DE1250686B - Absperrventil fur eine Treibstoffkomponente eines Raketentnebwerks - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 46 g-1/05

Nummer: 1250 686

Aktenzeichen: B 781301 a/46 g.

Anmeldetag: 17. August 1964

Auslegetag: 21. September 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil, das zwischen einer Treibstoffpumpe und einer Brennereinrichtung eines mit Wasserstoffsuperoxyd als einem der Treibstoffe betriebenen Raketentriebwerks liegt und ein Gehäuse mit zwei im Abstand voneinander liegenden Ventilsitzen sowie zwei koaxial angeordneten Ventilgliedern aufweist, die je mit einem Sitz zusammenwirken und von denen das eine so betätigbar ist, daß es den Durchfluß des Treibstoffs von der Treibstoffpumpe durch das Gehäuse zum Brenner regelt, während das andere derart betätigbar ist, daß es eine Entlüftung steuert, die mit dem im Gehäuse zwischen den Ventilsitzen befindlichen Raum in Verbindung steht, so daß, wenn das den Treibstoff regelnde Ventil geschlossen ist, sämtlicher Treibstoff aus dem Raum im Gehäuse abgelassen wird, wobei eine federnde Einrichtung, die die Ventilglieder in eine Stellung drückt, in der das Ventilglied, das den Treibstoff regelt, geschlossen ist,; während das Ventilglied für die Entlüftung geöffnet ist,' sowie eine weitere Einrichtung vorgesehen sind, die auf einen während des Betriebs des Triebwerks erzeugten Druck anspricht und die Ventilglieder gegen die Wirkung der federnden Einrichtung in die Stellung bewegt, in der das den Treibstoff' regelnde Ventil geöffnet und das die Entlüftung steuernde Ventil geschlossen ist. \

Absperrventile dieser Art sind bei Raketentriebwerken von besonderer Wichtigkeit, um nach dem Abstellen des Triebwerks Explosionen durch in der Brennkammer oder in der Leitung zwischen der Brennkammer und dem Absperrventil verbliebenen Treibstoff mit Sicherheit zu vermindern. Bei einem bekannten Absperrventir dieser Art ist zum Öffnen des Treibstoffregelventils ein Solenoid vorgesehen, das ein Servomedium in der der Feder entgegenwirkenden Richtung wirksam werden läßt, so daß das Treibstoffventil öffnet und die Entlüftung geschlossen wird. Das Solenoid wird über den sich in der Brennkammer aufbauenden Druck eingeschaltet. Dazu ist ein Strom erforderlich, der während des Betriebs das Solenoid offen halten muß. Diese erforderliche elektrische Einrichtung stellt jedoch einen Nachteil dar, da jede elektrische Einrichtung störanfälliger als eine mechanische- Einrichtung ist. Bei dem bekannten Absperrventil ist weiterhin das Solenoid als gesondertes Bauteil vorgesehen, so daß der Aufbau komplizierter wird und mehr Platz erfordert.

, Ziel der Erfindung ist ein Absperrventil der oben erläuterten Art, bei dem eine elektrische Betätigung vermieden wird.

Absperrventil für eine Treibstoffkomponente
eines Raketentriebwerks

Anmelder:

Bristol Siddeley Engines Limited, Bristol

(Großbritannien)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt: ;

Michael Stanley Hunt, Coventry, Warwickshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 16. August 1963 (32 479)

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die auf den Druck ansprechende Einrichtung ein direkt an den Ventilgliedern angebrachtes oder daran angreifendes, durch Druck betätigbares Glied ist, das beim Auftreten eines Druckes infolge Zersetzens des der Brerinereinrichtung zu-:

geführten Wasserstoffsuperoxyds die Ventilglieder in die Stellung bewegt, in der der Treibstoffdurchlaß geöffnet und die Entlüftung geschlossen ist.

■ Auf diese Weise wird unter Ausschaltung jeglicher elektrischer Einrichtung die Betätigung des Absperrventils direkt über einen den Brennkammerzustand kennzeichnenden Druck vorgenommen, wodurch die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise gegenüber einer elektrischen Betätigung erheblich gesteigert wird.

