DE3628815A1 - Brennstoffsystem fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffsysteme für Gasturbinentriebwerke und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Zuführung von Brennstoff nach Brennstoffservos.

Die Brennstoffsysteme von Gasturbinentriebwerken weisen eine Niederdruckpumpe auf, die unter Nieder­ druck stehenden Brennstoff einer Hochdruckpumpe zu­ führen, die ihrerseits Brennstoff mit Hochdruck ei­ nem Brennstoffüberströmventil, einem Brennstoffströ­ mungsregler und Brennstoffservos zuführt. Der Brenn­ stoffströmungsregler speist eine Brennerringleitung und die zugeordneten Brennstoffbrenner mit Brenn­ stoff. Die Brennstoffservos benutzen den Brennstoff, um Hilfsmaschinen des Triebwerks oder andere Vor­ richtungen anzutreiben, z. B. verstellbare Stator­ schaufeln. Das Brennstoffüberströmventil führt den Brennstoff, der die erforderliche Menge überschrei­ tet, nach dem stromaufwärtigen Niederdruckende der Hochdruckpumpe zurück.

Die Hochdruckpumpe dieser Brennstoffsysteme ist oft eine Zahnradpumpe, und sie muß genau bemessen sein. Wenn die Pumpe zu groß ist, dann wird insbesondere un­ ter Triebwerksleerlaufsbedingungen der vom Triebwerk erforderliche Brennstoffbedarf durch die Hochdruck­ pumpenströmung weit überschritten. Dies führt zu ei­ ner starken Rückströmung von Brennstoff vom Brennstoff­ überströmventil nach dem stromaufwärtigen Ende der Hochdruckpumpe und dies führt zu einem Ansteigen der Brennstofftemperatur. Es ist wichtig, daß die Hoch­ druckpumpe nicht zu groß bemessen ist, damit die Re­ circulation vermindert und der Temperaturanstieg des Brennstoffes unter Leerlaufbedingungen gering gehalten werden kann.

Demgemäß schafft die Erfindung ein Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk mit Mitteln zum Zuführen des Niederdruckbrennstoffs nach einer Hochdruckpumpe, die unter Hochdruck stehenden Brennstoff einem Brennstoff­ regler und einem Brennstoffüberströmventil zuführt, wobei der Brennstoffströmungsregler den Hochdruckbrenn­ stoff wenigstens einer Brennstoffringleitung und den zugeordneten Brennstoffbrennern zuführt. Das Brennstoff­ überströmventil läßt überschüssigen Brennstoff nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe gelangen und das eine Brennstoffservo wird mit Hoch­ druckbrennstoff von einer Stelle stromab der Hochdruck­ pumpensteuervorrichtung geliefert, die feststellt, wenn die überschüssige Brennstoffströmung von dem Brenn­ stoffüberströmventil nach der stromaufwärtigen Nieder­ druckseite der Hochdruckpumpe einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Steuereinrichtung ermöglicht die Zufuhr von Hochdruckbrennstoff nach dem einen Brennstoffservo, wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs den vor­ bestimmten Wert überschreitet.

Die Steuereinrichtung kann ein Brennstoffservoabsperr­ ventil aufweisen, dessen Kolben in einem ersten Zylin­ der liegt und mit dem ersten Zylinder eine erste Kam­ mer und eine zweite Kammer definiert. In der zweiten Kammer ist eine Feder angeordnet, die auf den Kolben einwirkt. Das der zweiten Kammer abgewandte Ende des Kolbens steht durch eine Öffnung im ersten Zylinder und durch eine Öffnung eines zweiten Zylinders hin­ durch, welch letzterer eine dritte Kammer definiert, wobei die erste Kammer mit der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe und dem Brennstoffüberströmventil ver­ bunden ist. Die zweite Kammer ist an eine Stelle des Brennstoffsystems angeschlossen, die unter relativ niedrigem Brennstoffdruck steht. Die dritte Kammer dient dazu, die Strömung von Hochdruckbrennstoff nach dem Brennstoffservo zu steuern. Im Betrieb ist der Kolben zwischen einer ersten Stellung und einer zwei­ ten Stellung beweglich. In der ersten Stellung drückt die Feder das der zweiten Kammer abgewandte Ende des Kolbens in die dritte Kammer, um eine Hochdruckbrenn­ stoffströmung nach dem Brennstoffservo zu verhindern. In der zweiten Stellung ist das der zweiten Kammer ab­ gewandte Ende des Kolbens aus der dritten Kammer he­ rausbewegt, so daß unter Hochdruck stehender Brenn­ stoff nach dem Brennstoffservo gelangen kann. Der Kol­ ben wird dabei gegen die Kraft der Feder bewegt, nach­ dem ein vorbestimmter Druckabfall über dem Kolben auf­ gebaut ist, und dieser vorbestimmte Druckabfall über­ windet die Federkraft.

