DE3022735A1 - Kraftstoffverteilschieber - Google Patents

Description

Kraftstoffverteilschieber

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffsysteme für ein Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere einen Kraftstoffverteilschieber, der auch zum sequentiellen Anfahren des Triebwerks benutzt werden kann.

Bekanntlich muß zum Erzielen der Zündung in einem Strahltriebwerk das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in der Nähe der Düsen, wo -"las Zünden erfolgen soll, über einem gewissen Mindestwert gehalten werden. Normalerwerise beginnt die Zündung an einer oder zwei Stellen und die Flamme breitet sich schnell um den gesamten Brenner herum aus. In einigen Triebwerken wird diese schnelle Energiezufuhr den Verdichter in den Strömungsabriß treiben, wenn nicht Vorkehrungen für eine massive Abzapfung aus dem Verdichter getroffen worden sind. Dieser Strömungsabrißzustand kann durch sequentielles Zünden mit einer gesteuerten Geschwindigkeit von ausgewählten Bereichen mit dem korrekten örtlichen Kraftstoff/Luft-Verhältnis in dem Brenner erfolgen,

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so daß die Beschleunigung des Triebwerks bis zum Lerrlauf mit einer Geschwindigkeit erzielt werden kann, die den Verdichter nicht in den Strömungsabriß treibt. Für diesen Zweck schafft die Erfindung einen Kraftstoffverteilschieber für einen Einstufenbrenner, mit dem es möglich ist, einzelnen Kraftstoff düsen Kraftstoff zuzumessen und eine sequentielle Zündung zu erzielen, ohne daß die Kraftstoffprogrammkenndaten der Kraftstoffregelung geändert werden. Aufgrund einer Besonderheit eignet sich dieser Schieber zur Verwendung als Durchflußteiler und -verteiler- und -dosierschieber, weil er in der Lage ist, den Durchfluß durch die Auslaßöffnungen in einem breiten Kraftstoffdurchflußbereich genau zu dosieren.

Ein Merkmal der Erfindung ist ein Verteilschieber mit den Möglichkeiten der sequentiellen Kraftstofförderung, der eine innere verschiebbare Büchse mit einem ringförmigen Schlitz, der innerhalb des Schiebers mit an dem äußeren Gehäuse gebildeten Auslaßöffnungen in Verbindung steht, um Kraftstoff an ein Düsensystem in dem Brenner einer Antriebsmaschinenanlage der Turbinenbauart zu verteilen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die Durchflußgenauigkeit zwischen den Auslaßöffnungen in einem weiten Durchflußbereich relativ genau bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische

Darstellung der Einzelheiten der Erfindung,

Fig. 2 in einer schematischen LängsSchnittansicht

den mit den Düsen des Brenners verbundenen Schieber und

Fig. 3 in einer schematischen Teilansicht der Kon

figuration der Öffnungen für einen Folgesteuerbetrieb mit Bypassmöglichkeiten.

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Gemäß Fig. 1 hat der insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnete Durchflußteiler ein äußeres zylindrisches Gehäuse 12, das an einem Ende 14 verschlossen und an dem entgegengesetzten Ende offen ist. Eine Bohrung 16 ist so dimensioniert, daß sie eine Büchse 18 aufnehmen kann. Ein Kolben 19 und eine Feder 20, die in die Bohrung 22 der Hülse 18 passen, sowie die Kombination aus einer Verschlußkappe und einem Federhalter 24 bilden den übrigen Teil des Schiebers. Die Verschlußkappe kann an dem Hauptkörper, d.h. an dem äußeren zylindrischen Gehäuse 12 mittels Schrauben 26 (von denen eine gezeigt ist) befestigt werden, die in Öffnungen passen, welche in an der Verschlußkappe und der Büchse gebildete Flansche passen .und in komplementäre Öffnungen einschraubbar sind, die an dem zugewandten Ende des zylindrischen Gehäuses 12 gebildet sind. Mehrere Auslaßanschlußstücke 30 sind auf dem Umfang des zylindrischen Gehäuses 12 vorgesehen und wirken mit Schlitzen 32 zusammen, die in der Büchse 18 gebildet sind, was in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 2 noch näher erläutert wird.

