DE1626094A1

DE1626094A1 - Treibstoffversorgungssystem fuer ein Strahltriebwerk,insbesondere in Flugzeugen

Info

Publication number: DE1626094A1
Application number: DE19681626094
Authority: DE
Inventors: Donald Craven; Lloyd Arthur Leslie; David Marshall
Original assignee: Hobson Ltd H M; HM Hobson Ltd
Current assignee: Hobson Ltd H M; HM Hobson Ltd
Priority date: 1967-02-21
Filing date: 1968-02-21
Publication date: 1971-11-18
Also published as: FR1567192A; US3496721A; DE1626094B2; GB1141113A; DE1626094C3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A.Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weιckmann, Dipl^Phys. Dr. K. Fincke

DiPL.-InG. F. A.WEICKMANN

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

Ή. M. HOBSOH LIMITED, Kingsway, London, ¥.0.2, England

Treibstoffversorgungssystem für ein Strahltriebwerk, insbesondere in Plugzeugen

Die Erfindung bezieht sioh auf ein !Treibstoffversorgungssystem für ein Strahltriebwerk mit einem Hauptbrenner, insbesondere in einem Plugzeug·

Die Erfindung besteht darin, daß eine Pumpe zur Versorgung des Hauptbrenners mit Treibstoff über drei Bemessungsöffnungen und über drei Bemessungsventile, von welchen jedes den Treibstofffluß unter Ausschließung der anderen Ventile innerhalb eines bestimmten Betriebsgeschwindigkeitsbereiches des Triebwerkes regelt, mit dem Hauptbrenner in Verbindung steht, daß ein Regler mit zwei Ventilen derart in Wirkverbindung steht, daß eines äer Ventile zur Regelung des Treibstoffflusses bei einem niederen G-esohwindigkeitsbereich des Triebwerkes dient und das andere Ventil zur Verminderung des Treibstoffflusses bei Erreichen einer vorbestimmten maximalen Geschwindigkeit dient, daß das dritte Ventil zur Regelung des,Treibstoffflitsees in einem mittleren Be-

1098A7/0280

triebsgesohwindigkeitsbereich vorgesehen ist und gleichfalls als Drosselventil ausgebildet ist und daß eine Vorrichtung zur Regelung des Druckabfalles in den Bemessungsöffnungen der vom Regler betätigten Ventile und eine Vorrichtung zur Regelung des Druckabfalles in der BemessungeÖffnung des dritten Ventiles vorgesehen ist.

Die Ventile, welche bevorzugt als Bemessungsventile ausgebildet sind, steuern den Sreibstofffluö zum Triebwerk, indem sie die Strömungswiderstände des Treilbstoffflusses ändern.· Es können drei Erscheinungsformen der Steuerung ψθ unterschieden werden, und zwar eine Beschleunigungskontrolle, eine Kontrolle der maximalen Geschwindigkeit und eine Drosselkontrolleο Dies wird durch individuelle Steuerung der Öffnungsflächen der entsprechenden Ventile erreichte Bs sind noch weitere Strömungswiderstände in Form von Ventilen vorgesehen, welche den Druckabfall in den einzelnen Öffnungen steuern« Jede Kombination einer BemessungeÖffnung mit einem druckregulierenden Ventil erzeugt einen verschiedenen 5¹IuQ₀ Der ]?luß durch alle Ventile und die entsprechenden Bemessungsöffnurigen ist der gleiche. Das druckregulierende Ventil, welches den geringsten I¹IuS bewirkt, ist immer in Steuerbetriebe Das andere druckregulierende Ventil, welches einen größeren ]?luß bewirkt, ist immer in voll geöffneter Stellung. Dies ist so lange der Jail, bis die Kontrolle des druckregulierenden Ventiles eine Grenze erreicht und den Treibstofffluß reduziert·

109847/0 280 '■■ BAD ORIGINAL

Bei Betriebsgescirv/indigkeiteii des Triebwerkes unterhalb der Bodenleerlaufgeschwindigkeit ist die Beschleunigungskontrolleinrichtung in komplettem Steuerbetriebj das Drosselventil "bewirkt dabei' einen höheren Treibstofffiuß (das entspricht der Bodenleerlaufgeschwindigkeit)*

Oberhalb der Bodenleerlaufgeschwindigkeit, aber noch unterhalb der maximalen Geschwindigkeit des Triebwerkes im Zustand des stetigen Laufens ist das Drosselventil in komplettem iiteuerbetrieb. Die Beschleunigungskoiitrolleinrichtung bewirkt dabei einen höheren Treibmittelzufluß. Das in Zusammenwirkung stehende druGkregulieren.de Ventil steuert dann den Druckabfall am Drosselventil auf einen Wert," der eine Funktion der Flughöhe ist. Der Schub des Triebwerkes ist dann proportional der Stellung eines drehbaren Drosselhebels.