Die Steuereinrichtung kann ein Brennstoffservoabsperr­ ventil aufweisen, dessen Kolben in einem Zylinder an­ geordnet ist und mit dem Zylinder zusammen eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer de­ finiert. Die zweite Kammer weist eine darin angeord­ nete Feder auf, die auf den Kolben einwirkt und das der zweiten Kammer abgewandte Ende des Kolbens wird durch die Feder in die dritte Kammer gedrückt. Die erste Kammer ist mit der Niederdruckseite der Hoch­ druckpumpe und mit dem Brennstoffüberströmventil ver­ bunden und die zweite Kammer ist an eine Stelle des Brennstoffsystems angeschlossen, die unter relativ niedrigem Brennstoffdruck steht. Die dritte Kammer dient dazu, die Strömung von Hochdruckbrennstoff nach dem Brennstoffservo zu steuern. Im Betrieb ist der Kolben von einer ersten Stellung in eine zweite Stel­ lung verschiebbar. In der ersten Stellung drückt die Feder das der zweiten Kammer abgewandte Ende des Kol­ bens in die dritte Kammer, um eine Hochdruckbrennstoff­ strömung nach dem Brennstoffservo zu verhindern. In der zweiten Stellung ist das der zweiten Kammer ab­ gewandte Ende des Kolbens aus der dritten Kammer he­ rausbewegt, so daß eine Hochdruckbrennstoffströmung nach dem Brennstoffservo erfolgen kann. Der Kolben wird gegen die Feder bewegt, sobald ein vorbestimmter Druckabfall über dem Kolben erzeugt ist. Dieser vor­ bestimmter Druckabfall überwindet die Feder.

Die Steuervorrichtung kann ein Rückschlagventil auf­ weisen, welches einen Kolben innerhalb eines Zylinders aufweist, der zusammen mit dem Zylinder eine erste Kammer und eine zweite Kammer definiert. In der zwei­ ten Kammer ist eine Feder angeordnet, die den Kolben auf einen Sitz drückt. Der Kolben besitzt eine Öffnung von bestimmter Größe, durch die die erste Kammer mit der zweiten Kammer verbunden wird. Die erste Kammer ist an das Brennstoffüberströmventil angeschlossen und außerdem an die erste Kammer des Brennstoffservo­ abschaltventils. Die zweite Kammer ist an jene Stelle des Brennstoffsystems angeschlossen, die unter rela­ tiv niedrigem Brennstoffdruck steht, und außerdem an die zweite Kammer des Brennstoffservoabschaltventils. Die Stelle im Brennstoffsystem mit relativ niedrigem Brennstoffdruck liegt stromauf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe. Im Betrieb strömt überschüssiger Brennstoff vom Brennstoffüberströmventil nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe durch die erste Kammer, die Öffnung im Kolben und durch die zweite Kammer nach dem Rückschlagventil. Die Öffnung im Kolben hat eine vorbestimmte Größe, die so bemessen ist, daß ein vorbestimmter Druckab­ fall über dem Rückschlagventil gebildet ist, wenn die Brennstoffströmung einen vorbestimmten Wert er­ reicht. Der vorbestimmte Druckabfall über dem Rück­ schlagventil bewirkt, daß sich der Kolben im Brenn­ stoffservoabschaltventil so bewegt, daß Hochdruck­ brennstoff nach dem Brennstoffservo gelangen kann.

