamber and that, when designed without the first additional chamber, the first inlet and the first outlet are arranged on the first chamber, the second inlet on the second additional chamber and the second outlet on the second chamber.

Zu einer präzisen, zuverlässigen Funktion tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass parallel zu dem Ventilraum mindestens eine Bypassleitung vorhanden ist, die so angeordnet ist/sind, dass bei bestimmten Positionen des Stellkörpers in dem Ventilraum die beiden Stirnflächen des dickeren Abschnitts des Stellkörpers auf beiden Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt sind.Furthermore, measures that contribute to precise, reliable functioning include the provision of at least one bypass line parallel to the valve chamber, which is/are arranged in such a way that, at certain positions of the actuating body in the valve chamber, the two end faces of the thicker section of the actuating body are exposed to the same pressure on both sides.

Der Aufbau und die Funktion werden dabei des Weiteren dadurch begünstigt, dass bei Vorhandensein der ersten Zusatzkammer und dem dazu korrespondierenden Abschnitt dünneren Querschnitts in diesem Abschnitt des Stellkörpers eine Kanalanordnung ausgebildet ist, um einen Einlassbereich der ersten Zusatzkammer, mit der ersten Kammer über die zugeordnete Bypassleitung fluidleitend zu verbinden.The structure and the function are further promoted by the fact that, when the first additional chamber and the corresponding section of thinner cross-section are present, a channel arrangement is formed in this section of the actuating body in order to fluidically connect an inlet region of the first additional chamber to the first chamber via the associated bypass line.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen für die Funktion und eine genaue Steuerung des Kraftstoffflusses bestehen darin, dass zumindest einer der Übergänge aus dem Ventilraum in den ersten oder den zweiten Auslass zu einem anschließenden Leitungsabschnitt hin trichterförmig verjüngt ist oder einen die Aufteilung des Kraftstoffstroms zwischen dem Pilotkraftstoff und dem Hauptkraftstoff definiert beeinflussenden Querschnitt aufweist.Further advantageous measures for the function and precise control of the fuel flow consist in that at least one of the transitions from the valve chamber into the first or second outlet to a subsequent line section is tapered in a funnel shape or has a cross-section that defines the division of the fuel flow between the pilot fuel and the main fuel.

Vorteile bei der Kraftstoffzuführung werden ferner durch ein Kraftstoffversorgungssystem zur Versorgung einer Gasturbinenanordnung, insbesondere eines Flugzeugs, mit Kraftstoff, umfassend eine Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17, erhalten.Advantages in fuel supply are further obtained by a fuel supply system for supplying a gas turbine arrangement, in particular an aircraft, with fuel, comprising a valve unit according to one of claims 1 to 17.

Zu einer vorteilhaften Zuführung des Kraftstoffs zu einer Brennkammeranordnung ist ein Kraftstoffversorgungssystem von Vorteil, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine einzelne Ventileinheit zur Versorgung mehrerer Hauptstufen und/oder Pilotstufen mit Kraftstoff ausgebildet ist, wobei stromab der Ventileinheit in einer Hauptleitung und/oder in einer Pilotleitung, ggf. jeweils, ein Zweigabschnitt angeordnet ist.For an advantageous supply of fuel to a combustion chamber arrangement, a fuel supply system is advantageous which is characterized in that a single valve unit is designed to supply several main stages and/or pilot stages with fuel, wherein a branch section is arranged downstream of the valve unit in a main line and/or in a pilot line, if necessary in each case.

Eine vorteilhafte Betriebsweise ergibt sich ferner für eine Gasturbinenanordnung mit einer Brennkammeranordnung und einem Kraftstoffversorgungssystem umfassend zumindest eine Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und eine Turbinenanordnung.An advantageous mode of operation also results for a gas turbine arrangement with a combustion chamber arrangement and a fuel supply system comprising at least one valve unit according to one of claims 1 to 17 and a turbine arrangement.

Weitere Vorteile werden erhalten für ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Gasturbinenanordnung, insbesondere eines Triebwerks für ein Flugzeug, bei dem eine Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17 verwendet wird.Further advantages are obtained for a method for operating a fuel supply system of a gas turbine arrangement, in particular an engine for an aircraft, in which a valve unit according to one of claims 1 to 17 is used.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer in einem Brennkammergehäuse angeordneten, an eine Verteilerleitung und eine Vorkammer angeschlossenen Kraftstoffdüse mit anschließender Brennkammer,
2 in Prinzipdarstellung ein Diagramm von Verläufen des Drucks und des Kraftstoffmassenstroms über den Betriebsbereich eines Triebwerks an verschiedenen Messstellen,
3A, 3B und 3C in schematischer Darstellung die grundsätzliche Funktionsweise einer in die Kraftstoffzuführung einer Kraftstoffdüse eingebundenen Ventileinheit in erfindungsgemäßer Ausbildung bei drei verschiedenen Druckzuständen, wie z. B. bei unterschiedlichen Betriebszuständen eines Triebwerks,
4A und 4B schematische Darstellungen einer Ventileinheit gemäß den 3A bis 3C in zwei verschiedenen Versagensfällen einer Feder der Ventileinheit,
5 in schematischer Darstellung ein Diagramm zum Verlauf verschiedener Drücke in Abhängigkeit von Betriebszuständen eines Triebwerks,
6A und 6B eine schematische Darstellung zu verschiedenen Einbaulagen der in eine Kraftstoffzuführung eingebundenen Ventileinheit,
7 ein Ausführungsbeispiel zur Einbindung einer Ventileinheit zur Versorgung mehrerer Düsen mit Kraftstoff in schematischer Darstellung,
8A bis 8G eine schematische Darstellung einer Ventileinheit bei verschiedenen Betriebszuständen mit detaillierterer Wiedergabe funktionswesentlicher Ventilkomponenten,
9 in Teilbildern a), b), c) eine in einer Ausführungsvariante der Ventileinheit als Rückstellelement eingesetzten oder einsetzbaren Feder mit nichtlinearer Federkennlinie bei drei verschiedenen Belastungsdrücken,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventileinheit mit detaillierterer Wiedergabe funktionswesentlicher Komponenten,
11 eine weitere Ausführungsvariante der Ventileinheit mit detaillierterer Wiedergabe funktionswesentlicher Ventilkomponenten, und
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventileinheit mit detaillierterer Wiedergabe funktionswesentlicher Ventilkomponenten.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. They show:

1 a schematic representation of a fuel nozzle arranged in a combustion chamber housing, connected to a distributor line and a pre-chamber with an adjoining combustion chamber,
2 in principle a diagram of pressure and fuel mass flow curves over the operating range of an engine at different measuring points,
3A , 3B and 3C in a schematic representation of the basic functioning of a valve unit integrated into the fuel supply of a fuel nozzle in accordance with the invention at three different pressure states, such as in different operating states of an engine,
4A and 4B schematic representations of a valve unit according to the 3A to 3C in two different failure cases of a spring of the valve unit,
5 in schematic representation a diagram showing the course of different pressures depending on the operating conditions of an engine,
6A and 6B a schematic representation of different installation positions of the valve unit integrated into a fuel supply,
7 an embodiment for the integration of a valve unit for supplying several nozzles with fuel in a schematic representation,
8A to 8G a schematic representation of a valve unit under different operating conditions with a more detailed representation of essential functional valve components,
9 in partial figures a), b), c) a spring used or usable in a variant of the valve unit as a return element with a non-linear spring characteristic at three different load pressures,
10 another embodiment of a valve unit with a more detailed representation of essential functional components,
11 another design variant of the valve unit with a more detailed reproduction of essential valve components, and
12 another embodiment of a valve unit with a more detailed representation of functionally essential valve components.

Zunächst seien anhand der 1 und 2 ausgehend vom Stand der Technik grundlegende Zusammenhänge und Überlegungen zur Erfindungsidee und zu dem Gegenstand der Erfindung erläutert. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Kraftstoffdüse mit zentraler Pilotierung, d. h. einer Düse mit Hauptkraftstoffkanal und einem zentralen zweiten Kraftstoffkanal ohne Ventile. Der Kraftstoff wird der Kraftstoffdüse 3 über die Hauptleitung 5' im Hauptkraftstoffkanal und über die Pilotleitung 6' im zweiten Kraftstoffkanal bzw. Pilotkanal zugeführt, um in der Brennkammer 2 nach Zumischung von Luft ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch auszubilden. Der Hauptleitung 5' und der Pilotleitung 6' wird Kraftstoff über eine Vorkammer 4 zugeführt, der eingangsseitig an eine Sammelleitung bzw. Verteilerleitung 1 (Manifold) angeschlossen ist. Die Kraftstoffdüse 3 mit der Hauptleitung 5' und der Pilotleitung 6' sowie die Brennkammer 2 sind in einem Brennkammergehäuse 7 angeordnet.First, based on the 1 and 2 Based on the state of the art, fundamental relationships and considerations regarding the inventive idea and the subject matter of the invention are explained. 1 shows a schematic representation of a fuel nozzle with central piloting, ie a nozzle with a main fuel channel and a central second fuel channel without valves. The fuel is fed to the fuel nozzle 3 via the main line 5' in the main fuel channel and via the pilot line 6' in the second fuel channel or pilot channel in order to form a combustible fuel-air mixture in the combustion chamber 2 after air has been added. The main line 5' and the pilot line 6' are fed with fuel via a pre-chamber 4, which is connected on the inlet side to a collecting line or distributor line 1 (manifold). The fuel nozzle 3 with the main line 5' and the pilot line 6' and the combustion chamber 2 are arranged in a combustion chamber housing 7.

Über die Hauptleitung 5' und die Pilotleitung 6' erfolgt die Kraftstoffzuführung zu der Kraftstoffdüse 3 in fester Aufteilung der Kraftstoffmassenströme in Prozent des Gesamtmassenstroms, z. B. 90 %/10 % (Hauptmassenstrom / Pilotmassenstrom) oder 80 %/20 % usw. Dabei werden beide Kraftstoffleitungen durch eine Zuteilung aus der Verteilerleitung 1 aus dem Tank bzw. der Pumpe über die Vorkammer 4 versorgt, und es gibt hierbei keine aktive Regelung, die die Aufteilung der Kraftstoffmassenströme beeinflusst. Die Aufteilung geschieht rein durch die geometrische Gestaltung der Leitungen. Dies ist insbesondere eine Funktion der Fläche der Leitung, ihrer Länge, der Anzahl der Biegungen und der Rauigkeit, welche in Summe den Druckverlust über die betreffende Leitung bestimmen. So ist die Druckdifferenz P1-P2 zwischen der Versorgung über die Sammelleitung 1 (Manifold) und der Brennkammer 2 bestimmend für die Kraftstoffmenge durch die Hauptleitung 5' bzw. die Pilotleitung 6'.The fuel is supplied to the fuel nozzle 3 via the main line 5' and the pilot line 6' in a fixed distribution of the fuel mass flows as a percentage of the total mass flow, e.g. 90%/10% (main mass flow / pilot mass flow) or 80%/20%, etc. Both fuel lines are supplied by an allocation from the distributor line 1 from the tank or the pump via the pre-chamber 4, and there is no active control that influences the distribution of the fuel mass flows. The distribution occurs purely through the geometric design of the lines. This is in particular a function of the area of the line, its length, the number of bends and the roughness, which together determine the pressure loss across the line in question. The pressure difference P1-P2 between the supply via the manifold 1 and the combustion chamber 2 determines the amount of fuel through the main line 5' or the pilot line 6'.