Im Zustand der Beschleunigung kann die Treibstoffanforderung durch das Drosselventil derart sein, daß die Kompressorleistung des Triebwerkes übermäßig steigt. Dies wird durch die Beschleunigungskoxitrolleinrichtung, welche die unzulässig hohe Treibstoffanforäerung des Drosselventils überwacht, verhindert·

Die Geschwindigkeit des Triebwerkes ist auf einen bestimmten maximalen Wert festgelegt· Dies wird durch das andere Kontrollventil bewirkt, welches die Steuertätigkeit der anderen Ventile ausschaltet, wenn die maximale Geschwindigkeit erreicht ist·

109847/0280

BAD

_ 4 —

In diesem Zustand befindet sich das Triebwerk unter einer geschlossenen Rahmengeschwindigkeitskontrolle.

In der Figur wird anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles eines Tiä-bstoffversorgungssystemes die Erfindung erläuterte Eine Zentrifugalpumpe 30 wird von einem Verlängerungsstück 31 _f das mit einer nicht dargestellten Welle des Hochgeschwindigkeitskompressors des Triebwerkes verzahnt ist, angetriebene Um die Möglichkeit der Kavitation des Treibstoffes , welcher durch die Einlaßleitung 32 der Zentrifugalpumpe 30 von einer nicht dargestellten Förderpumpe zugeführt wird, zu verringern, wird der Treibstoff durch einen Sohraubeninduzierer 2 (screw type inducer) -geführt, bevor er in das Hauptf,lügelrad 1 der Pumpe gelangt. Die Wiederherstellung des Druckes wird mittels des Tangentialdiffusors 33 erreichte

Der Treibstoff strömt von der Pumpe 30 kommend durch die leitung 39 zur Leitung 40, welche zum Hauptbrenner (nicht darge— stellt) führt. Zwischen diesen beiden Leitungen wird der Treibstoff durch die Öffnungen 34, 35, 36, 37 und 38 geführt, welche durch ein Beschleunigungskontrollventil 10 , ein Übersteuerungsventil 8, ein druckregulierendes Ventil 4t, ein Drosselventil 30 und ein druckregulierendes Ventil 14 kontrolliert werden. Die Ventile 10 und 8 werden, wie es später nooh beschrieben wird, von einem Regler 21, welcher in der Beschleunigungskontrolleinriohtung 42 eingebaut ist, betrieben. '

109847/0280

Das Drosselventil 13 wird von einer Zahnstange 45» in welche ein Ritzel 44 eingreift, betrieben. Das Ritzel wird über eine Welle 45 von einem nioht dargestellten Steuerdrosselhebel in Dreh« bzw·, Schwenkbewegung gesetzte Das druckregulierende Tentil 41 steuert den Druckabfall durch die Ventile 10 und 8 und das druckregulierende Ventil 14 steuert den Druckabfall durch das Ventil 13*

Die Beschleunigungskontrolleinrichtung 42 verhindert eine Überfunktion des Kompressors und erleichtert den automatischen Start. Es ist erwünscht, daß das Triebwerk auf eine maximale Rotationsgeschwindigkeit begrenzt ist₀ Der Regler 21 wird yon der Welle des Hochgeschwindigkeitskompressors über ein reduzierendes Stirnradgetriebe (nicht dargestellt) betätigt*

