DE2319763A1 - Durchsatzregler fuer brennstoff, insbesondere fuer die brennkammer eines flugzeugstrahltriebwerks - Google Patents

Description

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H, Hauck - DidI. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

• München 2, Mszartstraße 23

Telefon 5380580

Societe Nationale d'Etude et de
Construction de Moteurs d¹Aviation

150, Boulevard Haussmann 11. April 1973

75 Paris, Frankreich Anwaltsakte M-2602

Durchsatsregler für Brennstoffs insbesondere für die Brennkammer eines Flugzeugstrahltriebwerks

Die Erfindung betrifft einen Durchsatzregler für Brennstoff mit einer Nadel als Regelorgan, die in einer Bohrung geführt ist und unter der Wirkung einer Steuereinrichtung zum Regeln des Durchtrittsquerschnitts einer öffnung sich verschieben kann, die den Durchsatz eines z.B. die Brennkammer eines Flugzeugstrahltriebwerks versorgenden Brennstoffs bestimmt.

Der Nachteil der bekannten Regler dieser Art ist ihre Empfindlich-

keit gegenüber Verschmutzung des Brennstoffs durch fest*Verunreinigungen, etwa durch Metallteilchen, bei denen die Gefahr besteht, daß sie die Verschiebung der Nadel in der sie führenden Bohrung behindern und selbst ein vollständiges Festfressen der

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Nadel und das Außerbetriebsetzen des Reglers hervorrufen können.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffregler ₍ zu schaffen, der zum genauen Regeln eines Durchsatzes von Brenn- ; stoff verwendet werden kann, der feste Verunreinigungen enthält

j oder enthalten kann. Dieser Durchsatzregler kann darüber hinaus

j miniaturisiert werden, d.h. seine Abmessungen können stark ver-

kleinert werden. Es soll darauf aufmerksam gemacht, xirerden, daß j die drei oben genannten Bedingungen (genaue Durchsatzregelung,

■

j Verwendung von verschmutztem Brennstoff und die Möglichkeit der

"; Miniaturisierung) von vornherein unvereinbar erscheinen» Die An» ■ melderin ist dennoch dazu gelangt_P diese Bedingungen zu vereinen durch Entwicklung einer extrem genauen_s- oLh. praktisch spielfreien. Nadelführung, vereinigt mit einer platzsparenden Anordnung, 4ie die Verunreinigungen am Zutritt zu dieser Führung hindert.

Zu diesem Zweck ist ein Durchsatzregler mit einer in einer Bohrung fliegend geführten Regelnadel vorgesehen, die durch einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder betätigt wird, um den Eintritts-;

j querschnitt einer Regelöffnung zu regeln, die den Durchsatz des

unter Druck stehenden Brennstoffs bestimmt, der feste Verunreinigungen enthält oder Gefahr läuft zu enthalten, wobei der Durch-

j satzregier dadurch gekennzeichnet ist, daß der Arbeitszylinder

i
aus einem mit einem Schaft der Nadel formschlüssig verbundenen

und in einem Zylinder gleitenden Kolben besteht, daß die Bohrung

hindurch
queifdurch eine Zwischenwand/angeordnet ist, die den Zylinder von

einer Kammer trennt, in die der aus der Regelöffnung austretende, i

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geregelte Brennstoff eintritt, daß die beiden Kammern des Zylinders mit unter moduliertem Druck stehenden Brennstoff versorgt werden, der oberhalb des Reglers über ein Filter entnommen wird, und daß die Bohrung mit einer Ringnut versehen ist, die in gleicher Weise mit Brennstoff versorgt wird, der oberhalb des Reglers über dieses oder ein anderes Filter entnommen wird.

Dank der Kombination dieser verschiedenen Eigenschaften ist es möglich, einen miniaturisierten Durchsatzregler zu schaffen, der den Durchsatz von verschmutztem Brennstoff genau regeln kann. Diese Eigenschaften wirken in der Tat so zusammen, daß sie eine Verminderung der Länge des Durchatzreglers gestatten und trotz de« Vorhandenseins von Verunreinigungen im Brennstoff eine genaue Führung der Nadel gewährleisten.Da beide Kammern des Zylinders mit ί filtriertem Brennstoff versorgt werden,besteht keine Gefahr,daß

der Kolben durch feste Verunreinigungen blockiert wird. Da die ; Nadel durch eine Bohrung geführt wird, die in einer Zwischenwand