Da es beim Abstellen des Raketentriebwerks ebenfalls wichtig ist, auch den in der Brennkammer ver-: bliebenen Treibstoff zu entfernen, wird üblicherweise durch die Leitung zur Brennkammer ein Spülmedium geschickt, das den Treibstoff entfernt. Vorzugsweise wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das Absperrventil, das einen Einlaß aufweist, der über ein Rückschlagventil mit einem Spülgas, z.B. Stickstoff, versorgt werden kann, wenn das den Treibstoffdurchflüß regelnde Ventilglied die geschlossene Stellung einnimmt, stromabwärts des Treibstoffregelventils mit einem Rückschlagventil so. versehen, daß es den Raum zwischen den Ventil-

709 648/81

sitzen gegen die Brennereinrichtung absperrt und durch den Durchfluß des Treibstoffs durch das Treibstoffregelventil gegen die Wirkung einer Rückschlagfeder öffnet.

Im folgenden wird unter Bezug auf die Zeichnung ein Regelsystem für den Brennstoff eines Raketentriebwerks sowie ein Absperrventil als Beispiel erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch ein kombiniertes Brennstoff- und Saüerstoffträgerregelsystem für ein Raketentriebwerk;

F i g. 2 ist eine Seitenansicht des ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Brennstoffabsperrventils;

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Ventil nach der Linie III-III der F i g. 2;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das Ventil nach der Linie IV-IV der F i g. 2;

F i g. 5 ist ein Axialschnitt durch ein Abblasventil, das mit dem Absperrventil zusammenwirkt.

Nach Fig. 1 weist das Brennstoffregelsystem eine Brennstoffpumpe A auf, die von einem nicht dargestellten Brennstofftank über eine Einlaßleitung B mit Brennstoff gespeist wird und diesen durch eine Leitung C der Brennereinrichtung D einer Brennkammer E zuführt. Die Pumpe A wird von einer Dampfturbine F angetrieben, die weiterhin eine Pumpe K für den Sauer stoff träger treibt, die Wasserstoffsuperoxyd der Brennkammer zuführt. Der Brennstoff gelangt aus der Leitung C über ein Absperrventil G zum Brenner D, das im folgenden unter Bezug auf die Fig. 2 bis 4 im einzelnen erläutert wird. Die Leitung C weist ein Abblasventil H auf, das weiter unten an Hand der Fig. 5 beschrieben wird.