Der Druck P1 in der Verteilerleitung 1 und der Druck P2 in der Brennkammer 2 ist dabei für beide Leitungen, d. h. die Hauptleitung 5' und die Pilotleitung 6' identisch. Der Druckverlust bzw. die Druckdifferenz PD je Leitung (in der Hauptleitung 5' DPHL und in der Pilotleitung 6' DPPL) bestimmt sich dann aus den oben genannten Einflussfaktoren. Der Druck P1 ist stets (bei höheren Lastpunkten deutlich) größer als der Druck P2, der Druckverlust DPHL bzw. DPPL identisch zu oder kleiner als P1-P2. Der Druck am Ende der Hauptleitung 5' ist PHL = P1 - P2 - DPHL, der Druck am Ende der Pilotleitung 6' ist PPL = P1 - P2 - DPPL. Aus der effektiven Druckdifferenz und Querschnittsfläche der Leitungen ergibt sich die Kraftstoffmenge pro Leitung sowie deren Geschwindigkeit.The pressure P1 in the distributor line 1 and the pressure P2 in the combustion chamber 2 are identical for both lines, i.e. the main line 5' and the pilot line 6'. The pressure loss or the pressure difference PD per line (in the main line 5' DPHL and in the pilot line 6' DPPL) is then determined from the influencing factors mentioned above. The pressure P1 is always (significantly at higher load points) greater than the pressure P2, the pressure loss DPHL or DPPL is identical to or smaller than P1-P2. The pressure at the end of the main line 5' is PHL = P1 - P2 - DPHL, the pressure at the end of the pilot line 6' is PPL = P1 - P2 - DPPL. The effective pressure difference and cross-sectional area of the lines determine the amount of fuel per line and their speed.

Daraus ergibt sich dann im Verhältnis DPHL/DPPL das Kraftstoffmassenverhältnis MH/MP = kontant über den Betriebsbereich. Die absoluten Kraftstoffmassenströme M = MH + MP variieren über den Betriebsbereich und steigen mit zunehmendem Kraftstoffdruck P1 und steigendem Brennkammerdruck P2 und steigender Druckdifferenz P1 - P2 um entsprechend größere Mengen Kraftstoff z. B. für den Start eines Flugzeugs gegenüber z. B. dem Leerlaufbetrieb (Idle) bereitzustellen.This then results in the fuel mass ratio MH/MP = constant over the operating range in the ratio DPHL/DPPL. The absolute fuel mass flows M = MH + MP vary over the operating range and increase with increasing fuel pressure P1 and increasing combustion chamber pressure P2 and increasing pressure difference P1 - P2 in order to provide correspondingly larger quantities of fuel, e.g. for the take-off of an aircraft compared to e.g. idle operation.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung zum Verlauf des Drucks an verschiedenen Stellen der Kraftstoffversorgung und des Kraftstoffmassenstroms über den Betriebsbereich eines Triebwerks vom Leerlauf (Idle, niedrige Verdichteraustritts- bzw. Brennkammereintrittstemperatur T30) bis Start (Take-off, hohe Verdichteraustritts- bzw. Brennkammereintrittstemperatur T30). 2 shows a schematic diagram of the pressure curve at various points of the fuel supply and the fuel mass flow over the operating range of an engine from idle (low compressor outlet or combustion chamber inlet temperature T30) to take-off (high compressor outlet or combustion chamber inlet temperature T30).

Wie eingangs ausgeführt, ist es bei derartigen Kraftstoffversorgungssystemen üblich, zwischen der Verteilerleitung 1 bzw. der Vorkammer 4 und der Kraftstoffdüse 3 ein Ventil einzubauen, wobei die Strömung zu den beiden Kraftstoffleitungen, der Hauptleitung 5' und der Pilotleitung 6', je nach Ventilart entweder passiv (d. h. mit variierendem Kraftstoffdruck) oder aktiv z. B. mit Hilfe eines Stellmotors gesteuert werden kann. Bei solchen Ventilen kann es, wie eingangs angesprochen, zu Situationen kommen, dass durch einen Fehler im Ventil eine der beiden Leitungen z. B. permanent verschlossen wird, was bei einem Triebwerk im schlimmsten Fall zu einem kritischen Zustand oder einer Beschädigung des Triebwerks (z. B. der Brennkammer oder Turbine) führen kann.As mentioned at the beginning, it is usual in such fuel supply systems to install a valve between the distributor line 1 or the pre-chamber 4 and the fuel nozzle 3, whereby the flow to the two fuel lines, the main line 5' and the pilot line 6', can be controlled either passively (i.e. with varying fuel pressure) or actively, e.g. with the help of a servomotor, depending on the type of valve. With such valves, as mentioned at the beginning, situations can arise in which a fault in the valve causes one of the two lines to be permanently closed, for example, which in the worst case scenario can lead to a critical condition or damage to the engine (e.g. the combustion chamber or turbine).

Die erfindungsgemäße Lösung, die darauf abzielt, Vorkehrungen zum Vermeiden solcher nachteiligen Auswirkungen eines Fehlers im Ventil zu treffen, wird prinzipiell anhand der 3A, 3B, 3C und 4A, 4B sowie 5 erläutert. Dabei weist die in 3A z. B. für den Zustand ohne Druck gezeigte Ventileinheit 100 ein Gehäuse 101 auf, in dem ein, insbesondere zylindrischer, Ventilraum 10 ausgebildet ist. Das Gehäuse 101 ist eingangsseitig mit einem ersten Einlass 8 für den Anschluss einer einen (ersten) Kraftstoff zuführenden Hauptleitung und einem zweiten Einlass 9 für den Anschluss einer einen (zweiten) Kraftstoff zuführenden weiteren Leitung, insbesondere Pilotleitung, versehen und über diese an den Verteiler bzw. die Vorkammer 4 angeschlossen, der über die Verteilerleitung 1 (Manifold) Kraftstoff aus einem (nicht gezeigten) Tank zugeführt wird. Ausgangsseitig ist das Gehäuse 101 mit einem ersten Auslass 5 zum Anschluss an die ausgangsseitige Hauptleitung 5' und mit einem zweiten Auslass 6 zum Anschluss an eine zweite Leitung, insbesondere Pilotleitung 6', versehen. Dabei ist der zweite Auslass 6 gegenüber dem zweiten Einlass 9 axial von dem dem zweiten Einlass 9 näher gelegenen Ende des Ventilraums 20 weg nach innen versetzt, liegt also nicht in derselben zur Längsachse senkrechten Querschnittsebene wie der zweite Einlass 9. Der erste Auslass 5 ist bei vorliegendem Ausführungsbeispiel dem ersten Einlass 8 in etwa gegenüberliegend angeordnet.The solution according to the invention, which aims to take precautions to avoid such adverse effects of a fault in the valve, is in principle based on the 3A , 3B , 3C and 4A , 4B as well as 5 explained. The 3A z . For example, the valve unit 100 shown for the state without pressure has a housing 101 in which a valve chamber 10, in particular a cylindrical one, is formed. The housing 101 is provided on the input side with a first inlet 8 for the connection of a main line supplying a (first) fuel and a second inlet 9 for the connection of a further line supplying a (second) fuel, in particular a pilot line, and is connected via these to the distributor or the pre-chamber 4, which is supplied with fuel from a tank (not shown) via the distributor line 1 (manifold). On the output side, the housing 101 is provided with a first outlet 5 for the connection to the output side main line 5' and with a second outlet 6 for connection to a second line, in particular pilot line 6'. The second outlet 6 is offset axially inwards from the end of the valve chamber 20 closer to the second inlet 9, i.e. it is not located in the same cross-sectional plane perpendicular to the longitudinal axis as the second inlet 9. In the present embodiment, the first outlet 5 is arranged approximately opposite the first inlet 8.

In dem Ventilraum 10 ist ein Stellkörper 11, insbesondere Kolben, verschieblich und gegen die Innenfläche der den Ventilraum 10 umgebenden Gehäusewandung abgedichtet angeordnet, wobei zur Abdichtung am Außenumfang des Stellkörpers 11 in umlaufende Haltenuten umlaufende Dichtmittel 13 eingesetzt sind. Bei genügender Fertigungsgenauigkeit von Kolben und Ventilraumwand ist auch ein Aufbau ohne zusätzliche Dichtmittel 13 möglich. Die axiale Ausdehnung des Stellkörpers 11, der von seitlichem, z. B. planparallelen, zur Längsachse des Ventilraums 10 senkrechten Stirnflächen begrenzt ist, ist deutlich (z. B. höchstens halb so groß) geringer als der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Auslass 5, 6. Auf der dem ersten Einlass 8 zugewandten Seite des Stellkörpers 11 ist so in dem Ventilraum 10 eine erste Kammer 10a (Hauptkammer auf der Hauptstufenseite) gebildet und auf der dem zweiten Einlass 9 zugekehrten Seite des Stellkörpers 11 ist in dem Ventilraum 10 eine zweite Kammer 10b (Pilotkammer auf der Pilotseite des Ventilraums) gebildet. In der zweiten Kammer 10b ist ein Rückstellelement 12 in Form einer Feder, hier Druckfeder, angeordnet, mittels deren der Stellkörper 11 gegen eine ihm gegenüberliegende Innenfläche eines endseitigen Wandabschnitts des Gehäuses 101 bzw. Begrenzungsfläche des Ventilraums 10 abgestützt ist. Die Feder ist so bemessen, dass der Stellkörper 11 im unbelasteten Zustand der Feder axial zwischen dem ersten und dem zweiten Auslass 5, 6 mit seinen beiderseitigen Stirnflächen positioniert ist. In der ersten Kammer 10a kann dazu an der den Ventilraum 10 mantelseitig begrenzenden Innenwandfläche des Gehäuses 101 ein Anschlag 22 angeordnet sein, mit dem diese Positionierung begrenzt wird. Mit erhöhtem Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 10a gegenüber dem Druck in der zweiten Kammer 10b kann das Rückstellelement 12 gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements 12 bzw. die Federkraft soweit zusammengedrückt werden, dass sich der Stellkörper 11 bis über die axiale Position des zweiten Auslasses 6 verschiebt und diesen verschließt, wie in 3C dargestellt.An actuating body 11, in particular a piston, is arranged in the valve chamber 10 so as to be movable and sealed against the inner surface of the housing wall surrounding the valve chamber 10, with circumferential sealing means 13 being inserted into circumferential retaining grooves on the outer circumference of the actuating body 11 to seal it. If the piston and valve chamber wall are manufactured with sufficient precision, a structure without additional sealing means 13 is also possible. The axial extension of the actuating body 11, which can be influenced by lateral pressure, e.g. B. plane-parallel end faces perpendicular to the longitudinal axis of the valve chamber 10, is significantly (e.g. at most half as large) smaller than the distance between the first and second outlets 5, 6. On the side of the actuating body 11 facing the first inlet 8, a first chamber 10a (main chamber on the main stage side) is thus formed in the valve chamber 10, and on the side of the actuating body 11 facing the second inlet 9, a second chamber 10b (pilot chamber on the pilot side of the valve chamber) is formed in the valve chamber 10. A return element 12 in the form of a spring, here a compression spring, is arranged in the second chamber 10b, by means of which the actuating body 11 is supported against an opposite inner surface of an end wall section of the housing 101 or a boundary surface of the valve chamber 10. The spring is dimensioned such that the actuator 11 is positioned axially between the first and second outlets 5, 6 with its two end faces when the spring is not loaded. For this purpose, a stop 22 can be arranged in the first chamber 10a on the inner wall surface of the housing 101 that delimits the valve chamber 10 on the jacket side, with which this positioning is limited. With increased fuel pressure in the first chamber 10a compared to the pressure in the second chamber 10b, the reset element 12 can be compressed against the reset force of the reset element 12 or the spring force to such an extent that the actuator 11 moves beyond the axial position of the second outlet 6 and closes it, as in 3C shown.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Ventileinheit 100 gemäß den 3A, 3B, 3C (für einen fehlerfreien Zustand bzw. reguläre Konfiguration) und den 4A, 4C (für den Versagensfall des Rückstellelements 12 bzw. der Feder, Fehlerkonfiguration) näher erläutert.The following describes the operation of the valve unit 100 according to the 3A , 3B , 3C (for a fault-free state or regular configuration) and the 4A , 4C (in the event of failure of the return element 12 or the spring, fault configuration) is explained in more detail.