angeordnet ist, die den Zylinder von einer Kammer des Reglers : trennt, in der verschmutzter Brennstoff strömt, ist es nicht nötij ; auf der dieser Kammer gegenüberliegenden Seite des Zylinders eine ι Führung vorzusehen. Weil diese Kammer unterhalb der Regelöffnung : angeordnet ist, liegt der hier herrschende Druck unter dem Druck

des verschmutzten Brennstoffs oberhalb des Reglers. Es ist folg- : lieh möglich, durch Entnahme des Brennstoffs oberhalb des Reglers

und durch Filtrierung des entnommenen Brennstoffs über ein ', Schmiermittel mit einem Druck zu verfügen, der höher als der Druck der Kammer ist, zum Errichten einer Sperre, die den ver-

• schmutzten Brennstoff am Blockieren der Führung hindert.Dagegen -309 8.4 4/0483 "⁴"

wirjd: der Druck des filtrierten Brennstoffs, der die der Bohrung benachbarte Kammer des Zylinders versorgt, moduliert und läuft Gefahr, unter gewissen Umständen einai niedrigeren Druck zu haben ! als denjenigen der unterhalb der Regelöffnung gelegenen Kammer. Die Sperre wird dann durch den Brennstoff gebildet, der über ein Filter oberhalb des Reglers entnommen wird und eine ringförmige Nut in der Bohrung versorgt.

Es ist tatsächlich zu verstehen, daß dieser filtrierte Brennstoff, der einen größeren Druck hat als der geregelte Brennstoff (dieser \ hat beim Durchgang durch die Regelöffnung einen Druckabfall erfahren), dazu neigt, in die Bohrung um die Nadel zu strömen, von ! der Ringnut zur Kammer mit geregeltem Brennstoff, und eine wirk-■ same Sperre gegen den Zutritt von Verunreinigungen aus dieser Kammer in den Zwischenraum zwischen der Bohrung und der Nadel

bildet. Es bildet sich auch eine Strömung von der Ringnut zu der im Zylinder benachbarten Kammer, weil deren Druck moduliert ist und somit unter dem Druck des die Nut versorgenden, filtrierten ! Brennstoffs liegt. !

Gemäß einer Besonderheit der Erfindung wird das Filter aus einer Hülse mit filternder Wand gebildet, die innen von dem den Regler versorgenden Brennstoff durchströmt wird und in einem Raum eingeschlossen wird, aus dem der filtrierte Brennstoff entnommen wird. ; Die die Eintrittsseite des Filters bildende Innenfläche der Hülse 1 wird folglich dauernd von dem den Regler mit großem Durchsatz j versorgenden Brennstoff gewaschen und läuft daher nicht Gefahr, '

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zu verstopfen.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung wird der Druck

■ des filtrierten Brennstoffs in den Kammern' des Zylinders durch ' eine Ausflußeinrichtung moduliert, die in einem Raum angeordnet ist, der Brennstoff durch eine öffnung aufnimmt, deren Durchtrittsquerschnitt differentiell mit dem Durchtrittsquerschnitt der Regelöffnung durch das freie Ende der Regelnadel geregelt j wird, wobei der Raum mit einem Brennstoffrückführungskanal ver-

■ bunden ist,

; Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben ; sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

anhand der Zeichnung. Die einzige Figur stellt einen teilweisen

■ Schnitt eines Reglers einer Flugzeugstrahlturbine dar, der einen

j Durchsatzregler nach der Erfindung enthält..

j Der teilweise in der Zeichnung gezeigte Regler soll den Durchsatz!

I einer Brennstoffversorgungsleitung 1 regeln, die mit nicht gezeig-

i ten Einspritzdüsen der Einspritzkammer der Strahlturbine verbun- j j den ist. Der Brennstoff wird durch eine Brennstoffpumpe 3 bei 2 : ! entnommen.