Fig. 2 zeigt die Einzelteile zusammengebaut, wobei die Büchse 18 in die Bohrung 16 des äußeren zylindrischen Gehäuses 12 paßt und darin durch den Flansch an der Verschlußkappe 24 und das Ende des Gehäuses 12 in seiner Lage festgehalten ist. Der Kolben 19, der Fluidreaktionswandflachen 36 und 38 hat, ist relativ zu der feststehenden Büchse 18 verschiebbar. Die Feder 20 und Druck in der rechten Kammer wirken auf die Reaktionsfläche 38 ein, um den Kolben in eine Richtung zu drücken, und Fluid, das in das andere Ende eingelassen wird, wirkt auf die Reaktionsfläche 36 ein, um den Kolben in die entgegengesetzte Richtung zu drücken.

Gemäß der Erfindung ist ein ringförmiger Schlitz 4 0 in dem äusseren Umfang des Kolbens 19 gebildet und Kraftstoff wird ihm über.mehrere axiale Bohrungen 4 2 (von denen nur zwei gezeigt sind) aus einer Kammer 44 zugeführt. Die Kammer 44 empfängt Kraftstoff von der Kraftstoffversorgung über eine Öffnung 46.

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Kraftstoff in der Kammer 44 dient außerdem zum Positionieren des Kolbens 19 nach rechts entgegen der Kraft, die durch die Feder 20 und durch den Referenzdruck in der Kammer 48, der in dieser über eine Einlaßöffnung 50 aufgebaut wird, erzeugt wird.

Vorstehende Darlegungen zeigen, daß Kraftstoff aus der Kammer 44 durch die axialen Bohrungen 42 in den ringförmigen Schlitz 4 0 und in die AuslaßÖffnungen 52 gelangt, die mit den Anschlußstücken 30 in Verbindung stehen. Außerdem verbinden, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, Kraftstoffleitungen 56 Kraftstoffdüsen 58 (zwei Düsen für jede Verbindung) mit den Anschlußstücken 30 zur Kraftstoffzufuhr zu dem Brenner.

Die Anzahl der Düsen könnte gleich eins oder größer sein, was eine Konstruktionsüberlegung darstellt und den Rahmen der Erfindung nicht beeinflußt. Wenn das Kraftstoffvolumen, wie es durch die Kraftstoffregelung (nicht gezeigt) dosiert wird, zunimmt, bewegt sich der Kolben 19 nach rechts, so daß der ringförmige Schlitz über die langgestreckten Schlitze 32 gleitet, deren Breite zunehmend größer wird, um mehr Kraftstoff zu fördern, wenn das Triebwerk beschleunigt. Wenn eine größere Fläche des Schlitzes freigegeben oder mit dem ringförmigen Schlitz 4 0 in Verbindung gebracht wird, erfolgt offenbar eine Zunahme des Kraftstoffdurchflusses zu den zugeordneten Düsen. '

Fig. 3 zeigt exemplarisch, wie der Schieber leicht angepaßt werden kann, damit die Möglichkeit eines sequentiellen Kraftstoffdurchf lusses gegeben ist. Es ist zu erkennen, daß Schlitze 32a, 32b und 32c zunehmend kürzer sind und gegenüber dem ersten Punkt, der durch den ringförmigen Schlitz 40 berührt wird, axial versetzt angeordnet sind. Wenn sich der Kolben 19 und der ringförmige Schlitz 40 axial nach rechts bewegen, berührt der ringförmige Schlitz zuerst den Schlitz 32a, der eine erste Düse oder eine Gruppe von Düsen speist, dann den Schlitz 32b, der in gleicher Weise eine andere Düse speist,

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und dann den Schlitz 32c. Ein Bypass dient zum Zurückleiten des Kraftstoffes, der durch die Kraftstoffregelung geliefert und durch den Kraftstoffverteiler nicht zu dem Brenner geleitet wird. Das dient zum Aufrechterhalten einer konstanten Kraftstoffzufuhr aus der Kraftstoffregelung, so daß, wenn sämtliche Schlitze 32a, 32b und 32c freigegeben sind, der Bypass 60 abgetrennt ist. Die Technik des stufenweisen Anfahrens kann selbstverständlich in der Kraftstoffregelung selbst vorgesehen werden, wodurch die Notwendigkeit, den Bypass vorzusehen, beseitigt wird. Es ist jedoch eine einfacherer Lösung, den Büchsenöffnungen die entsprechende Form zu geben, statt die erforderlichen Kraftstoffregelungsteile zu ändern.

