DE3327740A1 - Schubverstaerkerbrennstoffregelsystem - Google Patents

Description

Schubverstärkerbrennstoffrege!system

Die Erfindung bezieht sich auf Schubverstärker für Gasturbinentriebwerke und betrifft insbesondere Brennstoffregelsysteme für solche Schubverstärker.

Schubverstärker für Gasturbinentriebwerke enthalten typisch mehrere Brennstoffsprührohre in Form von sich radial erstreckenden Stäben oder von konzentrischen Ringen, die in dem Abgaskanal ein kurzes Stück stromaufwärts von einem oder mehreren Flammenhaltern angeordnet sind. Die Sprührohre haben ungeachtet ihrer Form jeweils mehrere öffnungen entweder mit festem oder mit variablem Querschnitt, über die der Brennstoff in den Gasstrom gesprüht wird. Brennstoffauslaßöffnungen variablen Querschnittes in Sprührohren sind im allgemeinen in der Herstellung teuer und aus diesem Grund unerwünscht.

In bekannten Schubverstärkersystemen haben einzelne

Sprührohre oder Gruppen von Sprührohren gesonderte Absperrventile, die in einer besonderen Reihenfolge geöffnet werden können, um das Zünden und andere Betriebsarten des Schubverstärkers zu erleichtern. Mehrere dieser Sprührohre oder Gruppen der Sprührohre werden mit Brennstoff aus einer gemeinsamen Verteilleitung versorgt. Ein einzelnes Hauptventil steuert die gesamte Brennstoffzufuhr zu der Verteilleitung. Die Brennstoffdurchflußgeschwindigkeit oder -leistung in den öffnungen in den einzelnen Sprührohren, die mit der Verteilleitung verbunden sind, ist eine Funktion des Druckabfalls an den öffnungen, der eine Funktion des Gegendrucks des Systems ist. Während des stationären Betriebes ist der Gegendruck im wesentlichen konstant, und die Durchflußgeschwindigkeiten in den Sprührohren sind stetig und vorhersagbar. Während des Einleitens der Schubverstärkung und während Schubverstärkerübergangsvorgängen werden die Abschaltventile der Reihe nach geöffnet, und das Hauptbrennstoffzufuhrventil wird geöffnet, um der Verteilleitung gemäß einem geeigneten Plan insgesamt mehr Brennstoff zuzuführen. Da die Brenn stoff durchflußgeschwindigkeit, mit der der Brennstoff aus jedem Sprührohr ausströmt, von dem Gegendruck abhängig ist, erfolgt jedesmal dann, wenn ein weiteres Absperrventil geöffnet wird, eine plötzliche Änderung des Gegendruckes, die zu einem plötzlichen Abfall, einem plötzlichen Anstieg oder einer plötzlichen Schwankung der Brennstoffzuführgeschwindigkeit in den Sprührohren, in denen bereits Brennstoff strömt, führt. Die Gesamtbrennstoffzufuhr zu der Verteilleitung wird somit zwar über das Hauptventil gesteuert, die Verteilung der Brennstoffzufuhr auf die Sprührohre während Übergangsvorgängen ist jedoch ungewiß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Brennstoff regelsystem für einen Gasturbinentriebwerksschubverstärker zu schaffen.

Weiter soll es möglich sein, das Ein- und Abschalten von einzelnen Schubverstärkersprühvorrichtungen zu gestatten, ohne daß die Durchflußgeschwindigkeit in anderen Schubverstärkersprühvorrichtungen in dem System nachteilig beeinflußt wird.

Ferner soll das Brennstoffregelsystem in der Lage sein, die Brennstoffdurchflußgeschwindigkeit in einzelnen Sprührohren zu verändern, ohne daß Brennstoffauslaßöffnungen variablen Querschnittes in den Sprührohren erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung enthält das Schubverstärkerbrennstoffregelsystem mehrere BrennstoffSprühvorrichtungen stromaufwärts eines Flammenhalters, die Brennstoffauslaßöffnungen festen Querschnittes haben und mit Brennstoff aus einer gemeinsamen Kammer über einzelne variable Zumeßquerschnitte versorgt werden, wobei ein Zumeßquerschnitt jeder Sprühvorrichtung entspricht und seinen eigenen Druckregler hat, der einen im wesentlichen konstanten Druckabfall an dem Zumeßquerschnitt aufrechterhält, und wobei jede Sprühvorrichtung außerdem ihr eigenes Absperrventil hat und das Regelsystem Einrichtungen zum öffnen und Schließen der Absperrventile aufweist.