Sobald der Segler 21 rotiert, übertragen seine J¹Iiehgewichte 46 über eine ]?eder 20 eine Kraft auf den Servokolben 17« Gleichfalls wird dabei die axiale Stellung eines Reglerservoventiles 18 verändert, welches mit dem Keller gedreht wird, um Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Reibung zu vermindern und die Gefahr des Steokenbleibens zu verhindern. Der Treibstoff 3trömt mit Pumpendruck an der stromaufwärts liegenden Seite der BeBchleunigungskontrOlleinriohtung 42 durch die Leitung 47, ih welohe ein Treibstoffverteiler eingebaut istο Dieser ist als Öffnung 22 ausgebildet, welche durch ein Ventil 18 und den Widerstand 23 gesteuert wird. Der Treibstoff strömt

109847/0280 BAD

weiter zur Leitung 4-8, welche an der Saugseite der Pumpe 30 liegt, so daß das Druckgefälle entlang dem Kolben 17 durch das Ventil 18 gesteuert wird. Der Kolben 17'und das mit ihm in V/irkv er bindung stehende Bemessunge ventil 10 der Beschleunigungsk'ontrolleinrichtung stehen somit in Abhängigkeit von deip Geschwindigkeit des Triebwerkes„

Sis zum Leerlaufbetrieb wird der Treibstofffluß vom "Ventil 10 gesteuert und oberhalb des Leerlaufes vom Ventil 13. Das Profil des Ventiles 13 ist so beschaffen, daß ein konstanter Anstieg des Schubes oberhalb des Leerlaufes und ein konstanter Wert unterhalb des Leerleufes gegeben ist»

Gleichfalls schneidet das Yentil J3 den Treibstoffzufluß vollst Lind ig ab, sobald der Drosselhebel in die Abschaltstellung gebracht ist»

Im Ilormalfall ist die Bewegung des Yentiles 8 ohne Einfluß in BeL'ug auf die Beschränkung des Treibstofffluss^s durch die Öffnung 35· Sobald jedoch die üe^clr..-indigkeit dau Antriebes bzw, des Triebwerkes bis su seinem maximal angegebenen Wert anwächst, dann beschränkt das Yentil 8 den Treibstoff fluß durch die Öffnung 35ο Dtbei werden alle anderen Jteuereinrichtungen außer Wirkung gesetzt, so daß der Regler 21 das Triebwerk unter eine geschlossene Rahmenkontrolle bringt, wodurch ein weiteres Ansteigen der Geschwindigkeit verhindert wird« Üobald die

10984 7/0280 BAD ORIGINAL

Triebwerksgeschwindigkeit vom gewünschten Y/ert, auf den der Regler 21 eingestellt ist, abweicht, dann "betätigt der Regler das Ventil 8, um den Iiäbstofffluß zum Triebwerk so einzustellen, daiB der gewünschte Y/ert der Geschwindigkeit wieder hergestellt wird.

Das druckregulierende Ventil 14» welches den Druckabfall durch das Drosselventil 13 steuert, wird von einer Schwingwand 16 betätigte Die Schwingwand ist an ihrer Unterseite dem Druck

wirkt einer Feder 15 ausgesetzt. An ihrer Oberseite w±a?3 der Druck des Treibstoffes in der leitung 50. Diese Leitung fahrt an. der Öffnung 37 vorbei und ist mit einem Ventil 51 ausgestattet, welches mit Hilfe einer Feder 52 betätigt wird, sobald das Drosselventil 13 geöffnet ist_o Die Schwingwand 16 vergleicht die Kraft, welche von einem Anteil des Druckabfalles durch die Beinessungsöffnunj; 37 herrührt, mit der Spannung der Feder 15, welche das Ventil 14 so betätigt, daß dieser Druckabfall die Kräfte, welche an der Schwingwand angreifen, ausgleichte Der Anteil des Druckabfalles ist eine Funktion der Qffnungsweite eines Uadelventiles 5, welches die Beschränkungsfläche 54 in der leitung 50 steuert. Die Stellung des iTadelventiles wird durch die Ausdehnung einer evakuierten Dose 3, welche dem sie umgebenden Druck P^ ausgesetzt ist, gesteuert. Der Druck P₁ wird durch einen Einlaß 49 eingestellt. Ein Hebel 4, '.welcher am Drehpunkt 55 befestigt ist, überträgt die Bewegungen der Dore 3 auf das Ventil 5. Durch eine Dichtung 29 wird der Treib-

10 98 47/0280 BAD ORIGINAL

stoff gegen die luft abgedichtet. Sobald die Flughöhe wächst, dehnt sich die Dose 3 aus und Öffnet das nadelventil 5, so daß bei einem vorgegebenen Druckabfall durch die Bemessungsöffnung 37 der Druckabfall an der Schwingwand 16 ansteigt, wodurch das druckregulierende Ventil 14 geschlossen wird und der Druckabfall durch die Bemessungsoffnung 37 vermindert wird. Daraus folgt, daß bei jedem an das Drosselventil 13 gegebenen Befehl der Treibstofffluß mit steigender Höhe reduziert wird ο

f.