Der Brennstoffströmungsregler kann Hochdruckbrenn­ stoff nach dem Brennstoffservo über die dritte Kam­ mer des Brennstoffservoabschaltventils fördern.

Die Feder in der zweiten Kammer des Rückschlagventils ist so gewählt, daß der Kolben im Rückschlagventil sich von seinem Sitz abheben kann, um den Druckan­ stieg in der ersten Kammer des Rückschlagventils zu begrenzen.

Die Fläche der der zweiten Kammer des Brennstoffser­ vorabschaltventils abgewandten Seite des Kolbens ist so gewählt, daß bei hoher Triebwerksdrehzahl der Druck des Hochdruckbrennstoffs groß genug ist, um die Hochdruckbrennstoffströmung nach dem Brennstoff­ servo selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn die Strö­ mung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoffüber­ strömventil nach der stromaufwärtigen Niederdruck­ seite der Hochdruckpumpe unter den vorbestimmten Wert abfällt.

Die Steuereinrichtung kann ein Rückschlagventil um­ fassen, daß einen in einem Zylinder laufenden Kolben umfaßt, der zusammen mit dem Zylinder eine erste Kam­ mer und eine zweite Kammer definiert, welch letztere eine Feder aufnimmt, die den Kolben auf einen Sitz drückt. Der Kolben besitzt eine Öffnung von bestimm­ ter Größe, die die erste Kammer mit der zweiten Kam­ mer verbindet. Die erste Kammer ist an das Brennstoff­ überströmventil und die erste Kammer des Brennstoff­ servoabschaltventils angeschlossen, während die zwei­ te Kammer mit der stromabwärtigen Hochdruckseite der Niederdruckpumpe in Verbindung steht. Die Stelle im Brennstoffsystem mit relativ niedrigem Brennstoff­ druck ist die stromaufwärtige Niederdruckseite der Niederdruckpumpe. Im Betrieb strömt überschüssiger Brennstoff vom Brennstoffüberströmventil nach der stromabwärtigen Hochdruckseite der Niederdruckpumpe über die erste Kammer, die Öffnung in dem Kolben und die zweite Kammer des Rückschlagventils hindurch. Die Öffnung im Kolben besitzt eine vorbestimmte Grös­ se, um einen vorbestimmten Druckabfall über dem Rückschlagventil zu erzeugen, wenn die Strömung über­ schüssigen Brennstoffs einen vorbestimmten Wert über­ schreitet. Der vorbestimmte Druckabfall über dem Rückschlagventil bewirkt, daß der Kolben in dem Brennstoffservoabschaltventil sich so bewegt, daß Hochdruckbrennstoff nach dem Brennstoffservo geför­ dert werden kann.

Der Brennstoffströmungsregler kann Hochdruckbrenn­ stoff nach dem Brennstoffservo fördern. Die dritte Kammer des Brennstoffservoabschaltventils verbindet das Brennstoffservo und die Hochdruckseite der Nie­ derdruckpumpe, um die Strömung von Hochdruckbrenn­ stoff von dem Brennstoffströmungsregler nach dem Brennstoffservo zu steuern. Die Fläche des der zwei­ ten Kammer des Brennstoffservoabschaltventils abge­ wandte Ende des Kolbens ist so gewählt, daß bei ho­ hen Triebwerksdrehzahlen der Druck des Brennstoffs an der stromabwärtigen Hochdruckseite der Nieder­ druckpumpe groß genug ist, um die Strömung von Hoch­ druckbrennstoff nach dem Brennstoffservo aufrecht­ zuerhalten, selbst wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoffüberströmventil nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe unter den vorbestimmten Wert fällt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Brennstoff­ system in einer zweiten Stellung;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Brennstoffsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Gasturbinentriebwerk mit einem Brenn­ stoffsystem gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Brennstoffsystems gemäß der Erfindung;