Nach den F i g. 2 bis 4 weist das Absperrventil ein Gehäuse 1, das zwei koaxial und im Abstand voneinander liegende Ventilsitze 2 und 3 besitzt, sowie zwei koaxial angeordnete Ventilglieder 4 und 5 auf, die mit den Sitzen 2 und 3 zusammenwirken. Die.Ventilglieder sind innerhalb des Gehäuses zwischen Stellungen verschiebbar, in denen das eine Ventil geöffnet und das andere geschlossen ist, und umgekehrt. Das Ventilglied 4 regelt den Durchfluß des Brennstoffs durch das Gehäuse von einem Einlaß 6 zu einem Auslaß 7, der mit einer Kammer 8 zwischen den Sitzen 2 und 3 in Verbindung steht. Der Einlaß 6 ist mit der von der Pumpet kommenden Förderleitung C verbunden, während der Auslaß 7 mit der Brennereinrichtung in Verbindung steht. Das Ventilglied 5 regelt den Durchfluß des Brennstoffs von der zwischen den Ventilsitzen liegenden Kammer 8 zu einer Entlüftung oder Ablaßleitung 9, die aus dem Gehäuse herausführt. Die Ventilglieder 4 und 5 werden durch Federn 10 bzw. 11 in Stellungen gedrückt, in denen das zur Brennstoffregelung dienende Ventilglied 4 geschlossen und das Entlüftungs- oder Ablaßventil 5 geöffnet ist. Das Ventilglied S ist an dem vom Sitz entfernt liegenden Ende aus einem Stück mit einem Kolben 12 hergestellt, der in einer im Gehäuse vorgesehenen Kammer 14 verschiebbar ist. Weiterhin weist das Ventilglied 5 am anderen Ende eine axiale Verlängerung 15 auf, die bei geschlosse-' ner Stellung des Ventilgliedes zum Eingriff mit dem Ventilglied 4 für die Brennstoffregelung kommen kann und dieses dann gegen die Wirkung der Feder 10 geöffnet hält. Die Kammer 14 ist mit einem Einlaß 16 versehen, in dem der Druck des Dampfes wirksam ist, der den Kolben 12 und damit beide Ventilglieder gegen die Wirkungen der Federn 10 und 11 in diejenige Lage bringt, in der das Brennstoff regelventil 4 geöffnet und das Entlüftungsventil 5 geschlossen ist. In der Wandung der Kammer 14 sind in der Nähe des vom Dampfeinlaß 16 entfernt liegenden Endes Öffnungen 17 vorgesehen, die eine freie Bewegung des Kolbens 12 in der Kammer 14 ermöglichen und Dampf entweichen lassen, der an kreisringförmigen Dichtungen 18 vorbeileckt, die am ίο Kolben vorgesehen sind. Der Dampfeinlaß 16 steht mit der Brennkammer E in Verbindung, in der durch die Zersetzung von Wasserstoffsuperoxyd Dampf erzeugt wird, wenn dieses in einen Katalysator in der Brennkammer geleitet wird und wenn die Verbrennung stattfindet. Wenn die Zufuhr von Wasserstoffsuperoxyd aufhört, sinkt der Druck des Dampfes ab, und die Federn 10 und 11 bewegen die Ventilglieder 4 und 5 in die andere Stellung, in der das Brennstoffregelventil geschlossen und das Entlüftungsventil geöffnet ist. Dadurch kann Brennstoff, der sich noch in der Kammer 8 befindet oder am geschlossenen Brennstoffregelventil vorbeileckt, durch die Leitung 9 austreten.

Ein Rückschlagventil 20, das unabhängig von den Ventilen 4 und 5 zu betätigen ist, liegt im Gehäuse stromabwärts des Brennstoffregelventils zwischen dem Brennstoffauslaß 7 und der Kammer 8. Dieses Rückschlagventil wird durch eine Feder 21 in die geschlossene Stellung gedruckt und durch den Druck des Brennstoffs in der Kammer 8 geöffnet. Wenn nun kein Brennstoff vom Einlaß 6 zum Auslaß 7 strömt, ist das Ventil 20 geschlossen und schließt dadurch die Kammer 8 vom Brenner D ab. Am Gehäuse 1 ist weiterhin ein Einlaß 22 vorgesehen, der zu einer zwischen dem Rückschlagventil 20 und dem Auslaß 7 liegenden Kammer 23 führt, um über ein nur in Fig. 1 angedeutetes ,weiteres RückschlagventilJ unter einem Druck stehenden Stickstoff in die Brennkammer zu leiten, wenn das Rückschlagventil 20 geschlossen ist. Dadurch wird der Brennstoff aus der Brennereinrichtung D hinausgedrückt, wobei durch das geschlossene Rückschlagventil 20 ein Austreten von Stickstoff durch die Kammer 8 in die Entlüftung 9 verhindert wird.

Die Entlüftung 9 und die Einführung von Stickstoff stellen zusammen sicher, daß jeglicher Brennstoff im Brennstoffsystem stromabwärts des Brennstoffregelsystems nach der Verbrennung oder nach dem Eintreten in dieses Teil infolge Durchleckens am geschlossenen Ventilglied sehr schnell entfernt wird.

Als weitere Vorsichtsmaßnahme ist stromaufwärts des Absperrventils G in der Brennstoffleitung C ein Abblasventil vorgesehen.