Der Kraftstoff aus der Verteilerleitung 1 wird über die Vorkammer 4 bereitgestellt und tritt über die einlassseitige Hauptleitung und einlassseitige Pilotleitung über den ersten und zweiten Einlass 8, 9 in die erste Kammer 10a und die zweite Kammer 10b des Ventilraums 10 ein. Dabei ergibt sich in der Kraftstoffzuführung über die Pilotleitung gegenüber dem Druck P0 in der Sammelleitung bzw. Verteilerleitung 1 ein Druckverlust DPP = P0 - PP, der z. B. über ein Druckregulierungsmittel 16, insbesondere Restriktor, erzeugt wird (vgl. 8A). Für die Kraftstoffzuführung zu der ersten Kammer 10a (Hauptkammer) ergibt sich ein Druckverlust DPH = P0 - PH, der ebenfalls z. B. über ein Druckregulierungsmittel 15, insbesondere Restriktor, eingestellt wird. Dabei ist der Druckverlust bei Eintritt in den Ventilraum 10 auf der Pilotseite (zweite Kammer 10b) größer als der auf der Hauptseite (erste Kammer 10a), wobei die Restriktoren 15, 16 entsprechend ausgelegt sind, folglich DP > DPH, woraus sich PP < PH ergibt.The fuel from the distributor line 1 is provided via the pre-chamber 4 and enters the first chamber 10a and the second chamber 10b of the valve chamber 10 via the inlet-side main line and the inlet-side pilot line via the first and second inlets 8, 9. In the fuel supply via the pilot line, there is a pressure loss DPP = P0 - PP compared to the pressure P0 in the manifold or distributor line 1, which is generated, for example, via a pressure regulating means 16, in particular a restrictor (cf. 8A) . For the fuel supply to the first chamber 10a (main chamber), a pressure loss DPH = P0 - PH results, which is also adjusted, for example, via a pressure regulating means 15, in particular a restrictor. The pressure loss when entering the valve chamber 10 on the pilot side (second chamber 10b) is greater than that on the main side (first chamber 10a), with the restrictors 15, 16 being designed accordingly, consequently DP > DPH, which results in PP < PH.

Der in dem Ventilraum 10 befindliche Stellkörper 11 bzw. Kolben, der mit dem Rückstellelement 12 in Form der Feder auf der Seite der zweiten Kammer 10b bzw. Pilotkammer abgestützt ist, bewegt sich den auf ihn wirkenden Stellkräften entsprechend in eine davon abhängige Position. In jeder der beiden Kammern 10a, 10b herrscht ein individueller Druck PP (in der zweiten Kammer 10b bzw. Pilotkammer) und PH (in der ersten Kammer 10a bzw. Hauptkammer), der gegenüber dem Druck P0 in der Verteilerleitung 1 durch die in der eingangsseitigen Hauptleitung und Pilotleitung und die gegebenenfalls zugeordneten Restriktoren 15, 16 reduziert ist. Zum einen wirkt auf das Rückstellelement 12 also die sich aus PP < PH ergebende Druckkraft und andererseits die dieser entgegenwirkende Stellkraft des Rückstellelements 12 bzw. die Federkraft. Der Kraftstoff kann aus den beiden Kammern 10a, 10b durch die zugehörigen Auslässe 5 bzw. 6 austreten und so die Kraftstoffdüse mit Kraftstoff versorgen.The actuating body 11 or piston located in the valve chamber 10, which is supported by the return element 12 in the form of a spring on the side of the second chamber 10b or pilot chamber, moves into a position dependent on the actuating forces acting on it. In each of the two chambers 10a, 10b there is an individual pressure PP (in the second chamber 10b or pilot chamber) and PH (in the first chamber 10a or main chamber), which is reduced compared to the pressure P0 in the distributor line 1 by the main line and pilot line on the inlet side and the restrictors 15, 16 that may be assigned. On the one hand, the pressure force resulting from PP < PH acts on the return element 12 and on the other hand the actuating force of the return element 12 or the spring force that counteracts this. The fuel can exit from the two chambers 10a, 10b through the corresponding outlets 5 and 6, respectively, and thus supply the fuel nozzle with fuel.

Die grundsätzliche Funktionsweise bei sich ändernder Druckdifferenz DP = PH - PP ist in den 3A, 3B, 3C und 5 dargestellt. Durch die Druckdifferenz DP = PH - PP in der ersten und zweiten Kammer 10a, 10b wirkt auf den Stellkörper 11 bzw. Kolben eine Druckkraft, die diesen bewegen will. Dem entgegen wirkt die Stellkraft des Rückstellelements 12 bzw. Federkraft. Durch Änderung der Druckdifferenz ändert sich die Differenz zwischen Druckkraft und Federkraft. Wenn diese Druckdifferenz von 0 abweicht, wird der Stellkörper 11 entsprechend in dem Ventilraum 10 verschoben, bis sich wieder ein Gleichgewicht der Kräfte einstellt und der Stellkörper 11 eine neue Position einnimmt. Je nach Position des Stellkörpers 11 kann der zweite Auslass 6 verschlossen werden und so der Kraftstofffluss in die betreffende Leitung bzw. Pilotleitung 6' unterbrochen werden.The basic functionality with changing pressure difference DP = PH - PP is described in the 3A , 3B , 3C and 5 The pressure difference DP = PH - PP in the first and second chambers 10a, 10b exerts a pressure force on the actuator 11 or piston, which tends to move it. This is counteracted by the actuating force of the return element 12 or spring force. By changing the pressure difference, the difference between pressure force and spring force changes. If this pressure difference deviates from 0, the actuator 11 is displaced accordingly in the valve chamber 10 until equilibrium is restored. the forces are adjusted and the actuator 11 assumes a new position. Depending on the position of the actuator 11, the second outlet 6 can be closed and thus the fuel flow into the relevant line or pilot line 6' can be interrupted.

3A zeigt den Zustand ohne Druck bzw. PP = PH, d. h. beispielsweise, dass das Triebwerk aus ist, wobei das Rückstellelement 12 bzw. die Feder sich in der Ruheposition befindet (entspannt ist), d. h. die Stellkraft bzw. Federkraft ist 0. Dabei ist der zweite Auslass offen. 3A shows the state without pressure or PP = PH, ie for example that the engine is off, whereby the return element 12 or the spring is in the rest position (relaxed), ie the actuating force or spring force is 0. The second outlet is open.

Die 3B zeigt die Ventileinheit 100, beispielsweise bei einem in Betrieb befindlichen Triebwerk, wobei der Kraftstoffdruck steigt und PH > PP ist, wie z. B. bei Leerlauf. Der Stellkörper 11 bewegt sich in Richtung der zweiten Kammer 10b, das Rückstellelement 12 in Form der Feder wird gedrückt und der zweite Auslass 6 ist offen.The 3B shows the valve unit 100, for example in an operating engine, where the fuel pressure is increasing and PH > PP, such as when idling. The actuator 11 moves in the direction of the second chamber 10b, the return element 12 in the form of the spring is pressed and the second outlet 6 is open.

3C zeigt einen Betriebszustand, bei dem der Druck weiter ansteigt, wobei PH » PP, z. B. bei Reiseflug oder Start (Take-off). Dabei wird der zweite Auslass 6 bzw. der Eingang der Pilotleitung 6' durch den Stellkörper 11 überdeckt. Die Anordnung der Dichtungen 13 führt dazu, dass der zweite Auslass 6 durch die Mantelfläche des Stellkörpers 11 dicht verschlossen wird. 3C shows an operating state in which the pressure continues to rise, with PH » PP, e.g. during cruise flight or take-off. The second outlet 6 or the inlet of the pilot line 6' is covered by the actuator 11. The arrangement of the seals 13 means that the second outlet 6 is tightly closed by the outer surface of the actuator 11.

4A zeigt den Fall eines Versagens des Rückstellelements 12, insbesondere der Feder, in einem Betriebszustand, bei dem der Druck PH > PP bzw. PH » PP ist. Die versagende Feder wird deshalb durch Verlust der Federkraft komplett zusammengedrückt, der Stellkörper 11 rutscht weiter in die zweite Kammer 10b, sodass der zweite Auslass 6 wieder freigegeben wird. Damit ist eine sichere Funktion der Kraftstoffzuführung zu der Brennkammer bzw. ein sicherer Betrieb des Triebwerks unter allen Umständen gewährleistet, da sowohl die Pilotleitung 6' als auch die Hauptleitung 5' mit Kraftstoff versorgt werden. 4A shows the case of failure of the return element 12, in particular the spring, in an operating state in which the pressure is PH > PP or PH » PP. The failing spring is therefore completely compressed by loss of spring force, the actuator 11 slides further into the second chamber 10b, so that the second outlet 6 is released again. This ensures reliable function of the fuel supply to the combustion chamber or safe operation of the engine under all circumstances, since both the pilot line 6' and the main line 5' are supplied with fuel.