In Fig. 4 ist ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk 100 dar­ gestellt, welches in Strömungsrichtung hintereinander einen Einlaß 102, einen Fan 104, einen Kompressor 106, ein Verbrennungssystem 108, eine Turbine 110, eine Abgas­ düse 112 und einen Austritt 114 aufweist. Ein Fankanal 116 umschließt den Gasgenerator und besitzt einen Auslaß 118. Das Verbrennungssystem 108 umfaßt eine ringförmige Brennkammer 124, und mehrere Brennstoffbrenner 122 sind am stromaufwärtigen Ende der Brennkammer 124 an­ geordnet, um der Brennkammer 124 Brennstoff zuzuführen. Jeder Brenner 122 wird mit Brennstoff aus einer Brenn­ stoffringleitung 120 gespeist. Der Brennstoff wird von einer Niederdruckbrennstoffquelle einer Hochdruckpumpe 10 über ein Rohr 16 zugeführt und die Hochdruckpumpe 10 liefert dann Hochdruckbrennstoff nach einem Brenn­ stoffüberströmventil 12 und einem Brennstoffströmungs­ regler 14 über ein Rohr 18. Der Brennstoffströmungs­ regler 14 liefert Hochdruckbrennstoff der Brennstoff­ brennerringleitung 120 über ein Rohr 20 und liefert Hochdruckbrennstoff dem Brennstoffservo 80 über ein Rohr 42, eine Steuervorrichtung 60 und ein Rohr 58. Die über den Bedarf des Brenners hinausgehende Brenn­ stoffmenge wird der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 10 über das Überströmventil 12 und die Leitung 40 sowie die Steuervorrichtung 60 und das Rohr 26 zugeführt. Der Brennstoff wird von den Brenn­ stoffservos 80 nach der stromaufwärtigen Niederdruck­ seite der Hochdruckpumpe 10 über Rohre 22 oder 24, die Steuervorrichtung 60 und das Rohr 26 zugeführt.

Das Brennstoffsystem ist deutlicher in Fig. 1 und 2 ersichtlich. Die Steuervorrichtung 60 umfaßt ein Rück­ schlagventil 62 und ein Brennstoffservoabschaltventil 64. Das Rückschlagventil 62 weist einen Kolben 30 innerhalb eines Zylinders 28 auf, und der Kolben de­ finiert mit dem Zylinder 28 zwei Kammern 36 und 38. Innerhalb der Kammer 38 ist eine Feder 34 angeordnet, die den Kolben gegen seinen Sitz drückt. Die Kammer 38 ist mit dem Rohr 22 verbunden und die Kammer 36 ist über das Rohr 24 mit dem Rohr 40 verbunden. Der Kolben 30 besitzt eine Öffnung 32, welche die Kammern 36 und 38 verbindet und die Größe der Öffnung 32 ist so gewählt, daß ein vorbestimmter Druckabfall erzeugt wird. Das Rohr 22 ist außerdem mit dem Rohr 16 an der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruck­ pumpe 10 über ein Rohr 26 verbunden. Das Rohr 22 ist mit den Brennstoffservos 80 verbunden und führt Brenn­ stoff von den Brennstoffservos 80 nach der stromauf­ wärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 10.

Das Brennstoffservoabschaltventil 64 weist einen Kol­ ben 46 auf, der von einem ersten Zylinder 44 aufge­ nommen wird und mit diesem ersten Zylinder 44 zwei Kammern 50 und 52 definiert. Innerhalb der Kammer 50 liegt eine Feder 48, die mit dem Rohr 22 verbunden ist und die Kammer 52 ist mit dem Rohr 40 verbunden. Das der Kammer 50 abgewandte Ende des Kolbens 46 steht durch eine Öffnung 53 im ersten Zylinder 44 und durch eine Öffnung 55 in einem Zylinder 54 hindurch. Der Zylinder 54 definiert eine Kammer 56, die mit ei­ nem Brennstoffströmungsregulator 14 über ein Rohr 42 und mit dem Brennstoffservo 80 über das Rohr 58 ver­ bunden ist.