In diesem Regelsystem sieht sich jede Schubverstärkersprühvorrichtung, die der gemeinsamen Brennstoffkammer zugeordnet ist, einem Gegendruck gegenüber, der von den Gegendrücken unabhängig ist, denen sich andere Sprühvorrichtungen, durch die Brennstoff hindurchströmt, gegenübersehen. Die Absperrventile der einzelnen Sprühvorrichtungen können nun nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden, beispielsweise durch Öffnen derselben in einer vorbestimmten Reihenfolge während des Einleitens der Schubverstäxkung oder während anschließender Schub-

Verstärkerübergangsvorgänge, ohne daß die Brennstoffdurchflußgeschwindigkeit in den Sprühvorrichtungen, die bereits in Betrieb sind, wesentlich beeinflußt wird. Die Brennstoffdurchflußgeschwindigkeit in jeder Sprühvorrichtung ist eine direkte Funktion ihres entsprechen den Zumeßquerschnittes.

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

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schubverstärkerbrennstoff regelsystem nach der Erfindung.

Gemäß der Darstellung in der Zeichnung umgibt ein Gasturbinentriebwerksgehäuse 6 einen Turbinenabgaskanal 8 ind einen Triebwerksheckkegel 10. Der Turbinenabgaskanal 8 und der Heckkegel 10 begrenzen einen ringförmigen Tur binenabgas Strömungsweg 12 um die Triebwerksmittellinie 14. Ein Schubverstärker ist insgesamt mit der Bezugszahl 16 bezeichnet. Der Schubverstärker 16 hat einen Flammenhalter 18 und ringförmige Brennstoffsprührohre 20 (von denen in dieser Ausführungsform sechs dargestellt sind), die stromaufwärts desselben in dem Gasströmungsweg 12 angeordnet sind. Jeder Ring 20 hat mehrere umfangsmäßig in gegenseitigem Abstand angeordnete, düsenartige öffnungen 22 festen Querschnittes, die den Brennstoff während der Schubverstärkung versprühen. In der Zeichnung sind die Sprührohre zwar als Ringe dargestellt, es könnte sich bei ihnen jedoch auch einfach um radiale Stäbe od.dgl. oder um eine Kombination aus Stäben und Ringen handeln.

Der Flammenhalter 18 hat einen bekannten Aufbau. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Flammenhalter drei konzentrische, ringförmige, im

Querschnitt V-förmige Rinnen 24 und mehrere umfangsmäßig in gegenseitigem Abstand angeordnete, im Querschnitt V-förmige Rinnen 26, die sich von ihnen aus radial nach innen und radial nach außen erstrecken.

Gemäß der Erfindung empfängt jeder Sprühring 20 Brennstoff über eine gesonderte Brennstoffzuführleitung 38. Die Zufuhrleitungen 38 werden mit Brennstoff aus einer gemeinsamen Kammer 40 eines Brennstoffzumeßventils versorgt, das insgesamt mit der Bezugszahl 42 bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform hat das Brennstoffzumeßventil 42 eine äußere Wand 44, die eine innere zylindrische Oberfläche 46 hat, und einen inneren Hohlzylinder 48, der eine äußere zylindrische Oberfläche 50 konzentrisch zu der inneren zylindrischen Oberfläche 46 hat und mit dieser in Gleitberührung ist. Der Zylinder 48 hat geschlossene Enden 49, 51 und begrenzt die erwähnte gemeinsame Kammer 40. Brennstoff aus einer Brennstoffversorgung 52 tritt in die gemeinsame Kammer 40 über öffnungen 54, 56 in der Wand 44 bzw. dem Zylinder 48 ein. Jede Brennstoffzuführleitung 38 steht mit der gemeinsamen Brennstoffkammer 40 über ein entsprechendes Paar öffnungen 58, 60 festen Querschnittes in der äusseren Wand 44 bzw. dem Zylinder 48 in Verbindung, wobei diese öffnungen durch Bewegen des Zylinders 48 relativ zu der Oberfläche 46 mehr oder weniger in Deckung gebracht werden können. Somit sind variable Zumeßquerschnitte 62 an den Grenzflächen zwischen entsprechenden Öffnungen 58, 60 gebildet.