Die 4B zeigt den Fall, dass die Feder gebrochen ist im betriebslosen Zustand bzw. wenn das Triebwerk abgeschaltet ist. Der Stellkörper 11 kann sich frei bewegen und je nach Einbausituation bzw. Lage der Ventileinheit 100 im Triebwerk eine Position in dem Ventilraum 10 einnehmen. Dazu ist eine weitere Sicherheitsposition auf der Seite der ersten Kammer 10a (Hauptkammer) vorhanden, in die der Kolben durch Einschalten einer Kraftstoffpumpe und Aufbau von Druck P0 und damit PH und PP geschoben wird, sodass auch hierbei unter allen Umständen der erste und der zweite Auslass 5, 6 mit der angeschlossenen Hauptleitung 5' und Pilotleitung 6' stets frei sind. In diesem Zustand erstreckt sich die zweite Kammer 10b über ein Volumen des Ventilraums 10, das im Normalbetrieb der ersten Kammer 10a (Hauptkammer) vorbehalten ist. Die erste Kammer 10a wird dabei nicht mehr mit Kraftstoff versorgt, die zweite Kammer 10b umfasst nun sowohl beide Einlässe 8, 9 als auch beide Auslässe 5, 6 für den Kraftstoff.The 4B shows the case where the spring is broken when the engine is not in operation or when the engine is switched off. The actuator 11 can move freely and, depending on the installation situation or position of the valve unit 100 in the engine, can take up a position in the valve chamber 10. For this purpose, there is a further safety position on the side of the first chamber 10a (main chamber), into which the piston is pushed by switching on a fuel pump and building up pressure P0 and thus PH and PP, so that the first and second outlets 5, 6 with the connected main line 5' and pilot line 6' are always free under all circumstances. In this state, the second chamber 10b extends over a volume of the valve chamber 10 that is reserved for the first chamber 10a (main chamber) in normal operation. The first chamber 10a is no longer supplied with fuel, the second chamber 10b now includes both inlets 8, 9 and both outlets 5, 6 for the fuel.

5 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Drücken P0 (in der Sammelleitung bzw. Verteilerleitung 1), PH (erste Kammer 10a, Hauptkammer), pp (Druck in der zweiten Kammer 10b, Pilotkammer), Pp (Druck stromab der zweiten Kammer 10b), Ph (Druck stromab der ersten Kammer 10a) und P30 (Druck am Brennkammereintritt) im Betriebsbereich eines Triebwerks, insbesondere zwischen Leerlauf (Idle) und Start (Take-off). 5 shows in a diagram the relationship between the different pressures P0 (in the manifold or distribution line 1), PH (first chamber 10a, main chamber), pp (pressure in the second chamber 10b, pilot chamber), Pp (pressure downstream of the second chamber 10b), Ph (pressure downstream of the first chamber 10a) and P30 (pressure at the combustion chamber inlet) in the operating range of an engine, in particular between idle and take-off.

Die Einbaulage der Ventileinheit 100 in einer Brennkammeranordnung bzw. einem Triebwerk ist unerheblich, 6A und 6B zeigen zwei unterschiedliche Ausrichtungen einer Ventileinheit 100 in Bezug auf ein Brennkammergehäuse 7. Die Ventileinheit 100 kann z. B. direkt oder in geringem Abstand (radial) oberhalb an oder neben einer Kraftstoffdüse 3 in z. B. waagerechter oder senkrechter Ausrichtung bzgl. der Brennkammerwand angebracht sein.The installation position of the valve unit 100 in a combustion chamber arrangement or an engine is irrelevant, 6A and 6B show two different orientations of a valve unit 100 in relation to a combustion chamber housing 7. The valve unit 100 can be mounted, for example, directly or at a short distance (radially) above or next to a fuel nozzle 3 in, for example, a horizontal or vertical orientation with respect to the combustion chamber wall.

Wie die 7 zeigt, ist es auch möglich, dass über eine Ventileinheit 100 mehrere Kraftstoffdüsen 3 versorgt werden. Dies erfolgt über einen Zweigabschnitt 14, vorliegend ein Y-Stück, welches die Kraftstoffströme gleichmäßig auf in diesem Fall zwei Kraftstoffdüsen 3 aufteilt.As the 7 shows, it is also possible for several fuel nozzles 3 to be supplied via a valve unit 100. This is done via a branch section 14, in this case a Y-piece, which divides the fuel flows evenly between, in this case, two fuel nozzles 3.

Die 8A bis 8G zeigen eine Ausführungsvariante der Ventileinheit 100 mit detaillierterer Darstellung wesentlicher Funktionskomponenten, wobei sich die 8A bis 8G auf verschiedene Betriebszustände der Kraftstoffzuführung beispielsweise in einem Triebwerk beziehen.The 8A to 8G show a variant of the valve unit 100 with a more detailed representation of essential functional components, whereby the 8A to 8G refer to different operating conditions of the fuel supply, for example in an engine.

Im Unterschied zu dem (mehr prinzipiell) in den 3A bis 4B gezeigten Ausführungsbeispiel der Ventileinheit 100 ist der Ventilraum 10 an seinen beiden Enden in einer jeweiligen rechtwinklig zu der längs verlaufenden Ventilraumachse liegenden Übergangsebene jeweils mit einer Zusatzkammer, nämlich mit einer ersten Zusatzkammer 10c auf der Seite der ersten Kammer 10a (Hauptkammer) und einer zweiten Zusatzkammer 10d auf der Seite der zweiten Kammer 10b (Pilotkammer) erweitert, wobei die beiden Zusatzkammern 10c, 10d eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als die erste Kammer 10a bzw. die zweite Kammer 10b, die zueinander gleichen Querschnitt aufweisen. Der Stellkörper 11 weist dementsprechend einen an den Querschnitt der beiden Kammern 10a und 10b angepassten dickeren Abschnitt auf, der von zwei zu der Ventilraumachse senkrechten Stirnflächen begrenzt wird, an die sich jeweils ein Abschnitt dünneren Querschnitts 110, 111 anschließt, der an den Querschnitt der beiden zugeordneten Zusatzkammern 10C bzw. 10D angepasst ist. In der zweiten Zusatzkammer 10d auf Seiten der zweiten Kammer 10b bzw. Pilotkammer ist endseitig das Rückstellelement 12, insbesondere Feder, abgestützt bzw. befestigt, das mit seinem gegenüberliegenden Ende den Stellkörper 11 an der Stirnseite des dünneren Abschnitts 111 desselben abstützt. In der umlaufenden Wandung der zweiten Zusatzkammer 10d ist radialseitig auf einer Seite der betreffende zweite Einlass 9 für den Kraftstoff angeordnet, in dem oder in dessen Nähe das Druckregulierungsmittel 16 (Restriktor) angeordnet ist. In der zweiten Kammer 10b ist auf der dem zweiten Einlass 9 gegenüberliegenden Seite, also axial von dem Ende der zweiten Zusatzkammer 10d bzw. dem zweiten Einlass 9 weg versetzt, der zweite Auslass 6 angeordnet.In contrast to the (more fundamental) 3A to 4B In the embodiment of the valve unit 100 shown, the valve chamber 10 is provided at both its ends in a respective transition plane lying at right angles to the longitudinal valve chamber axis with an additional chamber, namely with a first additional chamber 10c on the side of the first chamber 10a (main chamber) and a second Additional chamber 10d on the side of the second chamber 10b (pilot chamber) is expanded, the two additional chambers 10c, 10d having a smaller cross-sectional area than the first chamber 10a or the second chamber 10b, which have the same cross-section. The actuating body 11 accordingly has a thicker section adapted to the cross-section of the two chambers 10a and 10b, which is delimited by two end faces perpendicular to the valve chamber axis, to which a section of thinner cross-section 110, 111 is connected, which is adapted to the cross-section of the two associated additional chambers 10C or 10D. In the second additional chamber 10d on the side of the second chamber 10b or pilot chamber, the return element 12, in particular a spring, is supported or fastened at the end, which supports the actuating body 11 with its opposite end on the end face of the thinner section 111 thereof. The relevant second inlet 9 for the fuel is arranged radially on one side of the peripheral wall of the second additional chamber 10d, in which or in the vicinity of which the pressure regulating means 16 (restrictor) is arranged. In the second chamber 10b, the second outlet 6 is arranged on the side opposite the second inlet 9, i.e. axially offset from the end of the second additional chamber 10d or the second inlet 9.

Auch auf der der ersten Zusatzkammer 10c zugewandten Stirnseite des Stellkörpers 11 schließt sich an den dickeren Abschnitt ein dünnerer Abschnitt 110 an, der in seinem Querschnitt an den Querschnitt der ersten Zusatzkammer 10c angepasst ist und in diesem verschieblich aufgenommen ist. In diesem der ersten Zusatzkammer 10c zugeordneten dünneren Abschnitt 110 des Stellkörpers 11 ist eine Kanalanordnung 180 ausgebildet, über die Kraftstoff mittels Überbrückung durch eine Bypassleitung 18 in die erste Kammer 10a (Hauptkammer) strömen kann, um dort einen betreffenden Druck auf die zugewandte Stirnseite des dickeren Abschnitts des Stellkörpers 11 auszuüben. Ferner ist auch im Bereich der zweiten Kammer 10b eine weitere Bypassleitung 17 vorgesehen, die einerseits im endseitigen Bereich der zweiten Kammer 10b angeschlossen ist und andererseits in einem von dem Stellkörper 11 mantelseitig abgedeckten Bereich des Ventilraums 10 angeschlossen ist, wenn der Stellkörper 11 an den auch hierbei im Ventilraum 10 vorgesehenen Anschlag 22 mittels des Rückstellelements 12 bzw. der Feder in Anlage gebracht ist. Im Endbereich der ersten Zusatzkammer 10c ist radialseitig der erste Einlass 8 für Kraftstoff sowie ein zugeordnetes Druckregulierungsmittel 15 (Restriktor) angeordnet und diesem radialseitig gegenüber, gegebenenfalls etwas axial zur ersten Kammer 10a hin versetzt, der erste Auslass 5. Bei dem in der 8A gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Anschluss endseitig an die erste Zusatzkammer 10c eine Auffangkammer 19 mit einem, vorzugsweise endseitig, eingebrachten Halteelement 20, insbesondere in Ausbildung als Magnet, angeschlossen, in der im Versagensfalls gegebenenfalls anfallende Bruchstücke von Komponenten im Innern der Ventileinheit 100 aufgenommen werden können, sodass diese die Funktion nicht zusätzlich stören.On the front side of the actuating body 11 facing the first additional chamber 10c, the thicker section is also adjoined by a thinner section 110, the cross section of which is adapted to the cross section of the first additional chamber 10c and is movably accommodated therein. In this thinner section 110 of the actuating body 11 assigned to the first additional chamber 10c, a channel arrangement 180 is formed, via which fuel can flow into the first chamber 10a (main chamber) by bridging through a bypass line 18 in order to exert a corresponding pressure on the facing front side of the thicker section of the actuating body 11. Furthermore, a further bypass line 17 is also provided in the area of the second chamber 10b, which is connected on the one hand in the end area of the second chamber 10b and on the other hand in an area of the valve chamber 10 covered by the actuating body 11 on the jacket side when the actuating body 11 is brought into contact with the stop 22, which is also provided in the valve chamber 10, by means of the return element 12 or the spring. In the end area of the first additional chamber 10c, the first inlet 8 for fuel and an associated pressure regulating means 15 (restrictor) are arranged on the radial side and opposite this on the radial side, possibly slightly offset axially towards the first chamber 10a, is the first outlet 5. In the 8A In the embodiment shown, a collecting chamber 19 with a holding element 20, preferably in the form of a magnet, is connected to the end of the first additional chamber 10c, in which any fragments of components that may arise in the interior of the valve unit 100 in the event of failure can be received so that they do not further disrupt the function.