Das Gasturbinentriebwerk 100 befindet sich anfänglich in Ruhe. Während des Startanlaufs befinden sich Rück­ schlagventil 62 und Brennstoffservoabschaltventil 64 in den in Fig. 1 dargestellten Stellungen, in denen Niederdruckbrennstoff aus der Niederdruckbrennstoff­ quelle der Hochdruckpumpe 10 über ein Rohr 16 zugelei­ tet wird. Die Hochdruckpumpe 10 fördert dann Hoch­ druckbrennstoff nach dem Brennstoffüberströmventil 12 und dem Brennstoffströmungsregler 14. Der Brennstoff­ strömungsregler 14 speist seinerseits die Brennstoff­ ringleitung 120 mit Hochdruckbrennstoff, der in die Brennstoffbrenner 122 über ein Rohr 20 gelangt. Der Brennstoffströmungsregler 14 liefert außerdem Hoch­ druckbrennstoff längs des Rohres 42 nach der Kammer 56 im zweiten Zylinder 54 des Brennstoffservoabschalt­ ventils 64.

Auf den Kolben 46 im Zylinder 44 des Brennstoffservo­ absperrventils 64 wirkt eine Feder 48, die innerhalb der Kammer 50 angeordnet ist, um das der Kammer 50 abgewandte Ende des Kolbens 46 innerhalb der Kammer 56 des zweiten Zylinders 54 so einzustellen, daß der Hochdruckbrennstoff, der längs der Leitung 42 vom Brennstoffströmungsregler 14 zugeführt wird, nicht über die Kammer 56 und das Rohr 58 nach den Brennstoff­ servos 80 gelangt.

Der überschüssige Brennstoff wird der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 10 über das Über­ strömventil 12 und die Leitungen 40, 24 und die Kammer 36 sowie die Öffnung 32 und die Kammer 38 des Rück­ schlagventils 62 und die Leitungen 22 und 26 zurück­ geführt. Außerdem wird überschüssiger Brennstoff in die Kammer 52 des Brennstoffservoabsperrventils 64 ge­ leitet, aber während des Anlaufs des Gasturbinentrieb­ werks 100 weicht der Druckabfall, der über dem Rück­ schlagventil 62 infolge der überschüssigen Brennstoff­ strömung und der Größe der Öffnung 32 im Kolben 30 er­ zielt wird, nicht aus, um die Kraft der Feder 48 in der Kammer 50 des Brennstoffservoabschaltventils 64 zu überwinden.

Nachdem das Triebwerk einmal angelassen wurde und die Kapazität der Hochdruckpumpe 10 sich vergrößert hat, steigt die Strömung überschüssigen Brennstoffs, der nach der stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe 10 strömt, an. Das Rückschlagventil 62 wird benutzt, um festzustellen, daß eine Strömung überschüssigen Brenn­ stoffs vom Überströmventil 12 vorhanden ist, die aus­ reicht, um die Brennstoffservos 80 zu speisen. Wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs ansteigt, dann steigt die Druckdifferenz über dem Rückschlagventil 62 wegen der Drosselstelle der Strömung infolge der Öffnung 32 im Kolben 30 an. Die Öffnung 32 hat eine solche vorbestimmte Größe, daß bei einer geeigneten Bedingung zwischen Anlauf und Minimumbedingung, bei der die Brennstoffservos 80 Brennstoff erfordern, die überschüssige Brennstoffströmung einen Druckabfall über der Öffnung 32 erzeugt, der ausreicht, um die Kraft der Feder 48 in der Kammer 50 des Brennstoff­ servoabschaltventils 64 zu überwinden. Das Rück­ schlagventil 62 und das Brennstoffservoabschaltventil 64 befinden sich dann in der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung. Der Brennstoffregler 14 läßt nunmehr Hoch­ druckbrennstoff nach den Brennstoffservos 80 über die Leitung 42, die Kammer 56 im Zylinder 54 des Brennstoffservoabschaltventils 64 und die Leitung 58 gelangen. Der Brennstoff von den Brennstoffser­ vos 80 wird der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 10 über Leitungen 22 und 26 zu­ geführt.

Wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs von dem Brennstoffüberströmventil 12 nach der stromauf­ wärtigen Unterdruckseite der Hochdruckpumpe 10 sehr groß wird, dann steigt der Druckabfall über der Öff­ nung 32 weiter an, bis der Kolben 30 von seinem Sitz abgehoben wird, d. h. die Druckdifferenz überwindet die Feder 34. Dann wird der Druckabfall begrenzt und der Druckpegel des Gesamtsystems steigt nicht unnötigerweise weiter an.

