DE2148259A1

DE2148259A1 - Variabler Strömungsverteiler

Info

Publication number: DE2148259A1
Application number: DE19712148259
Authority: DE
Inventors: Pasquale Columbo Revere Mass. Bondi (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1972-07-27
Also published as: GB1351652A; US3692041A; FR2120660A5; JPS5425249B1; CA938859A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen variablen Strömungs- bzw. Kraftstoffverteiler und insbesondere auf einen solchen variablen Kraftstoffverteiler, in dem ein verunreinigtes Strömungsmittel durch zahlreiche Meßöffnungen bzw. -düsen hindurch zugemessen wird, ohne daß ein wesentliches Risiko besteht, daß die verunreinigenden Teilchen bewirken, daß sich die bewegenden Teile festlaufen oder hängenbleiben.

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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere in den Brennstoffregelsystemen von Strahltriebwerken anwendbar, in denen es wichtig ist, gleiche Brennstoffmengen zu einer Vielzahl von Brennern in dem Triebwerk zu führen, und in denen der Brennstoff sorgfältig reguliert sein muß, so daß die Strömung zu jedem Brenner gleichzeitig einsetzt und, auf verschiedenen einheitlichen StrömungsVerhältnissen gehalten wird.

Die gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes auf die Brenner des Strahltriebwerkes kann dadurch herbeigeführt werden, daß der Brennstoff in der Weise durch eine Kammer geleitet wird, daß die Ausgangsströmung durch eine Reihe von Meßdüsen aufgeteilt wird, die alle gleichzeitig eingestellt werden können, so daß durch jede Düse bzw. Öffnung die gleiche einheitliche Strömungsmenge hindurchgelassen wird. Eine einfache und trotzdem höchst effektive Meßdüse kann durch zwei sich gegenüberliegende Wandungen gebildet werden, wobei jede Wandung eine Öffnung mit vorbestimmter Größe enthält und eine Wand dazu vorgesehen ist, über die Oberfläche der gegenüberliegenden Wand zu gleiten, so daß die zwei Löcher zur Bildung einer Meßdüse bzw. -Öffnung zusammenwirken. Die Meßdüse kann vollständig geöffnet werden, indem eine der Wände in die Stellung gebracht wird, die für eine koaxiale Ausrichtung der Löcher erforderlich ist, oder alternativ kann die Meßdüse geschlossen werden, indem die Löcher vollständig gegeneinander versetzt werden, wobei dazwischen alle Öffnungsbereiche der Düse bzw. Öffnung gegeben sind.

In einem praktisch bestehenden Kraftstoff-Verteilungssystem für Strahltriebwerke ist der Kraftstoff jedoch normalerweise durch unerwünschte Teilchen verunreinigt. Diese Verunreinigungen neigen dazu, sich zwischen den sich bewegenden Wandungen des Kraftstoff-Regelsystems festzusetzen, so daß diese Teile dadurch festlaufen und hängenbleiben. Eine dadurch bedingte Anfressung und Abnutzung könnte verhindert werden, indem der gesamte zur Verteilung anstehende Kraftstoff gefiltert würde. Dies würde jedoch hohe Strömungsgeschwindigkeiten verhindern,

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da ein Filter, das fein genug ist, um die kleinsten Verunreinigungen zu entfernen, hohe Druckabfälle in dem System hervorrufen würde, ^ine andere Lösung würde darin bestehen, eine vernachlässigbare Menge von fein gefiltertem Waschkraftstoff aus dem Hauptströmungsverlauf an einem stromaufwärts von dem Kraftstoffverteiler gelegenen Punkt abzuzweigen und zwischen den verschiebbaren Wandungen einzuführen» die die Meßdüsen begrenzen. Der gegenwärtige Stand der Technik bezüglich derartiger Systeme hat jedoch nicht für einen gleichförmigen Strom von Waschkraftstoff über den Umfangsrand jeder Düse bzw. Öffnung gesorgt» Wenn aber für eine derartige gleichförmige Strömung nicht gesorgt ist, haben die verunreinigenden Teilchen immer noch die Tendenz, sich zwischen den bewegenden Oberflächen festzusetzen, die die Meßdüse begrenzen, und falls im Abstand zueinander angeordnete Meßdüsen innerhalb der gleichen sich bewegenden Teile angebracht sind, besteht eine weitere Tendenz für den verunreinigten Kraftstoff, zwischen den Meßdüsen zu fließen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variablen Kraftstoffverteiler zu schaffen, der in der Lage ist, verunreinigten Kraftstoff durch zahlreiche bemessene öffnungen zu leiten, ohne daß die sich bewegenden Teile festlaufen oder hängenbleiben.