ι Der verschmutzte Brennstoff, d.h. ein solcher, der feste Verun-

] reinigungen enthält oder bei dem die Gefahr hierzu besteht, wird I bei 2 von der Brennstoffpumpe 3 entnommen. Diese Pumpe ist eine j Schaufelpumpe, bei deren Betrieb nicht die Gefahr besteht, daß sie durch die Verunreinigungen behindert wird, die sie über An-

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Säugöffnungen 3a, 3b in zwei Leitungen 4a, 4b fördert, die in einen am Eintritt 5 eines erfindungsgemäßen Durchsatzreglers 6 endenden Kanal 4 münden. Die Förderleitung 4a besteht aus einem Abschnitt, dessen Wand durch eine poröse Hülse 7a gebildet wird, die in einem Raum 7b eingeschlossen ist, der mit dieser Hülse 7a ein erfindungsgemäßes Filter 7 bildet. Vom Raum 7b geht eine

j Leitung 8 aus, die somit der Leitung 4atber die Hülse 7a und somit gefilterten Brennstoff entnimmt, und dienoch zu beschreibende Geräte versorgt. Diese Geräte haben einen sehr geringen Brennstoff durchs atz. Darüber hinaus besteht keine Gefahr, daß sich die filterende Hülse 7a verstopft, da, wie oben angegeben, ihre Eintrittsfläche dauernd durch den in der Leitung 4a mit großem Durchs

j satz zirkulierenden Brennstoff derart gewaschen wird, daß der LadungS"varlust an Brennstoff beim Durchgang durch das Filter vernachlässigbar ist und daß der in der Leitung 8 herrschende Druck j praktisch gleich dem Druck im Kanal 4 ist.

Der Durchsatzregler 6 enthält eine Nadel 9 mit einem zylindrischen¹ Schaft 9a, der unter der Wirkung einer noch zu beschreibenden i

Steuereinrichtung 11 so in einer Bohrung 10 gleitet, daß im enter gegengesetzten Sinn die Durchtrittsquerschnitte zwei/ öffnungen und 13 geändert werden. Hierdurch wird der Eintritt 5 des Reglers ■ mit seinem Austritt 14 bzw. mit einem Raum 15 verbunden, der oberhalb der Pumpe 3 mit einem Rückführungskanal 16 für Brennstoff verbunden ist. Der Ausgang 14 des Reglers mündet in eine Leitung 17, die zum Versorgen der Einspritzdüsen durch eine Ventilgliedanordnung mit der Leitung 1 verbunden werden kann. Die

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Ventilgliedanordnung 18 ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Das öffnen und Schließen der Ventilgliedanordnung 18 kann von Hand mittels eines Dreiwegeventils 19 gesteuert werden, das ein Verbinden einer Steuerkammer 18a dieser Anordnung entweder mit der Leitung 8 oder mit dem Raum 15 gestattet. Das Schließen der Ventilgliedanordnung 18 verbindet die Leitung 1 mit.einer Ablaßleitung 18b.

Der den Regler 6 von der Pumpe 3 aus versorgende Kanal 4 ist ferner über ein Regelventil 20, das kein Bestandteil der Erfindung ist, mit einer Rückführungsleitung 21 für Brennstoff oberhalb der Pumpe verbunden. Nach einem allgemein bekannten Prinzip öffnet dieses Regelventil mehr oder weniger die Verbindung zwischen dem ; Kanal 4 und der Leitung 21 in der Art, daß die Druckdifferenz

t A ρ zwischen dem Eintritt 5 und dem Austritt 14 des Reglers j konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck regelt ein Anzeigegerät 22 für -Δ ρ in Abhängigkeit von Λ ρ den Brennstoffdruck unterhalb einer Drosselstelle 23a in einer Leitung 23, die über ein ! dem Filter 7 analoges Filter 23b Brennstoff dem Kanal 4 entnimmt. ; Der geregelte Druck wird über einen Balg 24 ausgeübt, um die Stel- '. lung der das Durchsatzregelorgan des Regelventils 20 bildenden Nadel 25 zu steuern.

Die Ventilgliedanordnung 18 ist beim Anlassen der Strahlturbine geöffnet und ist nur beim Stillstand geschlossen. Sie bleibt bei der gesamten Betriebszeit geöffnet. Der Regler 6 regelt den i Brennstoffdurchsatz C, der durch die Leitungen 17 und 1 zu nicht