Bei sehr hohen Triebwerksdrehzahlen ist es wahrschein­ lich, daß die Hochdruckpumpe 10 sehr nahe an ihrer maximalen Kapazitätsgrenze arbeitet, d. h. die Pumpen­ kapazität liegt sehr dicht am Brennstoffbedarf der Brennstoffbrenner. In diesem Fall ist die Rückströ­ mung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoffüber­ strömventil 12 niedrig, ebenso wie beim Anlauf, aber bei hohen Triebwerksdrehzahlen ist es wichtig, eine Brennstoffströmung nach den Brennstoffservos 80 auf­ rechtzuerhalten.

Das Brennstoffservoabschaltventil 64 ist so angeord­ net, daß bei hohen Triebwerksdrehzahlen das der Kam­ mer 50 abgewandte Ende des Kolbens 46 der Hochdruck­ brennstoffströmung ausgesetzt ist, die vom Brenn­ stoffströmungsregler 14 über die Leitung 42, die Kam­ mer 56 und die Leitung 58 nach den Brennstoffservos 80 fließt. Der Druck des Hochdruckbrennstoffs in der Kammer 56 und die Fläche des der Kammer 50 abgewand­ ten Endes des Kolbens sind so gewählt, daß der KoIben 46 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung verbleibt, so daß Hochdruckbrennstoff nach den Brennstoffservos 80 fließen kann.

Unter Startbedingungen ist der Druck des Hochdruck­ brennstoffs, der vom Brennstoffströmungsregler 14 nach dem Zylinder 54 geliefert wird, unzureichend, um das Brennstoffservoabschaltventil 64 zu öffnen.

Bei sehr geringen überschüssigen Brennstoffströmungen vom Brennstoffüberströmventil 12 nach der stromauf­ wärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 10 mit einer Größe, wo die überschüssige Brennstoffströmung nicht ausreicht, die Brennstoffservos 80 zu speisen, fühlt das Überdruckventil 62, daß die Strömung über­ schüssigen Brennstoffs unzureichend ist, weil der über der Öffnung 32 des Kolbens 30 erzeugte Druckab­ fall unzureichend ist, die Kraft der Feder 48 zu überwinden.

Das Brennstoffsystem gemäß der Erfindung schafft die Möglichkeit, die Hochdruckpumpe in geeigneter Weise zu bemessen, so daß die Recirculation und der Tem­ peraturanstieg des Brennstoffs bei Triebwerksleer­ lauf vermindert werden.