Ferner beinhaltet die Erfindung einen variablen Kraftstoffverteiler mit zahlreichen Meßdüsen bzw. -öffnungen, in dem mögliche Verunreinigungspfade zwischen den öffnungen eliminiert sind.

Diese Aufgaben werden durch einen erfindungsgemäßen variablen Kraftstoffverteiler für eine gleichförmige Abgabe von Strömungsmitteln bzw. Flüssigkeiten gelöst. Eine derartige Flüssigkeit könnte z.B. Strahltriebwerkskraftstoff sein, in dem verunreinigende Bestandteile enthalten sein können.

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Der variable Kraftstoffverteiler gemäß' der Erfindung weist zahlreiche Meßdüsen auf, die durch einen ersten Wandteil, mit zahlreichen hindurchführenden Löchern gebildet werden, durch die der verunreinigte Kraftstoffstrom hindurchgeleitet wird. Ein zweiter Wandteil liegt über dem ersten Wandteil und enthält ebenfalls zahlreiche Löcher, die mit den Löchern diea ersten Wandteiles ausgerichtet, werden können_A. so daß die Löcher des ersten Wandteiles mit den Lochern des zweiten Wandtedles zur Bildung zahlreicher Meßdüsen zusammenwirken. Es sind Betätigungsmittel vorgesehen, um die koaxiale Ausrichtung, der-Löcher des ersten und zweiten Wandteiles zu verschieben,, um dadurch die Strömung des verunreinigten Kraftstoffes durch jede Meßdüse hindurch zu begrenzen.

Gut gefilterter Waschkraftstoff dient dazu, den Bereich zwischen den Wandteilen von Verunreinigungen freizuhalten, so daß dadurch ein Verbinden oder Hängenbleiben verhindert wird. Eine stromaufwärts vor dem Kraftstoffverteiler angeordnete Webenleitung filtert einen Teil des verunreinigten Kraftstoffes und leitet diesen zu den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Wandteile. Nuten bzw. Vertiefungen, die in einer oder beiden sich gegenüberliegenden Wandungsoberflächen enthalten sind, leiten einen gleichförmigen Strom_vvon gefiltertem Kraftstoff um Jede Meßdüse herum, so daß eine im wesentlichen gleichförmige Strömung von gefiltertem Kraftstoff von den Nuten in Richtung auf die Mittelachse jeder Meßdüse und um den gesamten Umfangsrand jedes zur Bildung einer Meßdüse mitwirkenden Loches herum besteht, so daß jede Möglichkeit eliminiert ist, daß sich Verunreinigungen zwischen den sich bewegenden Teilen festsetzen.

Der erste Wandte!1 könnte aus einem hohlen Kern mit zahlreichen radial und longitudinal beab3tandeten Löchern durch den Kern hindurch gebildet sein, wobei der Strom von ungefiltertem Kraftstoff in den hohlen Mittelabschnitt hineingeleitet und durch die Löcher in dessen Seite herausgeleitet wird. Der zweite Wandteil würde eine Hohlbuchse sein, d!e eng um den Außendurcii-

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messer des Hohlkerns herumpaßt und zahlreiche radial und longitudinal beabstandete Löcher aufweist, die mit den Löchern des _/ Kernes ausgerichtet werden können. Der variable Kraftstoffverteiler kann dadurch betätigt werden, daß entweder der Kern um seine Längsachse gedreht oder der Kern entlang seiner Längsachse \erschoben wird, wodurch die koaxiale Ausrichtung der die Meßdüsen bildenden Löcher aufgehoben und die hindurchtretende Strömung begrenzt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung des bevorzugten variablen Kraftstoffverteilers gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Kernes gemäß Fig. 1 mit seiner maschenartigen Oberflächenkontur.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Buchse gemäß Fig. 1 mit ihrer maschenartigen Oberflächenkontur.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines typischen Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffverteilers, wie er in dem Kraftstoffsystem eines Gasturbinentriebwerkes für Luftfahrzeuge enthalten sein kann. Gasturbinen für Luftfahrzeuge sind so ausgelegt, daß sie verschiedene Kohlenwasserstoffe, deren Gütegrad von Kerosin bis zu hochoktanigen Gasolinen reicht, verbrennen, und diese Kraftstoffe können durch kornähnliche Verunreinigungen, wie z.B. Rost und Schmutz, verunreinigt sein. Verunreinigter Kraftstoff tritt in das hohle zylindrische Gehäuse 10 des variablen Kraftstoffverteilers durch eine Einlaßöffnung 11 hindurch ein. In der Einlaßöffnung ist ein feines Filter 12 angebracht und eine Kammer 1*1 umgibt das Filter. Ein Teil des Kraftstoffes von der Einlaßöffnung strömt durch das Filter und die ' Kammer lh durch die Leitung 16 in eine zylindrische Kammer 18.