Das druckregulierende Ventil 41, welches den Druckabfall an den Ventilen 10 und 8 steuert, wird von der Feder 58 betätigt· Das Ventil 41 wird von der Schwingwand 56 geregelt, an deren Unterseite der Druck der Feder 58 wirkt und an deren Überseite der Druck des Treibstoffes in der Leitung 60, welche an den Ventilen 10 und 8 vorbeiführt. Die Ochwingwand vergleicht einen Anteil des Druckabfalles, weloher an den Ventilen 10 und 8 liegt, mit der Kraft der Feder 58« Der Druokanteil wird duroh zwei einstellbare Nadelventile 6 und 7 feutgel*egt· Dies wird "erreicht durch eine Doppeldose 62 in .e,i.npr Kammer Die Bewegung der Dose wird von einem Hebel 63 auf;.,die Ventile 6 und 7 übertragene Der Heoel ist in einer Dichtung 59 gelagerte Der untere Teil 62A der Dose 62 ist evakuiert und dc?r obere Teil 62B Enthält luft mit einem Druck P₂, weloher duroh einen Kompressoreinlaß geliefert wird. Die Luft in der Kammer 61 hat einen Druck P , weloher in der Mitte liegt zwisohen dem Kompressordruck P₂ und dem Kompressorauslaßdruck P*. Der

109847/0280 BAD ORIGINAL

Druck P wird zwischen. zwei festgelegten Öffnungen 64, 65 aufrecht erhalten. Diese Öffnungen "befinden sich in der leitung 66, durch welche Luft vom Kompressorauslaß in den Kompressoreinlaß . strömte Die an der Dose 62 angreifende Kraft und infolgedessen' die resultierende Bewegung ist proportional zu 2 Ρ_χ - P₂* Die Profile der ladein 6 und 7 sind so gestaltet, daß ein Druckabfall durch das Bemessungsventil 10 der Besehleunigungskontrolleinrichtung sich einstellt. Dieser Druckabfall ist derart abhängig vom Wert 2 P - Pp, daß bei Verbindung mit der Öffnung 34 * deren Öffnungsfläche linear mit der Geschwindigkeit wächst, bei jedem triebwerkszustand ein Treibstofffluß vorgesehen ist, welcher weniger als die höchst-' zulässige Menge ist. Die höchstzulässige Menge ist durch eine Grenze festgelegt, welche bei allen Drucken und Temperaturen an den Triebwerkeinlässen die gleiche ist»

Da der gleiche Druckabfall durch das Reglerventil 8 wirkt, ergibt sich ein niedrigerer #luß durch dieses bei einer vorgegebenen Öffnung, sobald an den Einlassen des Triebwerkes die Drucke niedriger oder die Temperaturen höher sindα Daraus ergibt sich eine Korrektur der wachsenden Geschwindigkeit , welche sich sonst bei diesen Bedingungen mit einem nicht-isochronen Hegler einstellt*

Die Anlaßbrenner (nicht dargestellt) werden von einer Getriebepumpe 26 durch die Leitung 25 mit Treibstoff versorgte Die Pumpe wird über ein Getriebe vom Triebwerk angetrieben.-Der

109847/0280

Treibstoff fließt durch ein Ventil 19» welches durch einen schwenkbaren Hebel betätigt wirdo Der Hebel ist an einer Welle 45 mit einer Bocke 68 derart "befestigt, daß die leitung 25 abgesperrt ist beim Abschalten und oberhalb dem Leerlauf. Wenn die Leitung geschlossen ist, dann fließt der Treibstoff durch ein-Ventil 27 von der Pumpe 26 zum Einlaß der Zentrifugalpumpe 30»

Abstellhähne 69 und 70 sind in den Leitungen zu den Anlaßbrennern und Hauptbrennern vorgesehen. Diese sind mechanisch miteinander verbunden und werden über einen Hebel im Cockpit betätigt ₉ welcher bei einem unvorhergesehenen Ereignis zur Abschaltung eines einzelnen Triebwerkes vorgesehen ist··

Der Schub des Triebwerkes kann mit Hilfe der Erfindung durch einen einzigen Hebel eingestellt werden und kann immer innerhalb sicherer Betriebsbedingungen gehalten werden.