Wie die 8A und auch die weiteren 8B bis 8G weiterhin zeigen, ist in die zweite Zusatzkammer 10d ergänzend zu dem Rückstellelement 12 in Form der Feder ein zusätzliches elastisches Element 21, insbesondere eine zusätzliche Stützfeder, eingesetzt, die kürzer ist als das Rückstellelement 12 in Form der betreffenden Feder, wodurch bei Anschlag des Stellkörpers 11 in der betreffenden Verschiebeposition eine zusätzliche, erhöhte Stützkraft erzeugt wird. Eine entsprechende oder ähnliche Funktion kann mittels einer Feder mit nichtlinearer Kennlinie erzeugt werden, wie sie in 9 beispielhaft dargestellt ist.As the 8A and also the other 8B to 8G further show, in addition to the return element 12 in the form of the spring, an additional elastic element 21, in particular an additional support spring, is inserted into the second additional chamber 10d, which is shorter than the return element 12 in the form of the spring in question, whereby an additional, increased support force is generated when the actuating body 11 stops in the respective displacement position. A corresponding or similar function can be generated by means of a spring with a non-linear characteristic curve, as shown in 9 is shown as an example.

Das zusätzliche elastische Element 21, insbesondere in Form der kürzeren Stützfeder, oder die Feder mit der nichtlinearen Federkennlinie in der zweiten Zusatzkammer 10d (dabei der steifere Teil) ersetzt einen Anschlag auf der betreffenden (in der Zeichnung linken) Seite für die (Haupt-) Feder bzw. den weicheren Teil der Feder bei Hochlastbedingungen mit PH » PP, da in dieser Situation das Rückstellelement 12 bzw. die betreffende Feder nicht ganz eingedrückt ist, um Raum für die weitere Kolbenverschiebung in einem Notfallszenario (s. unten) zu geben. Im Normalbetrieb verhindert die Stützfeder bzw. der härtere Teil der Feder also ein durch Schwankungen in den Kräfteverhältnissen versehentliches Freigeben des zweiten Auslasses 6 bzw. der Pilotleitung 6' durch den Stellkörper 11 (etwa durch Fliehkräfte im Flug oder Schwankungen im Kraftstoffdruck). Auch hierbei kann im Ventilraum 10 ein Stopper 22 vorgesehen sein, der die Nullposition des Stellkörpers 11 bzw. Kolbens bei entspanntem Rückstellelement 12 markiert.The additional elastic element 21, in particular in the form of the shorter support spring, or the spring with the non-linear spring characteristic in the second additional chamber 10d (the stiffer part) replaces a stop on the relevant side (left in the drawing) for the (main) spring or the softer part of the spring under high load conditions with PH » PP, since in this situation the return element 12 or the relevant spring is not fully depressed in order to provide space for further piston displacement in an emergency scenario (see below). In normal operation, the support spring or the harder part of the spring therefore prevents the second outlet 6 or the pilot line 6' from being accidentally released by the actuating body 11 due to fluctuations in the force ratios (e.g. due to centrifugal forces in flight or fluctuations in the fuel pressure). Here too, a stopper 22 can be provided in the valve chamber 10, which marks the zero position of the actuating body 11 or piston when the return element 12 is relaxed.

Der Sinn der Unterteilung des Ventilraums 10 bzw. der ersten und/oder zweiten Kammer 10a, 10b in mehrere Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts und die entsprechende Aufteilung des Stellkörpers 11 entsprechend in Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts besteht darin, dass die Flächenlast auf die Stirnflächen des Stellkörpers 11 in Folge der Druckdifferenz DP = PH - PP von der Position des Stellkörpers 11 abhängig gemacht werden kann. Dadurch kann eine kompakte Ventileinheit 100 realisiert werden, die über einen extrem weiten Druckbereich arbeiten kann. Für diese Funktionalität sind die genannten Bypassleitungen 17, 18 vorgesehen, die dafür sorgen, dass bei bestimmten Positionen des Stellkörpers 11 die Stirnflächen des dicken Abschnitts auf beiden Seiten denselben Druck sehen und somit aus der Kräftebilanz herausfallen. Diese Funktionsweise wird im Folgenden eingehender erläutert.The purpose of dividing the valve chamber 10 or the first and/or second chamber 10a, 10b into several sections with different cross-sections and the corresponding division of the actuating body 11 into sections with different cross-sections is that the surface load on the front surfaces of the actuating body 11 as a result of the pressure difference DP = PH - PP can be made dependent on the position of the actuating body 11. This makes it possible to create a compact valve unit 100 that can work over an extremely wide pressure range. The bypass lines 17, 18 mentioned are provided for this functionality, which ensure that at certain positions of the actuating body 11 the front surfaces areas of the thick section see the same pressure on both sides and thus fall out of the balance of forces. This functionality is explained in more detail below.

Die 8A zeigt analog den Zustand wie 3A, also die Ruheposition bzw. Nominalposition bei Versorgung einer Hauptstufe und einer Pilotstufe bei Betriebsbedingungen ab der Zündung der Brennkammer 2 bis in den Niederlastbereich. Die Druckdifferenz DP = PH - PP ist 0 oder so gering, dass der Stellkörper 11 allein durch das Rückstellelement 12 in Form der Feder in der rechten Anschlagposition (Anlage am Anschlag 22) gehalten wird. Das Rückstellelement 12 hat also gegebenenfalls eine Vorspannung in der Nominalposition. Der Stellkörper 11 wird auf seinen beiden Stirnseiten über die volle Fläche, also die Stirnflächen der dünnen und dickeren Abschnitte, mit dem betreffenden Druck PP bzw. PH bedruckt. Auf der Seite der ersten Kammer 10a (vorliegend also der rechten Seite) muss dazu der Kraftstoff in der ersten Kammer 10a mit dem Druck PH in dem dicken Abschnitt des Ventilraums 10 beaufschlagt sein. Dazu drückt Kraftstoff in den dortigen dünnen Abschnitt durch die Stirnfläche dann durch die innere Kanalanordnung 180 und dann durch die Bypassleitung 18. Die Kanalanordnung 180 und die Bypassleitung 18 sind vorteilhaft axialsymmetrisch oben und unten (und gegebenenfalls auch in weiteren einander gegenüberliegenden Raumrichtungen) vorhanden, um ein Verkanten des Stellkörpers 11 durch Radiallasten zu verhindern. Auf der Seite der zweiten Kammer 10b des Ventilraums 10 verschließt der dortige dünne Abschnitt 111 des Stellkörpers 11 bzw. Kolbens nicht den Übergang zwischen der zweiten Kammer 10b und der zweiten Zusatzkammer 10d, sodass beide direkt miteinander verbunden sind und denselben Druck haben.The 8A shows the state analogously to 3A , i.e. the rest position or nominal position when supplying a main stage and a pilot stage under operating conditions from the ignition of the combustion chamber 2 up to the low load range. The pressure difference DP = PH - PP is 0 or so small that the actuator 11 is held in the right stop position (contact with stop 22) solely by the return element 12 in the form of the spring. The return element 12 may therefore have a preload in the nominal position. The actuator 11 is pressurized with the relevant pressure PP or PH on both of its front sides over the entire surface, i.e. the front surfaces of the thin and thicker sections. On the side of the first chamber 10a (in this case the right-hand side), the fuel in the first chamber 10a must be pressurized with the pressure PH in the thick section of the valve chamber 10. To do this, fuel presses into the thin section there through the front surface, then through the inner channel arrangement 180 and then through the bypass line 18. The channel arrangement 180 and the bypass line 18 are advantageously axially symmetrical at the top and bottom (and possibly also in other opposing spatial directions) in order to prevent the actuating body 11 from jamming due to radial loads. On the side of the second chamber 10b of the valve chamber 10, the thin section 111 of the actuating body 11 or piston does not close the transition between the second chamber 10b and the second additional chamber 10d, so that both are directly connected to one another and have the same pressure.

8B zeigt die gleiche Ventileinheit wie 10A jedoch bei einem höheren Betriebszustand, wobei z. B. das Triebwerk über den Niederlastbereich hinaus hochgefahren ist. Dabei ist der zweite Auslass 6 zur Pilotleitung 6' verschlossen. Durch die zunehmende absolute Druckdifferenz DP zwischen dem Druck PH der ersten Kammer und PP der zweiten Kammer hat sich der Stellkörper 11 entgegen der Federkraft des Rückstellelements 12 bzw. der Feder verschoben. Bei dieser Bedingung verschließt die Mantelfläche des dicken Abschnitts des Stellkörpers 11 gerade den zweiten Auslass 6 zu der Pilotleitung 6' und deaktiviert damit die Kraftstoffversorgung der Kraftstoffdüse über die Pilotstufe. Im Übrigen entspricht die Situation derjenigen der 8A. 8B shows the same valve unit as 10A but at a higher operating state, where, for example, the engine has been revved up beyond the low-load range. The second outlet 6 to the pilot line 6' is closed. Due to the increasing absolute pressure difference DP between the pressure PH of the first chamber and PP of the second chamber, the actuator 11 has moved against the spring force of the return element 12 or the spring. In this condition, the outer surface of the thick section of the actuator 11 closes the second outlet 6 to the pilot line 6' and thus deactivates the fuel supply to the fuel nozzle via the pilot stage. Otherwise, the situation corresponds to that of the 8A .