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Währenddessen fließt der übrige ungefilterte Kraftstoff durch eine Leitung 20 und in den hohlen Mittelteil 22 des radial betätigten Kernes 2¹I. Der Strom des verunreinigten Kraftstoffes wird dann gleichmäßig verteilt durch die radial und axial beabstandeten Löcher 26, die in der Seite des Kernes 24 angeordnet sind. . s

Der Kern 24 kann durch einen Stab 28 mechanisch um seine Achse gedreht werden. Dieser Stab 28 ist bei 30 an dem Kern 24 angebracht, um diesen zu betätigen. Die Betätigungseinrichtung für den Stab 28 ist nicht dargestellt; in einem typischen Gasturbinentriebwerk kann hierfür aber ein von Hand betätigtes Gestänge vorgesehen sein, das mit verschiedenen Arten von mit einer kleinen Kraft arbeitenden automatischen BeStigungsgliedern für Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitsanschlüsse verbunden ist.

Die hohle zylindrische Buchse 32 weist radial und axial beabstandete Auslaßlöcher 34 auf, die durch ihre Seite hindurchführen. Die Auslaßlöcher 26 durch den Kern 24 hindurch arbeiten mit den gegenüberliegenden Auslaßlöchern durch die Buchse 32 hindurch zusammen, um die Meßdüsen zu bilden. Der Strom des verunreinigten Kraftstoffes durch die Meßdüsen hindurch wird durch eine Betätigungseinrichtung gesteuert, die den Stab 28 bogenförmig dreht. Wenn die Meßdüsen vollständig geöffnet sind, fluchten die Auslaßlöcher 26 des Kernes radial und axial mit den Ais laßlöchern 34 des Kernes. Eine bogenförmige Drehung des Stabes 28 sorgt dafür, daß der Kern 24 sich um seine Mittelachse dreht* wodurch c&e radiale Ausrichtung der Auslaßlöcher des Kernes mit den Auslaßlöchern 34 der Buchse verschoben wird, wodurch gleichzeitig der Strom des verunreinigten Kraftstoffes durch jede Meßdüse hindurch beschränkt wird. Der verteilte austretende Kraftstoff wird dann durch Aus'laßöffnungen 36 in dem Gehäuse 10 herausgeleitet.

Die aufeinander reibenden Oberflächen des Kernes 24 und der

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Buchse 32 werden durch den Kanal l6 hindurch mit einem fein gefilterten Strom von Waschkraftstoff versorgt. Fig. 2 zeigt die Kontur der äußeren Oberfläche des Kernes 24 und stellt weiterhin eine mögliche Konfiguration für die Anordnung von einem achtlöchrigen Kern für eine gleichförmige Verteilung von Kraftstoff an acht Brenner dar. Der Kern könnte alternativ jede Anzahl von Löchern enthalten, was von der Anzahl der Brenner abhängt, die von dem Kraftstoffverteiler versorgt werden.

Die Flächen an den Umfangsrändern 38 an beiden Enden des Kernes 24 sind gut bearbeitet, damit sie unter Einhaltung einer kleinen Toleranz mit dem Innendurchmesser der Buchse 32 zusammenpassen, wodurch sie als Dichtung zwischen dem gut gefilterten Waschkraftstoff und dem verunreinigten Kraftstoff dienen. Ein geringer Teil des Waschkraftstoffes fließt jedoch in den begrenzten Raum zwischen den Umfangsrändern 38 und der Innenfläche der Buchse 32 und reinigen dabei die aufeinander reibenden Oberflächen und verhindern ein Hängenbleiben der sich bewegenden Teile.