BAD ORSGfNAL T09847/0280

Claims

Patentansprüche .

1.'TreibstoffVersorgungssystem für ein Strahltriebwerk mit einem Haupt "br emier, insbesondere in einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (30) zur Versorgung des Hauptbrenners mit Treibstoff über drei Bemessungsöffnungen (35, 36, 37) und über drei Bemessungsveutile (S, 10, 13), von welchen jedes den Treibstofffluß unter Ausschließung des anderen Ventiles innerhalb eines bestimmten BetriebsgesclTuindigkeitsbereiches des Triebwerkes regelt, mit dem Hauptbrenner in Verbindung staht, daß ein Regler (21) mit den zwei Ventilen (8 udO) derart'in w'irkverbindung steht, daß das eine Ventil (10) zur Regelung des Treibstoffflusses in einem niederen Geschwixidigkeitsbereich des Triebwerkes dient und das andere Ventil (8) zur Verminderung des Treibstoffflusses bei Erreichen einer vorbestimmten maximalen Geschwindigkeit dient, daß das dritte Ventil (13) zur Regelung des Treibstoffflusses in einem mittleren Betriebsgeschwindigkeits—--bereich vorgesehen ist und gleichfalls als Drosselventil ausgebildet ist und daß eine Vorrichtung (41) zur Regelung dea Druckabfalles in den öffnungen (34, 35) der vom Regler (21) betätigten Ventile (8 Uc 10) und eine Vorrichtung (14) zur Regelung des Druckabfalles in der Öffnung (37) des dritten Ventiles (13) vorgesehen sind_e

BAD ORIGINAL 109847/0 280

2· Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14) zur Regelung des Druckabfalles in der Öffnung (37) des Drosselventiles (13) als druckregulierendes Ventil zur Regelung des Treibstoffflusses ausgebildet ist und daß höhenempfindliche Vorrichtungen (3) zur Einstellung des druckregelnden Ventiles vorgesehen sind, derart, daß eine Verminderung des Treibstoffflusees mit Anwachsen der Plughöhe eintritt.

Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das druckregulierende Ventil (14) von einer Schwingwand (16) gesteuert ist, deren eine Seite unter dem Druck einer Feder (15) steht und an deren andere Seite der Treibstoff mit einem Anteil des Druckabfalles in der Öffnung (37) anliegt, und daß der Treibstoff von einer Leitung (50), welche an der Öffnung (37) vorbeiführt, an die Schwingwand herangeführt ist und daß die leitung (50) mit einem Ventil (51) ausgestattet ist, welches sich mit wachsender Höhe derart einstellt, daß der Druck des Treibstoffes an der Schwingwand wachste

4. Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (41) zur Regelung des Druckabfalles an den Öffnungen (34, 35) der Ventile (10 u»8) als druokregulierendes Ventil zur Steuerung des Treibstoffflusses ausgebildet ist und daß eine im Hinblick auf Druckänderungen empfindliche Vorrichtung (62) in der Mitte

10 9 8 4 7/0280 ^BAD ORIGINAL

."16.26084

zwisbhen Kompressöreinlaß (65) üttd Kompressoraüsläß (64) zur Einstellung des ÖrüGkreguiierenden Ifentiles' ahgesohlossen ist*

5* Ireibstoffversorgüngssysteiii nach Anspruch 4§. kennzeibhnetj daß das' drüekregüiierende Ventil (41) von einer Se'hwingwänd (56) gesteuert ist und daß ah dieser eine Druckdifferenz w"ir"kti welche ein Anteil des Drück-« äbfalles in den Öffnungen (34 u« 35) ist und welche durch den Wert -2 P, - P« bestimmt ist * wobei P_v der Drück in der Mitte zwischen Eömp^essoreinlaßdruck Pg und Kompressoraüslaßärtiök P, ist«

109847/0-?. S

G3I03dSN!

θ J jj θ S J S a