8C zeigt die Ventileinheit 100 bei einem weiter erhöhten Betriebszustand. Dabei werden der dicke Abschnitt des Stellkörpers 11 und die erste und zweite Kammer 10a, 10b funktionell ausgekoppelt, um Verschiebungen im Mittellast- und Hochlastbetrieb zu reduzieren. Der zweite Auslass 6 ist dabei verschlossen. Da die absolute Druckdifferenz DP bei Betriebspunkten oberhalb des Niederlastbereichs sehr stark ansteigt, kann die Position des Stellkörpers 11 nicht mehr allein durch die Rückstellkraft des Rückstellelements 12 bzw. die Federkraft in einem sinnvollen Maße reguliert werden (es würde sich eine extrem lange Ventileinheit ergeben). Daher wird die Flächenlast auf den Stellkörper 11 reduziert. Hierzu wird die erste Kammer 10a ausgekoppelt, indem die kolbeninternen Kanäle der Kanalanordnung 180 gegenüber dem Eintritt der Bypassleitung 18 sich so verschieben, dass dieser verschlossen wird. Gleichzeitig werden die erste und die zweite Kammer 10a und 10b durch die andere Bypassleitung 17 auf beiden Seiten des Stellkörpers 11 miteinander verbunden, da die Mantelfläche des dicken Abschnitts des Stellkörpers 11 diese nun auf der Seite der ersten Kammer 10a freigibt. Die zweite Kammer 10b wird hingegen von der zweiten Zusatzkammer 10d getrennt, da der zugeordnete dünne Abschnitt des Stellkörpers 11 sich nun in die Übergangsebene schiebt. In der zweiten Kammer 10b stellt sich nun durch die Verbindung der ersten und der zweiten Kammer 10a, 10b ein mittlerer Druck PM ein. Verschiebt sich der Stellkörper 11 noch weiter in Richtung zweiter Kammer 10b bzw. zweiter Zusatzkammer 10d, wird Kraftstoff über die weitere Bypassleitung 17 von der zweiten Kammer 10b in die erste Kammer 10a bewegt. Somit verhindert der nun auf beiden Seiten des Stellkörpers 11 in der ersten bzw. zweiten Kammer 10a, 10b eingeschlossene Kraftstoff nicht die Bewegung des Stellkörpers 11. 8C shows the valve unit 100 in a further increased operating state. The thick section of the actuator 11 and the first and second chambers 10a, 10b are functionally decoupled in order to reduce shifts in medium load and high load operation. The second outlet 6 is closed. Since the absolute pressure difference DP increases very sharply at operating points above the low load range, the position of the actuator 11 can no longer be regulated to a reasonable extent solely by the restoring force of the restoring element 12 or the spring force (this would result in an extremely long valve unit). The surface load on the actuator 11 is therefore reduced. To do this, the first chamber 10a is decoupled by shifting the piston-internal channels of the channel arrangement 180 relative to the inlet of the bypass line 18 in such a way that it is closed. At the same time, the first and second chambers 10a and 10b are connected to one another by the other bypass line 17 on both sides of the actuating body 11, since the outer surface of the thick section of the actuating body 11 now exposes it on the side of the first chamber 10a. The second chamber 10b, on the other hand, is separated from the second additional chamber 10d, since the associated thin section of the actuating body 11 now moves into the transition plane. A medium pressure PM is now established in the second chamber 10b due to the connection of the first and second chambers 10a, 10b. If the actuating body 11 moves even further in the direction of the second chamber 10b or second additional chamber 10d, fuel is moved from the second chamber 10b into the first chamber 10a via the further bypass line 17. Thus, the fuel now enclosed on both sides of the actuator 11 in the first and second chambers 10a, 10b does not prevent the movement of the actuator 11.

Die 8D zeigt die Ventileinheit der 8A bei Hochlastbetrieb, wobei der in die zweite Zusatzkammer 10d geschobene zweite bzw. dünnere Abschnitt 111 stirnseitig in Kontakt mit der zugewandten Endseite des elastischen Elements 21 in Form der Stützfeder tritt. Dabei ist der zweite Auslass 6 weiterhin verschlossen. Der Stellkörper 11 ist im Hochlastbetrieb nahe seiner Endposition für den Normalbetrieb. Die Situation ist ähnlich wie in 8C, nur dass nun die Stirnfläche des zugekehrten dünnen Abschnitts 111 des Stellkörpers 11 auf der Stützfeder aufliegt. Die Aufgabe der Stützfeder bzw. des elastischen Elements 21 ist es, weitere Verschiebungen des Stellkörpers 11 zu dämpfen. Die Stützfeder ersetzt faktisch einen Anschlag in der zweiten Zusatzkammer 10d, um die in den nachfolgenden 8E und 8F illustrierten und weiter unten beschriebenen Fehlerkonfigurationen bzw. -szenarien zu ermöglichen. Der zweite Auslass 6 wird weiterhin von der Mantelfläche des dicken Abschnitts des Stellkörpers 11 verschlossen, allerdings mittlerweile durch dessen der ersten Kammer 10a zugekehrter Seite.The 8D shows the valve unit of the 8A during high-load operation, the second or thinner section 111 pushed into the second additional chamber 10d comes into contact with the facing end side of the elastic element 21 in the form of the support spring. The second outlet 6 remains closed. The actuator 11 is in high-load operation close to its end position for normal operation. The situation is similar to that in 8C , only that now the front surface of the facing thin section 111 of the adjusting body 11 rests on the support spring. The task of the support spring or the elastic element 21 is to dampen further displacements of the adjusting body 11. The support spring actually replaces a stop in the second additional chamber 10d in order to compensate for the 8E and 8F illustrated and described below. The second outlet 6 continues to be closed by the outer surface of the thick section of the actuating body 11, but now by its side facing the first chamber 10a.

8E zeigt die Ventileinheit 100 bei Startvolllast, wobei sich der Stellkörper 11 in dem Ventilraum 10 in der Endposition befindet und der zweite Auslass 6 bzw. die Pilotleitung 6' weiterhin verschlossen ist. Die Situation ist nahezu gleich wie in 8D. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Stützfeder bei Startvolllast wegen der nun maximalen Druckdifferenz zwischen PH und PP leicht belastet wird. 8E shows the valve unit 100 at full load at start-up, with the actuator 11 in the valve chamber 10 in the end position and the second outlet 6 or the pilot line 6' still closed. The situation is almost the same as in 8D The main difference is that the support spring is slightly loaded at full start-up load due to the now maximum pressure difference between PH and PP.

Die 8F zeigt die Ventileinheit 100 bei einem Versagensfall des Rückstellelements 12, insbesondere in Form der Feder, bei Niederlastbedingung. Die Pilotstufe der Brennkammeranordnung bzw. des Triebwerks wird dabei über die erste Kammer 10a gespeist. Das Rückstellelement 12 bzw. die (Haupt-) Feder ist bei der niedrigsten Bedingung, bei der im Normalbetrieb der zweite Auslass 6 bzw. die Pilotleitung 6' verschlossen wird, gebrochen. Da das Rückstellelement 12 in Form der Feder nun nicht mehr den Druck PP unterstützt, wird der Stellkörper 11 durch den Druck PH soweit in Richtung der zweiten Kammer 10b gedrückt, dass der Auslass 6 wieder freigegeben wird, allerdings gegenüber der ersten Kammer 10a. Sollte das elastische Element 21 in Form der Stützfeder weiterhin intakt sein, so ist ihre Federkonstante allein nicht ausreichend, um den Stellkörper 11 in einer Position zu halten, die den zweiten Auslass 6 bzw. die Pilotleitung 6' verschließt. In diesem Notfallszenario soll die Ventileinheit 100 die Pilotstufe dauerhaft mit Kraftstoff speisen, um so die Verbrennung über die Kraftstoffdüse 3 in allen Situationen zu gewährleisten. Die gesamte erste und zweite Kammer 10a, 10b wird nun mit dem Druck PH bedruckt, da der Stellkörper 11 nun keine der Bypassleitungen 17 und 18 blockiert. Auch die internen Kanäle der Kanalanordnung 180 in dem der ersten Zusatzkammer 10c zugeordneten ersten bzw. dünnen Abschnitt 110 des Stellkörpers 11 verbinden nun die erste Zusatzkammer 10c mit der ersten und über die Bypassleitung 17 mit der zweiten Kammer 10a, 10b des Ventilraums 10. Die Stirnflächen des dicken Abschnitts des Stellkörpers 11 haben daher keinen Einfluss auf die Position des Stellkörpers 11.The 8F shows the valve unit 100 in the event of a failure of the reset element 12, in particular in the form of the spring, under low load conditions. The pilot stage of the combustion chamber arrangement or the engine is fed via the first chamber 10a. The reset element 12 or the (main) spring is broken under the lowest condition, in which the second outlet 6 or the pilot line 6' is closed in normal operation. Since the reset element 12 in the form of the spring no longer supports the pressure PP, the actuating body 11 is pressed by the pressure PH in the direction of the second chamber 10b so far that the outlet 6 is released again, but opposite the first chamber 10a. If the elastic element 21 in the form of the support spring is still intact, its spring constant alone is not sufficient to hold the actuating body 11 in a position that closes the second outlet 6 or the pilot line 6'. In this emergency scenario, the valve unit 100 is intended to continuously supply the pilot stage with fuel in order to ensure combustion via the fuel nozzle 3 in all situations. The entire first and second chambers 10a, 10b are now pressurized with the pressure PH, since the actuator 11 is now not blocking any of the bypass lines 17 and 18. The internal channels of the channel arrangement 180 in the first or thin section 110 of the actuator 11 assigned to the first additional chamber 10c now also connect the first additional chamber 10c to the first and, via the bypass line 17, to the second chamber 10a, 10b of the valve chamber 10. The end faces of the thick section of the actuator 11 therefore have no influence on the position of the actuator 11.

Bei einem in der 8G dargestellten weiteren Fehlerfall, bei dem das Rückstellelement 12 in Form der Feder versagt, ist die Ventileinheit 100 bei Hochlastbedingungen bis einschließlich Volllast (Start bzw. Take-off) dargestellt. Die Pilotstufe wird über die erste Kammer 10a (Hauptkammer) gespeist. Das Szenario ist vergleichbar mit demjenigen der 8F, nur dass bei Hochlast der Druck PH so groß ist, dass der Stellkörper 11 soweit in Richtung zweiter Zusatzkammer 10d gedrückt wird, dass er innerhalb der zweiten Kammer 10b in dem Ventilraum 10 seitlich anschlägt.In one of the 8G In the further fault case shown, in which the return element 12 in the form of the spring fails, the valve unit 100 is shown under high load conditions up to and including full load (start or take-off). The pilot stage is fed via the first chamber 10a (main chamber). The scenario is comparable to that of the 8F , except that at high load the pressure PH is so great that the actuating body 11 is pressed so far in the direction of the second additional chamber 10d that it strikes laterally within the second chamber 10b in the valve chamber 10.