Die gut gefilterte Waschflüssigkeit tritt von der Leitung 16 in eine ringförmige Vertiefung bzw. Nut ¹JO auf dem Kern 24 ein. Die ringförmige Nut ¹IO verteilt den gefilterten Waschkraftstoff gleichförmig auf die longitudinalen Nuten 42, die darüber hinaus von zusätzlichen ringförmigen Nuten 44 geschnitten werden. Die longitudinalen und ringförmigen Nuten umgeben «fdes Loch 26 auf der Oberfläche des Kernes 24, um auf diese Weise eine netz- oder maschenartige Oberflächenkontur zu bilden, die einen gleichförmigen Strom von gefiltertem Waschkraftstoff um jedes Loch herum sicherstellt. Die Löcher 26 auf dem Kern, die mit den Löchern 34 auf der Buchse zur Bildung der Meßdüsen zusammenwirken, führen zu Druckverminderungen in dem hindurchfließenden Kraftstoff. Der herabgesetzte Druck an den Meßdüsen führt dazu, daß der gefilterte Waschkraftstoff gleichförmig von den umgebenden ringförmigen und longitudinalen Nuten in Richtung auf die Meßdüsen und zurück in den ungefilterten Kraftstoffstrom fließen. Der gefilterte Waschkraftstoff fließt zwischen die eng zusammenpas-

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senden Oberflächen des Kernes und der Buchse, wodurch, der durch Pfeile In PIg. 2 dargestellte Strömungsverlauf erhalten wird« Dadurch werden die Oberflächen von allen kornähnlleben Verunreinigungen freigewaschen oder freigeschwemmt, die in dem HauptstrSmungsverlauf durch die Meßdüsen hindurch vorhanden sein können. Der gefilterte Waschkraftstoff verhindert eine Abnutzung und: ein mögliches Festklemmen des Kernes 2*1. und der Buchse 32.

Die ringförmigen und longitttdinalen Nuten tun jede Meßdüse bzw. -öffnung herum bewirken eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Systemen, indem ein gleichförmiger Strom von gefiltertem Waschkraftstoff über die ümfangsränder all derjenigen Löcher sichergestellt wird, die die Meßdüsen begrenzen. Falls der Strom von gefiltertem Waschkraftstoff über den gesamten Umfangsrand jedes Loches nicht gleichförmig war, konnten sich Körner oder Verunreinigungen aus dem verschmutzten Kraftstoff zwischen den eng zusammenpassenden Oberflächen an solchen Flächen entlang des ümfangsrandes festsetzen, wo der gefilterte Waschstrom schwächer war oder vollständig fehlte, so daß dies zu einem Festlaufen oder Hängenbleiben führte. Die ringförmigen und longitudinalen Nuten um jede Öffnung bzw. Düse herum trennen auch die Düsen voneinander, so daß irgendwelche möglichen Verschmutzungspfade zwischen den Düsen eliminiert werden. Die Nuten stellen ferner sicher, daß der gefilterte Waschkraftstoff gleichmäßig auf jede Meßdüse verteilt wird, wobei es gleichgültig ist, wie weit die Meßdüse von dem Einlaßkanal l6 entfernt ist.

FIg. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung der Buchse 32, die insofern ein anderes Ausführungsbeispiel darstellt, daß die Nuten bzw. Vertiefungen in die innenliegende Oberfläche der Buchse 32 eingearbeitet sind. In diesem Fall tritt die stark gefilterte Waschflüssigkeit aus dem Kanal 16 in eine ringförmige Nut he auf der Innenfläche der Buchse ein. Die ringförmige Nut h6 verteilt den gefilterten Waschkraftstoff gleichförmig

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auf die longitudinalen Nuten 48, die ferner von zusätzlichen ringförmigen Nuten 50 geschnitten werden. Die longitudinalen und ringförmigen Nuten umgeben jedes Loch 3^ auf der Innenfläche der Buchse 32₃ um somit eine netz- oder maschenartige Oberflächenk£>ntur zu bilden, die einen gleichförmigen Strom von gefiltertem Waschkraftstoff um jedes Loch herum sicherstellt;. Die Buchse 32, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, könnte zusammen mit dem Kern gemäß Fig. 2 verwendet werden, wobei die longitudinalen und ringförmigen Nuten des Kerns und der Buchse praktisch einander gegenüberliegend angeordnet sein wurden.

Es sei schließlich darauf hingewiesen, daß alternativ der zylindrische Kern 2U in der Weise betätigt werden könnte_a daß der Kern entlang seiner Mittelachse axial verschoben wird, wodurch die sich gegenüberliegenden Löcher gleichfalls simultan verschoben werden und der Strom durch jede Meßdüse hindurch gleichförmig beschränkt wird.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde anhand eines Kraftstoffsystems für Gasturbinen von Luftfahrzeugen vollständig beschrieben, da die Erfindung bei Bemühungen zur Überwindung von Fehlern in derartigen System/^egemacht wurde, die aufgrund von Verunreinigungen im Kraftstoff auftraten« Selbstverständlich ist aber die Erfindung auf jede Art eines Strömungsmittelübertragungssystems anwendbar, bei dem in dem übertragenen Strömungsmittel sehr kleine einzelne Teilchen enthalten sind und bei dem es wünschenswert ist, den variablen Strömungsverteiler vor den Feststoffteilchen zu schützen.