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gezeigten Einspritzdüsen geliefert wird. Der aktive Teil der Nadel 9 besteht aus zwei entgegengesetzt geneigten Flächenab- : schnitten 12a, 13a mit ungefähr der Form von zwei an ihren großen Basen verbundene Kegelstümpfen, die die Durchtrittsquerschnitte

der ringförmigen öffnung 12, die einen Durchtritt für den geregelten Durchsatz C freiläßt, bzw. der ringförmigen öffnung 13 regeln, von wo aus der bei 5 in den Regler eintretende Durchsatzübarschuß in d?n Raum 15 und von dort aus in die Rückführungsleitung 16 entleert wird. Der vom Brennstoff beim Durchtritt durch die ringförmige Regelöffnung 12 erfahrene Ladungsverlust Δ ρ wird vom Regelventil 20 konstant gehalten. Der die öffnung 12 durchquerende Durchsatz C ist nur eine Funktion von Durchtrittsquerschnitt dieser öffnung. Es ist bekanntlich möglich, dem Ober- ; flächenabschnitt 12a eine solche Form zu geben, daß der Durchsatz C unmittelbar porportional einem die Stellung der Nadel messenden Abstand χ ist. Dieser Abstand wird durch das dargestellte Ausführungsbeispiel verwirklicht.

Die Steuereinrichtung 11 des Durchsatzreglers enthält einen Zylinder 26, in dem ein mit dem Schaft 9a der Nadel 9 formschlüssig verbundener Kolben 7 gleitet. Eine Abzweigung 28 der Leitung 8 für filtrierten Brennstoff teilt sich in zwei Zweige 28a, 28b, die über Drosselstellen 29a bzw. 29b die beiden Kammern 26a bzw. 26b des durch den Kolben 2 7 getrennten Zylinders versorgen. Die Drücke in diesen beiden Kammern werden als Funktion verschiedener Parameter für die Regelung der Strahlturbine durch ein Kräfte- j

ausgleich genanntes Gerät 30 moduliert,

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Dieses Gerät 30 enthält zwei Hebel 31, 32, die dazwischen zwei Rollen einspannen. Der bei 31a angelenkte, erste Hebel 31 wird in entgegengesetzten Richtungen durch zwei Bälge 34, 35 beaufschlagt, die so eingerichtet sind, daß die resultierende Kraft P . proportional dem Ausgang des nicht dargestellten Hochdruckverdichters der Strahlturbine ist. Der Innenraum eines dieser Bälge ist diesem Druck P . ausgesetzt, während der Innenraum des anderen Balgs zum Ausgleich der Wirkung des Umgebungsdrucks einem Vakuum ausgesetzt ist. Der zweite Hebel 32 hat jenseits seiner Anlenkstelle einen Arm 32b, der unter der Wirkung einer Feder steht, die sich auf einem Vorsprung 29b am Ende der Nadel 9 des Reglers 6 abstützt. Das Ende des ersten Hebels 31 bildet eine Platte, die zwischen zwei gegenüberliegenden Verbindungsrohren 37a, 37b hin- und herschwenkt, die über Leitungen 38a bzw. 38b mit zwei Kammern 26a bzw. 26b des Zylinders 26 verbunden sind. Der Kolben 2 7 des Reglers wirkt somit als Servokolben, der durch die von den Verbindungsrohren und der Platte modulierten Drücke gesteuert wird. Der Hebel 32 bildet mit der Feder 36 ein Rückführungselement .

Somit entspricht jeder Stellung der doppelten Rolle 33 ein durch das Verhältnis x/P_s4 bund folglich ein durch das Verhältnis X/P_g4 bestimmter Wert. Die doppelte Rolle 33 wird von einem Schaft 39 getragen, der sich in der allgemeinen Richtung der Hebel 31 und 32 erstreckt, und der an das Ende eines Steuerhebels 40 angeschlossen ist. Dieser Steuerhebel ist mit einer RoIe 40a versehen, die von einem Nocken 41 betätigt wird, dessen

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Stellung durch einen Motor 42 geregelt wird. Die Stellung der idoppelten Rolle 33 unterliegt somit dem Motor 42, der seinerseits

j von einem nicht gezeigten Rechner in Abhängigkeit verschiedener !Parameter gesteuert wird, etwa der Temperatur, der Drehzahl usw.

I Ein an den Motor über eine Zahnradübersetzung angeschlossener iMeßfühler führt als Reaktion in diesen Motor 42 die Stellung des •Nockens 41 ein.