Nach F i g. 5 weist dieses Ventil ein Gehäuse 26 auf, das ein Ventilglied 25 enthält, welches an einem Sitz zur Anlage kommen kann, der durch eine Innenschulter 27 gebildet wird und mit einer Ablaßöffnung 28 in Verbindung steht. Das Ventilglied 25 sitzt auf Zapfen 29 und 30 und wird durch eine schwache Feder 31 in der dargestellten offenen Stellung gehalten. Das Abblasventil wird dazu verwendet, während des Anlassens Luft aus der Brennstoffleitung C durch eine Einlaßöffnung 32, den Sitz und den Auslaß 28 abzuleiten. Das Ventilglied befindet sich nur während des Betriebs der Pumpe in der geschlossenen Stellung und wird, sobald die Pumpe anhält, sofort durch die Feder 31 geöffnet,

so daß jeglicher Brennstoff, der noch stromaufwärts des Absperrventils G vorhanden ist, entweichen kann. Wenn auch in der vorstehenden Beschreibung das Absperrventil G zum Regeln des Zustroms von Brennstoff zur Brennereinrichtung D vorgesehen ist, kann ein ähnliches Ventil auch zusätzlich oder an Stelle dieses Ventils in der Zuführleitung für den Sauerstoffträger benutzt werden, die zur Brennkammer führt.

Claims (2)

Patentansprüche: IO

1. Absperrventil, das zwischen einer Treibstoffpumpe und einer Brennereinrichtung eines mit Wasserstoffsuperoxyd als einem der Treibstoffe betriebenen Raketentriebwerks liegt und ein Gehäuse mit zwei im Abstand voneinander liegenden Ventilsitzen sowie zwei koaxial angeordneten Ventilgliedern aufweist, die je mit einem Sitz zusammenwirken und von denen das eine so betätigbar ist, daß es den Durchfluß des Treibstoffs von der Treibstoffpumpe durch das Gehäuse zum Brenner regelt, während das andere derart betätigbar ist, daß es eine Entlüftung steuert, die mit dem im Gehäuse zwischen den Ventilsitzen befindlichen Raum in Verbindung steht, so daß, wenn das den Treibstoff regelnde Ventil geschlossen ist, sämtlicher Treibstoff aus dem Raum im Gehäuse abgelassen wird, wobei eine federnde Einrichtung, die die Ventilglieder in eine Stellung drückt, in der das Ventilglied, das den Treibstoff regelt, geschlossen ist, während das Ventilglied für die Entlüftung geöffnet ist, sowie eine weitere Einrichtung vorgesehen sind, die auf einen während des Betriebs des Triebwerks erzeugten Druck anspricht und die Ventilglieder gegen die Wirkung der federnden Einrichtung in die Stellung bewegt, in der das den Treibstoff regelnde Ventil geöffnet und das die Entlüftung steuernde Ventil geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Druck ansprechende Einrichtung ein direkt an den Ventilgliedern (4, S) angebrachtes oder daran angreifendes, durch Druck betätigbares Glied (12) ist, das beim Auftreten eines Druckes infolge Zersetzens des der Brennereinrichtung zugeführten Wasserstoffsuperoxyds die Ventilglieder in die Stellung bewegt, in der der Treibstoffdurchlaß geöffnet und die Entlüftung geschlossen ist.

2. Absperrventil nach Anspruch 1 mit einem Einlaß, der über ein Rückschlagventil mit einem Spülgas, z.B.· Stickstoff, versorgt werden kann, wenn das den Treibstoffdurchfluß regelnde Ventilglied die geschlossene Stellung einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Treibstoffregelventils (4) ein Rückschlagventil (20) so angeordnet ist, daß es den Raum (8) zwischen den Ventilsitzen (2, 3) gegen die Brennereinrichtung absperrt und durch den Durchfluß des Treibstoffs durch das Treibstoff regelventil gegen die Wirkung einer Rückschlagfeder (21) öffnet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 143 061;
britische Patentschrift Nr. 852 221.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 648/81 9. 67 © Bundesdruckerei Berlin