10 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Ventileinheit 100, wobei gegenüber der Darstellung nach den 8A bis 8G der Aufbau in der Weise vereinfacht ist, dass die erste Zusatzkammer 10c und der entsprechende dünne erste Abschnitt 110 des Stellkörpers 11 sowie die Bypassleitung 18 zwischen der ersten Kammer 10a und der ersten Zusatzkammer 10c fehlen. Die Funktion ist im Übrigen analog zur obigen Beschreibung. Ist der Stellkörper 11 ab einer bestimmten Druckdifferenz DP = PH - PP zur zweiten Zusatzkammer 10d, in der 10 also nach links, verschoben, so trennt der betreffende dünne Abschnitt 111 des Stellkörpers 11 die zweite Kammer 10b (die hierbei keine Zwischenkammer im eigentlichen Sinne ist) von der zweiten Zusatzkammer 10d ab und die Bypassleitung 17 wird freigegeben, wie in der 10 dargestellt. Dadurch herrscht nun in der zweiten Kammer 10b ebenfalls nur noch der Druck PH. Infolgedessen ist in der Kräftebilanz der Druckkräfte an dem Stellkörper 11 der Anteil der auf Seiten der ersten Kammer 10a liegenden Stirnfläche des Stellkörpers 11, der über die Stirnfläche des dünnen Abschnitts 111 des Stellkörpers 11 auf der Seite der zweiten Zusatzkammer 10d hinausgeht, eliminiert. Derselbe Effekt wird auch mit der komplexeren Geometrie erzeugt, die in den erläuterten 8A bis 8F gezeigt ist, nur dass die zweite Kammer 10b dort mit einem recht niedrigen mittleren Druck PM bedruckt ist, während hier der Druck PH in der zweiten Kammer 10b vorliegt. Das bedeutet, dass über die Bypassleitung 17 bei weiterem Verschieben des Stellkörpers 11 auch Kraftstoff mit dem Druck PH (statt mit PM wie in der komplexeren Ausführung nach den 8A bis 8G) bewegt wird. Das ist ein Nachteil dieser einfacheren Ausführungsvariante: die Bewegung von Kraftstoff hohen Drucks PH in der Bypassleitung 17 bedeutet einen höheren Reibungsverlust als mit PM. Infolgedessen verschiebt sich der Stellkörper 11 bei Änderung des Kraftstoffdrucks P0 langsamer zu seiner nächsten Position. Das kann bei Flugtriebwerken, bei denen aus Sicherheitsgründen schnelle Lastwechsel erforderlich sind (z. B. bei Startabbruch und dabei erfolgender schneller Kraftstoffrücknahme oder bei Durchstarten bei Landeabbruch und dabei erfolgender schneller Kraftstofferhöhung), nachteilig sein. Von Vorteil ist hingegen die einfachere und kompaktere Bauweise dieser Ausführungsvariante. 10 shows a further embodiment of the valve unit 100, whereby compared to the illustration according to the 8A to 8G the structure is simplified in such a way that the first additional chamber 10c and the corresponding thin first section 110 of the actuator 11 as well as the bypass line 18 between the first chamber 10a and the first additional chamber 10c are missing. The function is otherwise analogous to the above description. If the actuator 11 is above a certain pressure difference DP = PH - PP to the second additional chamber 10d, in the 10 i.e. to the left, the respective thin section 111 of the adjusting body 11 separates the second chamber 10b (which is not an intermediate chamber in the true sense) from the second additional chamber 10d and the bypass line 17 is released, as shown in the 10 As a result, the pressure in the second chamber 10b is now only PH. As a result, in the balance of pressure forces on the actuator 11, the portion of the front surface of the actuator 11 on the side of the first chamber 10a that extends beyond the front surface of the thin section 111 of the actuator 11 on the side of the second additional chamber 10d is eliminated. The same effect is also produced with the more complex geometry, which is explained in the 8A to 8F is shown, except that the second chamber 10b is pressurized with a relatively low average pressure PM, while here the pressure PH is present in the second chamber 10b. This means that, when the actuator 11 is moved further, fuel with the pressure PH (instead of with PM as in the more complex version according to the 8A to 8G) is moved. This is a disadvantage of this simpler design variant: the movement of high-pressure fuel PH in the bypass line 17 means a higher friction loss than with PM. As a result, the actuator 11 moves more slowly to its next position when the fuel pressure P0 changes. This can be disadvantageous in aircraft engines where rapid load changes are required for safety reasons (e.g. in the event of an aborted takeoff and a rapid reduction in fuel or in the event of a go-around after an aborted landing and a rapid increase in fuel). The advantage, however, is the simpler and more compact design of this design variant.

Bei den Ausführungen der Ventileinheit 100 gemäß den 8A bis 8G und 10 sind die Längen der Zusatzkammer(n) 10c, 10d sowie des dünneren und dickeren Abschnitts 110, 111 des Stellkörpers 11 sowie auch der ersten und zweiten Kammer 10a, 10b und die Länge des dicken Abschnitts des Stellkörpers 11 entsprechend dem Verschiebeweg und der Druckkräfte und Stellkraft abgestimmt, um die genannte Funktionsweise sicherzustellen. Entsprechendes gilt auch für die Anordnung der Bypassleitungen 17, 18 sowie der Kanalanordnung 180 und weiterhin der Einlässe 8, 9 und Auslässe 5, 6 am Gehäuse 101.In the versions of the valve unit 100 according to the 8A to 8G and 10 the lengths of the additional chamber(s) 10c, 10d and the thinner and thicker sections 110, 111 of the actuating body 11 as well as the first and second chambers 10a, 10b and the length of the thicker section of the actuating body 11 are coordinated according to the displacement path and the pressure forces and actuating force in order to ensure the above-mentioned functionality. The same applies to the arrangement of the bypass lines 17, 18 and the channel arrangement 180 and also the inlets 8, 9 and outlets 5, 6 on the housing 101.

9 zeigt in Teilabbildungen a), b) und c) in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Feder mit nichtlinearer Kennlinie in drei verschiedenen Belastungszuständen. Der nichtlineare Zusammenhang zwischen Kraft und Weg beim Zusammendrücken der als Druckfeder ausgebildeten Feder wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass der Drahtdurchmesser des Federdrahts vorliegend bei konstantem mittleren Durchmesser D1 der Feder über die Federlänge variiert, und zwar bei der dargestellten Ausführung von einem maximalen Drahtdurchmesser d1 bis zu einem minimalen Drahtdurchmesser d2 abnimmt. Dabei nimmt auch der äußere Durchmesser D2 der Feder ab. Alternativ kann der äußere Durchmesser D2 oder der innere Durchmesser der Feder bei variierendem Durchmesser des Federdrahts konstant gehalten werden. Alternative Ausführungen der Feder unter Anpassung der Federkennlinie an die Ausbildung der Ventileinheit 100 können durch sich verändernden Windungsdurchmesser oder Windungswinkel realisiert werden. Federausführungen mit nichtlinearer Federkennlinie und Herstellungsverfahren sind in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin (internes Aktenzeichen 2022/D00733) angegeben. Wie 9 in den Teilbildern a), b) und c) zeigt, federt mit zunehmender Belastung zunächst der weiche Bereich der Feder, der aus dem geringeren Federdrahtdurchmesser resultiert, zuerst ein und wenn die Windungen in dem weichen Bereich aufeinanderliegen, kommt der härtere Bereich (mit höherer Federkonstante) zur Wirkung. 9 shows in partial figures a), b) and c) a schematic representation of an embodiment of a spring with a non-linear characteristic curve in three different load states. The non-linear relationship between force and path when compressing the spring designed as a compression spring is advantageously achieved in that the wire diameter of the spring wire varies over the length of the spring with a constant average diameter D1 of the spring, and in the embodiment shown decreases from a maximum wire diameter d1 to a minimum wire diameter d2. The outer diameter D2 of the spring also decreases. Alternatively, the outer diameter D2 or the inner diameter of the spring can be kept constant with a varying diameter of the spring wire. Alternative designs of the spring with adaptation of the spring characteristic curve to the design of the valve unit 100 can be realized by changing the coil diameter or coil angle. Spring designs with a non-linear spring characteristic curve and manufacturing processes are specified in another patent application by the applicant (internal file number 2022/D00733). How 9 As shown in the partial figures a), b) and c), with increasing load the soft area of the spring, which results from the smaller spring wire diameter, compresses first and when the coils in the soft area lie on top of each other the harder area (with a higher spring constant) comes into effect.

In einer Ausführungsvariante kann die Ventileinheit 100 derart gestaltet sein, dass über einen bestimmten Betriebsbereich (der stationär oder transient durchfahren wird) sowohl die Pilotleitung 6' als auch die Hauptleitung 5' mit Kraftstoff versorgt werden. Dies geschieht hauptsächlich zu dem Zweck, den Übergang von der einen zur anderen Kraftstoffversorgungsleitung fließend zu gestalten. Eine solche Ausbildungsvariante ist in 11 gezeigt. Beispielhaft zeigt diese Fig. den Stellkörper 11 in einer Position, in welcher der zweite Auslass 6 bzw. die Pilotleitung 6' vollständig frei gegeben ist und der erste Auslass 5 bzw. die Hauptleitung 5' weitgehend freigegeben ist.In one embodiment, the valve unit 100 can be designed in such a way that both the pilot line 6' and the main line 5' are supplied with fuel over a certain operating range (which is passed through stationary or transiently). This is done primarily for the purpose of making the transition from one fuel supply line to the other smooth. Such a design variant is described in 11 shown. By way of example, this figure shows the actuating body 11 in a position in which the second outlet 6 or the pilot line 6' is completely exposed and the first outlet 5 or the main line 5' is largely exposed.

Eine weitere Ausführungsvariante ist in 12 dargestellt. Die 12 zeigt zwei weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, um den Übergang von der einen zur anderen Kraftstoffversorgung (Hauptversorgung, Pilotversorgung) zu beeinflussen. Zum einen sind die Übergänge vom Ventilraum 10 in die Hauptleitung 5' und Pilotleitung 6' im Bereich des ersten und des zweiten Auslasses 5, 6 trichterförmig gestaltet. Damit lässt sich der Betriebsbereich (bzw. der Bereich der Stellung des Stellkörpers 11), in dem beide Kraftstoffleitungen mit Kraftstoff versorgt werden, in einer gewünschten Weise ausdehnen. Eine weitere Einstellmöglichkeit der Kraftstoffversorgung ergibt sich dadurch, dass die Übergänge mit Querschnitten versehen werden, welche zusätzlich die Aufteilung des Kraftstoffstroms zwischen der Pilotstufe und der Hauptstufe während der Übergangsphase in einer definierten Weise beeinflussen. Diese Querschnitte können beispielsweise dreieckig, rautenförmig oder oval sein oder eine andere den Kraftstoffstrom geeignet beeinflussende Querschnittsform aufweisen.Another variant is in 12 shown. The 12 shows two further design options for influencing the transition from one fuel supply to the other (main supply, pilot supply). Firstly, the transitions from the valve chamber 10 into the main line 5' and pilot line 6' in the area of the first and second outlets 5, 6 are funnel-shaped. This allows the operating range (or the range of the position of the actuator 11) in which both fuel lines are supplied with fuel to be expanded in a desired manner. Another option for adjusting the fuel supply is that the transitions are provided with cross sections which additionally influence the distribution of the fuel flow between the pilot stage and the main stage during the transition phase in a defined manner. These cross sections can be triangular, diamond-shaped or oval, for example, or have another cross-sectional shape which appropriately influences the fuel flow.