Irgendeine geeignete Vorrichtung kann benutzt werden, um die Relativposition der öffnungen 58, 60 und somit die Größe der Zumeßquerschnitte 62 zu steuern. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird der Zylinder 48 in bezug auf die zylinderische Oberfläche 46 durch ein Steuerventil 64 axial nach links und nach

rechts bewegt, das Steuerbefehle aus einem Computer empfängt, der nicht dargestellt ist. Ein Ventilpositionsfühler 65 liefert dem Computer ein Positionsrückführungssignal. Im Betrieb wird eine Kammer 66 an dem rechten Ende des Zylinders 48 mit Servofluid gefüllt, das auf einem konstanten Servoversorgungsdruck gehalten wird, der durch einen Kasten 67 dargestellt ist. Dadurch wird ein konstanter Druck an dem rechten Ende 49 des Zylinders 48 aufrechterhalten. Links von dem Zylinder 48 ist ein Kolben 68 direkt mit dem linken Ende 51 des Zylinders 48 durch eine Achse 70 verbunden. Eine Kammer 72 befindet sich zwischen dem Kolben 68 und dem Zylinder 48. Die Kammer ist mit Servofluid gefüllt, das auf einem konstanten Servoablaßdruck gehalten wird, welcher durch einen Kasten 74 dargestellt ist und beträchtlich niedriger als der Servoversorgungsdruck 67 ist. Eine Kammer 76 befindet sich links von dem Kolben 68 und ist mit Servofluid gefüllt, dessen Druck zwischen dem Versorgungsdruck 67 und dem Ablaßdruck 74 mit Hilfe des Steuerventils 64 verändert werden kann. Durch Steuern des Druckes des Fluids in der Kammer 76 kann daher der Zylinder 48 nach links oder nach rechts bewegt werden, um die Zumeßquerschnitte 62 nach Bedarf zu verändern.

Die Zumeßquerschnitte 62 können auch verändert werden, indem der innere Zylinder relativ zu der äußeren Wand gedreht wird. Darüber hinaus können andere Arten von Zumeßventilen in dem Regelsystem nach der Erfindung benutzt werden, die mehrere variable Zumeßquerschnitte haben, welche in eine gemeinsame Kammer münden.

Weiter ist gemäß der Erfindung jeder Brennstoffversorgungsleitung 38 ein gesondertes Absperrventil 100 zugeordnet. Zum Einleiten der Schubverstärkung werden diese Ventile in einer vorbestimmten Reihenfolge durch eine Steuereinrichtung 102 geöffnet, die irgendeinen be-

kannten Aufbau haben kann (elektrisch, hydromechanisch, usw.). Die Steuereinrichtung 102 wird außerdem benutzt, um die Ventile 100 zu öffnen und zu schließen, damit weitere Schubverstärkerbetriebsarten erzielt werden.

Jeder Brennstoffzuführleitung 38 ist ein Druckregelventil 104 zugeordnet, das zwischen dem Zufuhrleitungszumeßquerschnitt 62 und dem entsprechenden Absperrventil 100 angeordnet ist. Jedes Ventil 104 hält einen nahezu konstanten Druckabfall an dem Zumeßquerschnitt 62 aufrecht, dem es zugeordnet ist. Druckregelventile dieser Bauart sind bekannt. Jedes Druckregelventil 104 wird mit einem Arbeitsfluid versorgt, das denselben Druck hat wie der Brennstoff in der gemeinsamen Kammer 40. In dem gezeigten Regelsystem ist dieses Arbeitsfluid Brennstoff, der aus der gemeinsamen Kammer 40 den Brennstoffregelventilen 104 über ein System von Leitungen 106 zugeführt wird. Bei der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß der Druckabfall an jedem Zumeßquerschnitt 62 derselbe ist.

In dem Schubverstärkerbrennstoffregelsystem nach der Erfindung wird somit der Brennstoffdruckabfall an jedem Zumeßquerschnitt 62 unabhängig von dem Druckabfall an den anderen Zumeßquerschnitten 62 geregelt. Das Ein- oder Abschalten eines Sprühringes 20 mit Hilfe seines Absperrventils 100, beispielsweise während der Folgesteuerung der Sprühringe 20, hat dadurch keine Auswirkung auf die Brennstoff strömungsgeschwindigkeit zu anderen Ringen 20. Die Geschwindigkeit der Brennstoffzufuhr zu jedem Sprühring 20 ist allein von der Größe des Zumeßquerschnittes 62 abhängig, der diesem Sprühring zugeordnet ist, und von dem Wert des Druckabfalls, der an dem Zumeßquerschnitt 62 aufrechterhalten wird. Die Geschwindigkeit der Brennstoffzufuhr zu der gemeinsamen