Der durch den Regler 6 der Leitung 17 und daher den nicht gezeigten Einspritzdüsen gelieferte Brennstoffdurchsatz C ist somit eine vorgegebene Funktion von P - und anderer durch den nicht gezeigten Rechner in die Regelung eingeführter Parameter. Die den zylindrischen Schaft 9a der Nadel 9 während seiner Versdiebung führende Bohrung 10 ist durch eine Zwischenwand 44 hindurch angeordnet, die den Zylinder 26 von einer Kammer 45 trennt, die in der öffnung 12 geregelten Brennstoff aufnimmt und durch den Auslaß abläßt. In dieser Zwischenwand 44 ist eine Ringnut 46 angeordnet, die über Kanäle 47 mit einem kleinen ringförmigen Sammelraum 48 in Verbindung steht, der seinerseits über einen Kanal 49 mit der Leitung 8 in Verbindung steht. Wie oben angegeben, ist der Druck des filtrierten Brennstoffs in der Leitung 8 praktisch gleich dem Druck im Kanal 4, der um den Betrag Δ ρ größer ist als der Druck in der Kammer 45. Der filtrierte Brennstoff hat daher die Neigung, von der Ringnut 46 zur Kammer 45 zu strömen und hindert die Verunreinigungen im nicht filtrierten und in dieser Kammer zirkulierenden Brennstoff daran, in den zwischen dem Schaft 9a und der Bohrung 10 enthaltenen Spalt einzudringen, so daß keine Gefahr des Festfressens dieses Schafts in dieser Bohrung

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besteht. Für den Kolben 27 besteht auch keine Gefahr des Festfressens, da der den Zylinder 26 füllende Brennstoff filtriert ist.

: Es soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß die einzigen filtrier- ; ten Kreisläufe, nämlich diejenigen der Leitungen 8 und 23, solche , mit geringem Durchsatz sind. Unter der Voraussetzung, daß, wie oben erklärt, keine Gefahr der Verstopfung der Filter 7 und 23b besteht, ist es weder nötig, eine Verstopfungsprobe noch periodische Inspektionen vorzusehen. Es ist nicht nötig, im Flugzeug Inspektionsklappen für den Zugang zu den Filtern vorzusehen. Obwohl die feinen Filter die Neigung zum Vereisen haben, besteht keine Gefahr der Vereisung der Filter 7 und 2 3b aufgrund des großen ]

j Brennstoffdurchsatzes, der ihre Eintrittsfläche säubert. ^;

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Claims (3)

Patentanwälte Dr. Ing- H. Negendank Dipl Ing. H. Hauek - Dipl. Pbys. W. Schmilz DIpI Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert 8 München % fVäoxartsiraße 25 Telefon 5380586 Societe Nationale d1Etude et de Construction de Moteurs dfAviation 150, Boulevard Haussmann 11. April 1973 Pari s,Frankreich Anwaltsakte M-2602 Patentansprüche

1.)Durchsatzregler mit einer in einer Bohrung fliegend geführten ^""^ Regelnadel, die durch einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder

betätigt wird, um den Durchtrittsquerschnitt einer Regelöff-"■''■■. !

nung zu regeln, die den Durchsatz des unter Druck stehenden , Brennstoffs bestimmt, der feste Verunreinigungen enthält oder ; Gefahr läuft zu enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ar-; beitszylinder aus einem mit einem Schaft der Nadel form- : schlüssig verbundenen und in einem Zylinder gleitenden Kolben

hindurch

besteht, daß die Bohrung quer durch eine Zwischenwand/angeordnet ist, die den Zylinder von einer Kammer trennt, in die der aus der Regelöffnung austretende, geregelte Brennstoff eintritt, daß die beiden Kammern des Zylinders mit unter moduliertem Druck stehenden Brennstoff versorgt werden, der oberhalb des Reglers über ein Filter entnommen wird, und daß die Bohrung mit einer Ringnut versehen ist, die in gleicher

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Weise mit Brennstoff versorgt wird, der oberhalb des Reglers über dieses oder ein anderes Filter entnommen wird.

2. Durchsatζregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Druck des filtrierten Brennstoffs in den Kammern des Zylinders durch eine Ausflußeinrichtung moduliert wird, die in einem Raum angeordnet ist, der Brennstoff durch eine öffnung aufnimmt, deren Durchtrittsquerschnitt differentiell mit dem Durchtrittsquerschnitt der Regelöffnung durch das freie Ende der Regelnadel geregelt wird, wobei der Raum mit

j einem Brennstoffrückführungskanal verbunden ist.

3. Durchsatzregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- j

net, daß das Filter oder jedes Filter aus einer Hülse mit J filternder Wand gebildet wird, die innen von dem den Regler versorgenden Brennstoff durchströmt wird, und in einem Raum eingeschlossen wird, dem der filtrierte Brennstoff entnommen wird.

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L e e rs e i t e