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Claims

- ίο -

Ansprüche

ί 1.!Variabler Strömungsverteiler zur gleichförmigen Verteilung V-x von Strömungsmitteln, in denen Schmutzteilchen enthalten sein können, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10), einen Einlaß (11) ,eur Leitung des Strömungsmittels in das Gehäuse (10), einen ersten Wandungsteil (24) mit zahlreichen hindurchführenden Löchern (26), durch die der Strömungsmittelstrom hindurchleitbar ist, einen zweiten Wandungsteil (32), der an dem ersten Wandungsteil (24) angrenzend angeordnet ist und zahlreiche hindurchführende Löcher (3*0 aufweist, die mit den Löchern (26) des ersten Wandungsteils (24) im wesentliehenfluchten, wobei die Löcher (26) des ersten Wandungsteile (2k) mit den Löchern (3k) des zweiten Wandungsteils (32) zur Bildung von zahlreichen Meßdüsen bzw. -öffnungen zusammenwirken, eine Betätigungseinrichtung (28) zur Verschiebung der koaxialen Ausrichtung der Löcher (26, 34) des ersten und zweiten Wandungsteiles (24, 32) und zur gleichzeitigen Begrenzung des Stromes durch jede Meßdüse, eine Nebenleitung (12, l4, 16) stromaufwärts des Gehäuses (10) zur Filtrierung eines Teiles des Strömungsmittels und Leitung des gefilterten Strömungsmittels zwischen die Wandungsteile (24, 32), Leitungsmittel (18), die durch die Kontur der sich gegenüberliegenden Oberflächen der Wandungsteile (24, 32) gebildet sind, zur Aufnahme des gefilterten Strömurigsmittels und Leitung eines gleichförmigen Stromes von gefiltertem Strömungsmittel vollständig um jede Düse bzw. öffnung herum, so daß ein im wesentlichen gleichförmiger Strom von gefiltertem Strömungsmittel von den Leitungsmitteln (18) in Richtung auf die Mittelachse jeder Meßdüse bzw. -öffnung und um den gesamten Umfangsrand jedes Loches herum besteht, das zur Bildung einer Meßdüse bzw. -öffnung mitwirkt, und einen Ausgang (36) zur Ableitung des Strömungsmittels aus jeder Meß-' düse bzw. -öffnung.

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2. Strömungsverteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsmittel (18) eine Reihe von sich schneidenden Nuten (42, 44) in der gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Wandungsteiles (24) umfassen und diese Nuten zur Bildung einer maschenartigen Oberflächenkontur vollständig um jedes Loch (26) herum angeordnet sind.
3. Strömungsverteiler nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel (18) eine Reihe von sich schneidenden Nuten (48, 50) in der gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Wandungsteiles (32) umfassen und diese Nuten zur Bildung einer maschenartigen Oberflächenstruktur vollständig um jedes Loch (34) herum angeordnet sind.
4. Strömungsverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß der erste Wandungsteil ein hohler Kern (24) mit zahlreichen radial und longitudinal beabstandeten Löchern (26) durch den Kern (24) hindurch ist und der Strom von ungefiltertem Strömungsmittel in die hohle Mitte (2.2) hineinleitbar und durch die Löcher (26) in der Seite des Kernes (24) herausleitbar ist, und der zweite Wandungsteil eine Hohlbuchse (32) ist, die um den Außendurchmesser des Kernes (24) eng herumpaßt und zahlreiche radial und longitudinal beabstandete Löcher (34) durch die Hohlbuchse (32) hindurch aufweist, die mit den Löchern (26) des Kernes (24) ausrichtbar sind.
5. Strömungsverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel (18) eine Reihe von sich schneidenden longitudinalen und ringförmigen Nuten (42, 44) auf der äußeren Oberfläche des Kernes (24) aufweisen und diese Nuten zur Bildung einer maschenartigen Oberflächenkontur um jedes Loch (26) herum angeordnet sind.

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6. Strömungsverteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungsmittel (18) eine Reihe von sich schneidenden longitudinalen und ringförmigen Nuten (48, 50) auf der innenliegenden Oberfläche der Buchse (32) aufweisen und diese Nuten zur Bildung einer maschenartigen Oberflächenstruktur um jedes Loch (34) herum angeordnet sind.

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