40·

Kammer 40 ist die Summe der einzelnen Brennstoffzufuhren oder -durchflüsse, die an den einzelnen Zumeßquerschnitten 62 aufrechterhalten werden. Jeweils beim öffnen eines zusätzlichen Sprühringes während der Folgesteuerung wird zusätzlicher Brennstoff aus der Brennstoffversorgung 52 der gemeinsamen Kammer 40 zugeführt, um einen konstanten Durchfluß durch die bereits offenen Ventile 100 sowie durch das Ventil 100, das neu geöffnet wird, zu gewährleisten.

Gemäß der Zeichnung lieferb die Brennstoffzuführleitung 38 zwar Brennstoff zu einem einzelnen Sprühring 20, jede Brennstoffzufuhrleitung 38 könnte jedoch gleichermaßen Brennstoff zu einer Gruppe von Sprühringen oder Sprühstäben oder zu einer Kombination von Ringen und Stäben liefern, je nach dem besonderen Aufbau des Schubverstärkers, mit dem das Regelsystem nach der Erfindung verbunden ist. Das Schubverstärkerbrennstoffregelsystem nach der Erfindung ist für eine solche Anordnung gleich gut geeignet.

Claims (3)

1. Patentansprüche :

   MJ Schubverstärkerbrennstoffregelsystem für ein Gasturbinentriebwerk, das einen Abgaskanal (8) mit einem darin angeordneten Flammenhalter (18) hat, gekennzeichnet durch mehrere Sprührohre (20), die in dem Abgaskanal (8) stromaufwärts des Flammenhalters (18) angeordnet sind und jeweils mehrere öffnungen (22) haben, über die Brennstoff in den Abgaskanal (8) gesprüht wird,

   durch ein Brennstoffzumeßventil (42) mit einer Vorrichtung (48), die eine gemeinsame Brennstoffkammer (40) enthält und mehrere gesonderte, variable Brennstoffzumeßquerschnitte (62) aufweist, von denen jeder einem der Sprührohre (20) entspricht und eine Strömungsverbindung zwischen der gemeinsamen Brennstoffkammer (40) und den Sprührohren (20) herstellt,

   durch eine Brennstoffversorgungseinrichtung (52), die mit der gemeinsamen Brennstoffkammer (40) in Verbindung steht, durch Druckregeleinrichtungen (104), die den Sprührohren (20) und dem Brennstoffzumeßventil (42) zugeordnet sind,

   um einen im wesentlichen konstanten Druckabfall an jedem Zumeßquerschnitt (62) aufrechtzuerhalten, durch mehrere Absperrventile (100), von denen jeweils eines einem der Sprührohre (20) entspricht, um die Brennstoffzufuhr von dem Brennstoffzumeßventil (42) zu dem dem Absperrventil entsprechenden Sprührohr zu unterbrechen oder zu gestatten, und

   durch eine Steuereinrichtung (102), die den Absperrventilen (100) zum öffnen und Schließen derselben zugeordnet ist.
2. 2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprührohröffnungen (22) Öffnungen festen Querschnittes sind.
3. 3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzumeßventil (42) eine erste Wand (48) hat, die die gemeinsame Brennstoffkammer (40) begrenzt und eine"äußere zylindrische Oberfläche (50) hat, und eine zweite Wand (44) , die eine innere zylindrische Oberfläche (46) hat, welche von der zweiten Wand umgeben ist, wobei die innere und die äußere zylindrische Wandoberfläche konzentrisch und aufeinander verschiebbar sind, wobei die zweite Wand (44) eine erste Anzahl von Durchgangsöffnungen (58) und die erste Wand (48) eine zweite Anzahl von Durchgangsöffnungen

   (62) hat und wobei die Wände in bezug aufeinander bewegbar sind, damit die ersten und die zweiten Öffnungen miteinander in Deckung gebracht werden können, um die Zumeßquerschnitte (62) zu bilden, und daß die Regeleinrichtung (64), die dem Zumeßventil (42) zugeordnet ist, Vorrichtungen (65, 67, 74) zum Steuern der Relativbewegung der ersten und der zweiten Wand zum Verändern der Zumeßquerschnitte (62) hat.