Die Erfindung ist, wenn sie als Kraftstoffverteiler benutzt wird, bei "belüfteten" Düsen (d.h. Düsen, an denen ein niedriger Druckabfall auftritt) besonders nützlich, da die Kraftstoffauf teilung und -verteilung durch den Schlitzdurchflußquerschnitt gesteuert wird, und die Feder- und Referenzdruckkraft in dem Schieber ist deshalb für die Druckdifferenz an den Düsen und die Rohrlänge vom Schieber zu den Düsen relativ unempfindlich. Der Schieber ist somit in der Lage, den Kraftstoffdurchfluß in einem breiten Kraftstoffdurchflußbereich genau zu dosieren.

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Zusammenfassung:

Ein Schieber hat einen verschiebbaren ringförmigen Schlitz (40), der mit diskret geformten und zweckmäßig angeordneten, langgestreckten, veränderlich breiten Schlitzen (32) in Verbindung steht zur Zumessung von Kraftstoff zu einzelnen Brennstoffdüsen (58) in einem Brenner eines Strahltriebwerks ohne Änderung der Kraftstoffprogrammkenndaten der Kraftstoffregelung. Der Schieber kann mit den Möglichkeiten für eine sequentielle Zündung versehen sein, wenn der Brenner dafür ausgelegt ist.

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Claims (6)

1. Patentansprüche ;

   1J Kraftstoffverteilschieber zum Leiten einer dosierten Kraftstoff zufuhr aus einer Kraftstoffregelung, die den Betrieb eines Gasturbinentriebwerks steuert, zu den Kraftstoffdüsen des Brenners dieses Gasturbinentriebwerks, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse, durch eine in einer Bohrung des zylindrischen Gehäuses befestigte Büchse, die mehrere, gegenseitigen Abstand aufweisende, langgestreckte Umfangsschlitze veränderlicher Breite hat, welche mit entsprechenden komplementären Auslaßöffnungen in dem Gehäuse in Verbindung stehen, die mit den Düsen in Verbindung stehen, durch einen Kolben, der in der Büchse verschiebbar ist und eine Ringnut aufweist, und durch Einrichtungen zum Zuführen von Kraftstoff zu der Ringnut, so daß die Position der Ringnut in bezug auf die langgestreckten Schlitze die Kraftstoffmenge festlegt, die in jede der Düsen eindringen kann.
2. 2. Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

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   ORIGINAL INSPECTED

   Kolben entgegengesetzte Reaktionsflächen aufweistι von denen die eine einer Federkraft und einem Referenzdr.uck und die andere dem dosierten Kraftstoff ausgesetzt ist.
3. 3. Schieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse an einem Ende verschlossen und am anderen Ende offen ist und eine Kappe mit einem Flansch zur Befestigung an dem offenen Ende der zylindrischen Bohrung aufweist, und daß die Kappe eine Vertiefung zur Aufnahme eines Endes der Feder hat, während das entgegengesetzte Ende der Feder an der Reaktionsfläche anliegt.
4. 4. Schieber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Büchse einen Flansch aufweist, der sich radial erstreckt und an dem Ende des zylindrischen Gehäuses an dem offenen Ende anliegt, um durch den Flansch an der Kapp§ festgehalten zu werden.
5. 5. Schieber nagh einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Schütze, untersphiedrliche Längen haben und daß ihre Anfänge axial versetzt sind, so daß die Ringnut mit den Schlitzen an unterschiedlichen axialen Stellen ihrer geradlinigen Bewegung in Berührung kommt, um die Düsen nacheinander zu füllen.
6. 6. Schieber nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen veränderlichen Schlitz in der Büchse, der. mit einer Auslaßöffnung in Verbindung steht, um Kraftstoff zurück zu der Kraftstoffregelung zu leiten, wobei die Größe des zusätzlichen Schlitzes so gewählt ist, daß die Ges.amtkrafts.toffmenge, die in die Schlitze eingelassen wird und zur Verteilung auf die Düsen vorgesehen ist, verteilt wird, so daß die Kraftstoffmenge, die den Schlitzen zugeteilt wird, welche nicht in voller Verbindung mit den Düsen sind, durch den zusätzlichen Schlitz fließt.

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