Um unerwünschte Kraftstoffflüsse zwischen der Innenwandung des Ventilgehäuses und den Mantelflächen des Stellkörpers 11 zu minimieren bzw. zu beseitigen, können die genannten Dichtmittel 13 an verschiedenen Positionen des Stellkörpers 13 umlaufend angeordnet sein und z. B. aus in Nuten eingelegten O-Ringen bestehen, wie in den sowie 11 und 12 gezeigt. Alternativ kann die Abdichtung bei genügender Fertigungsgenauigkeit der Oberfläche des Stellkörpers 11 und der den Ventilraum 10 umgebenden Wand (im µm-Bereich) auch ohne zusätzliche Dichtmittel erreicht werden.In order to minimize or eliminate undesirable fuel flows between the inner wall of the valve housing and the outer surfaces of the actuator body 11, the sealing means 13 mentioned can be arranged at various positions of the actuator body 13 and can consist, for example, of O-rings inserted in grooves, as shown in the and 11 and 12. Alternatively, sealing can also be achieved without additional sealing agents if the surface of the actuating body 11 and the wall surrounding the valve chamber 10 are manufactured with sufficient precision (in the µm range).

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

BezeichnungDesignation 100100 Ventileinheitvalve unit 101101 GehäuseHousing 180180 Kanalanordnungchannel arrangement 11 Verteilerleitungdistribution line ManifoldManifold 22 Brennkammercombustion chamber 33 Kraftstoffdüsefuel nozzle 44 Vorkammerantechamber 55 erster Auslassfirst outlet 5'5' Kraftstoff Hauptleitungfuel main line 66 zweiter Auslasssecond outlet 6'6' Kraftstoff Pilotleitungfuel pilot line 77 Brennkammergehäusecombustion chamber housing 88 erster Einlassfirst admission Kraftstoff Hauptleitungfuel main line 99 zweiter Einlasssecond entrance Kraftstoff Pilotstufefuel pilot stage 1010 Ventilraumvalve chamber 110110 erster Abschnittfirst section 111111 zweiter Abschnittsecond section 10a10a erste Kammerfirst chamber Hauptkammer -> Ventilraum auf HauptstufenseiteMain chamber -> valve chamber on main stage side 10b10b zweite Kammersecond chamber Pilotkammer -> Ventilraum auf PilotseitePilot chamber -> valve chamber on pilot side 10c10c erste Zusatzkammerfirst additional chamber 10d10d zweite Zusatzkammersecond additional chamber 1111 Stellkörperactuator KolbenPistons 1212 Rückstellelementreset element FederFeather 1313 Dichtmittelsealant 1414 Zweigabschnittbranch section Y-StückY-piece 1515 Druckregulierungsmittelpressure regulator Restriktorrestrictor 1616 Druckregulierungsmittelpressure regulator Restriktorrestrictor 1717 Bypassleitungbypass line 1818 Bypassleitungbypass line 1919 Auffangkammercollection chamber 2020 Halteelementholding element Magnetmagnet 2121 elastisches Elementelastic element Stützfedersupport spring 2222 Anschlagstop P0P0 Druck Sammelleitungpressure manifold PHPH Druck erste Kammerpressure first chamber Hauptstufemain level PhPh Druck stromab erster Kammerpressure downstream of the first chamber PMPM mittlerer Druckmedium pressure PPPP Druck zweite Kammerpressure second chamber PpPp Druck stromab zweiter Kammerpressure downstream of the second chamber P30P30 Druck Brennkammereintrittpressure combustion chamber inlet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 11215121 B2 [0003]
US 6058694 A [0004]
US 11230980 B2 [0004]

Claims

Valve unit (100) with a valve chamber (10) arranged in a housing (101), in particular a cylindrical valve chamber, which is divided by means of an adjusting body (11) arranged in the valve chamber (10) in an adjustable and fluid-tight manner into two fluid-tightly separated chambers through which fuel can or does flow, a first chamber (10a) and a second chamber (10b), wherein - the valve chamber (10) has a first inlet (8) for supplying a first fuel, in particular main fuel, and a second inlet (9) for supplying a second fuel, in particular pilot fuel, - the valve chamber (10) has a first outlet (5), in particular for supplying fuel to an engine main stage, and a second outlet (6), in particular for supplying fuel to an engine pilot stage, and - the valve unit (100) has a valve chamber arranged in one of the chambers (10a, 10b), in particular in the second chamber (10b), has an elastic return element (12), in particular a spring, coupled to the actuating body (10) in a force-transmitting manner, characterized in that the valve unit (100) is designed such that an actuating force for positioning the actuating body (11) within the valve chamber (10) is generated by an interaction of a return force of the return element (12) with a pressure difference existing between the chambers (10a, 10b), the pressure difference resulting between the fuel pressures within the chambers (10a, 10b).

Valve unit (100) after claim 1 , characterized in that the valve unit (100) is assigned at least one pressure regulating means which is arranged for setting a pressure ratio between the first chamber (10a) and the second chamber (10b), preferably upstream of the valve chamber (10), for generating a defined fuel ratio between the first fuel and the second fuel, wherein preferably a lower pressure can be generated or is generated in the second chamber (10b) than in the first chamber (10a).

Valve unit (100) after claim 2 , characterized in that the at least one pressure regulating means is designed as a passive flow element which is non-adjustable during operation, in particular having a constriction of the flow cross-section.

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve unit (100) can assume a regular configuration and/or a fault configuration, wherein - in the regular configuration, the actuating body (11) is arranged within the valve chamber (10) in such a way that during operation in a first actuating mode, the first inlet (8), and not the second inlet (9), is in flow connection with the first outlet (5) through the first chamber (10a) and/or that the second inlet (9), and not the first inlet (8), is in flow connection with the second outlet (6) through the second chamber (10b) and in a second actuating mode, at least the second outlet (6) is blocked by the actuating body (11) so that no flow through the second outlet (6) takes place and/or - in the fault configuration, the actuating body (11) is arranged within the valve chamber (10) next to the outlets (5, 6) in such a way that during operation both outlets (5, 6) are in flow connection with at least one identical inlet (8, 9) for fuel supply.

Valve unit (100) after claim 4 , characterized in that the reset element (12) is designed such that in the regular configuration the first control mode is set without a pressure difference, e.g. when the engine is switched off, and/or when there is a small pressure difference between the chambers (10a, 10b), e.g. in a low load range of an engine, and/or the second control mode is set when the pressure difference is higher than the small pressure difference, e.g. in a medium and/or high load range.

Valve unit (100) after claim 4 or 5 , characterized in that in the fault configuration in a first fault position the actuating body (11) is positioned further in the direction of the return element (12) compared to the regular configuration, in particular while reducing the size of the second chamber (10b).

Valve unit (100) according to one of the Claims 4 until 6 , characterized in that in the fault configuration in a second fault position the actuating body (11) is moved further in the direction of an end of the valve chamber (10) opposite the reset element (12) compared to the regular configuration. is positioned, in particular by reducing the size of the first chamber (10a), so that the first inlet (8) is in flow connection with the second chamber (10b).

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve chamber (10) is elongated, in particular cylindrical, and/or has a constant cross-section or sections of different cross-sections over its length, wherein the cross-section is constant within the sections.

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting body (11) is arranged in the valve chamber (10) so as to be axially displaceable in the longitudinal direction, wherein the adjusting body (11) has, in particular, a corresponding cross section to the valve chamber (10) in order to be in fluid-tight contact with the inner walls of the valve chamber (10), preferably with the interposition of at least one sealing means.

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a collecting chamber (19) for receiving fragments of elements present in the valve chamber (10), in particular the actuating body (11) and/or the return element (12), is arranged on the valve chamber (10), in particular on the chamber (10a) not containing the return element (12), wherein a holding element (20), in particular a magnet, is arranged in the collecting chamber (19).

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the reset element (12), a second elastic element (21), in particular a support spring, is arranged on the side of the reset element (12), which is shorter than the reset element (12) and is designed to interact with the reset element (12), in particular under high load conditions, and for example has a lower elasticity than the reset element (12) in order to support its restoring force, or that a spring with a non-linear restoring force over the spring travel is used as the reset element (12).

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that within the valve chamber (10), in particular in the first chamber (10a), at least one stop element (22) is arranged, which limits the movement of the actuating body (11) by the return element (12) at a zero position.

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve chamber (10) has sections of different cross-sections, wherein in the valve chamber (10) a first additional chamber (10c) of smaller cross-section is formed on the side of the first chamber (10a) adjoining the first chamber (10a) in the axial direction and/or a second additional chamber (10d) of smaller cross-section is formed on the side of the second chamber (10b) adjoining the first chamber (10a) in the opposite axial direction, and that the actuating body (11) which is displaceable in the valve chamber has sections with a thicker and thinner cross-section corresponding to the first and second chambers (10a, 10b) and the first and/or second additional chamber (10c, 10d).

Valve unit (100) after claim 13 , characterized in that , when the first and second additional chambers (10c, 10d) are present, the respective first and second inlets (8, 9) are arranged on the respective additional chamber (10c, 10d), the first outlet (5) on the first additional chamber (10c) and the second outlet (6) on the second chamber (10b), and that, when designed without the first additional chamber, the first inlet (8) and the first outlet (5) are arranged on the first chamber (10a), the second inlet (9) on the second additional chamber (10d) and the second outlet (6) on the second chamber (10b).

Valve unit (100) after claim 13 or 14 , characterized in that at least one bypass line (17, 18) is present parallel to the valve chamber (10), which is/are arranged such that at certain positions of the actuating body (11) in the valve chamber (10) the two end faces of the thicker section are exposed to the same pressure on both sides.

Valve unit (100) after claim 15 , characterized in that in the presence of the first additional chamber (10c) and the corresponding section of thinner cross-section of the adjusting body (11), a channel arrangement (180) is formed in this section in order to form an inlet region of the first th additional chamber (10c) with the first chamber (10a) via the associated bypass line (18) in a fluid-conducting manner.

Valve unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the transitions from the valve chamber (10) into the first or the second outlet (5, 6) is tapered in a funnel shape towards an adjoining line section or has a cross-section which influences the division of the fuel flow between the pilot fuel and the main fuel in a defined manner.

Fuel supply system for supplying a gas turbine arrangement, in particular an aircraft, with fuel, comprising a valve unit (100) according to one of the preceding claims.

fuel supply system after claim 18 , characterized in that a single valve unit (100) is designed to supply several main stages and/or pilot stages with fuel, wherein downstream of the valve unit (100) in a main line (50) and/or in a pilot line (60), if necessary in each case, a branch section (14) is arranged.

Gas turbine arrangement with a combustion chamber arrangement and a fuel supply system comprising at least one valve unit (100) according to one of the Claims 1 until 17 and a turbine arrangement.

Method for operating a fuel supply system of a gas turbine arrangement, in particular of an aircraft, in which a valve unit (100) according to one of the Claims 1 until 17 is used.