Das erfindungsgemäße Brennstoffsystem stellt fest, daß eine überschüssige Brennstoffströmung von be­ stimmter Menge vom Überströmventil vorhanden ist, die ausreicht, die Brennstoffservos zu steuern. Soll­ te der überschüssige Brennstoff unter die vorbestimm­ te Größe fallen, wie dies beim Start der Fall ist, dann wird die Zufuhr von Brennstoff nach den Brenn­ stoffservos automatisch durch das Brennstoffservoab­ schaltventil gesperrt. Wenn die überschüssige Brenn­ stoffströmung bei hohen Triebwerksdrehzahlen auf Null fällt, dann hält der Hochdruckbrennstoff das Brennstoffservoabschaltventil in der Offenstellung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel ähnlich, aber es lie­ fert eine Schnappwirkung beim Umschaltpunkt. Das Rückschlagventil 62 ist dem in Fig. 1 und 2 gezeig­ ten gleich und gleiche Teile werden mit gleichen Be­ zugszeichen versehen. Das Brennstoffservoabschalt­ ventil 164 weist einen Kolben 146 auf, der in einem Zylinder 144 enthalten ist und mit dem Zylinder 144 drei Kammern 150, 152 und 156 definiert. In der Kam­ mer 150 ist eine Feder 148 angeordnet, die mit dem Rohr 22 verbunden ist und die Kammer 152 ist an die Leitung 40 angeschlossen. Das der Kammer 150 abge­ wandte Ende des Kolbens 146 wird durch die Feder 148 in die Kammer 156 gedrückt. Die Kammer 156 ist über die Leitung 42 und das Brennstoffservo 80 über die Leitung 58 mit dem Brennstoffregler 14 verbun­ den. Das Brennstoffservoabschaltventil 164 arbeitet in gleicher Weise wie in Fig. 1 und 2. Dies braucht daher nicht diskutiert zu werden und ebenso wird der Brennstoff von den Brennstoffservos durch die Leitung 24 zurückgeführt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt eine Hoch­ druckpumpe 210, die mit Brennstoff von einer Nieder­ druckpumpe 294 über einen brennstoffgekühlten Öl­ kühler 290, ein Filter 292 und eine Leitung 216 mit Brennstoff versorgt wird. Die Hochdruckpumpe 210 liefert Hochdruckbrennstoff nach einem Brennstoff­ überströmventil 212 und nach einem Brennstoffströ­ mungsregler 214 über eine Leitung 218. Der Brenn­ stoffströmungsregler 214 liefert Hochdruckbrennstoff nach einer Brennstoffbrennerringleitung 220 und aus­ serdem wird Hochdruckbrennstoff den Brennstoffser­ vos 270, 272, 274 über eine Leitung 242 zugeführt. Der Brennstoff, der den Bedarf des Brenners über­ schreitet, wird der stromaufwärtigen Niederdruck­ seite der Hochdruckpumpe 210 über das Überströmven­ til 212 und die Leitung 214 nach einem Rückschlag­ ventil 262 und einem Teilerventil 282 zurückgeführt, welches den überschüssigen Brennstoff entweder der stromaufwärtigen Seite oder der stromabwärtigen Seite des brennstoffgekühlten Ölkühler 290 über Leitungen 284 bzw. 286 zuführt. Die Brennstoffser­ vos 270, 272 und 274 führen den Brennstoff der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruck­ pumpe 210 zu und zwar bei diesem Ausführungsbei­ spiel über die Leitung 286 nach der Leitung 216.

Das Brennstoffservo 270, welches ein Zuführungs­ ventil mit Kraftverstärkung ist, führt den Brenn­ stoff direkt über die Leitungen 276, 288 und 286 der Leitung 216 und den Brennstoffservos 272 und 274 zu, die Statorverstellschaufeln und weiteres Triebwerkszubehör antreiben. Der Brennstoff wird über die Leitung 278 und das Brennstoffservoab­ schaltventil 264 zurückgeführt und vereinigt sich mit dem Brennstoff, der vom Brennstoffservo 270 durch die Leitungen 288 und 286 nach der Leitung 216 gelangt.

Das Brennstoffservoabschaltventil 264 entspricht dem nach Fig. 2 und 3, und gleiche Teile sind da­ her mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Rück­ leitung 240 vom Brennstoffüberströmventil 212 ist auch mit der Kammer 52 des Brennstoffservoabschalt­ ventils 264 über eine Leitung 290 verbunden und ei­ ne Leitung 298 verbindet die Kammer 250 des Brenn­ stoffservoabschaltventils 264 mit einem Rohr 296, welches Brennstoff nach der stromaufwärtigen Nie­ derdruckseite der Niederdruckpumpe 294 fördert. Die Leitung 278 verbindet die Brennstoffservos 272 und 274 mit der Kammer 56 des Brennstoffservo­ abschaltventils 26 und die Leitung 288 verbindet die Kammer 56 mit der Leitung 216.

Das Überdruckventil 262 entspricht jenem nach Fig. 1-3 und der Kolben des Überdruckventils besitzt eine Öffnung von bestimmter Größe, um einen vorbe­ stimmten Druckabfall über dem Kolben zu bewirken, wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoffüberströmventil ausreicht, die Brenn­ stoffservos zu speisen. Der Druckabfall ist aus­ reichend, um die Kraft der Feder im Brennstoffser­ voabschaltventil zu überwinden. Das Rückschlagven­ til und das Teilerventil könnten als einzige Ein­ heit ausgebildet sein, statt zwei getrennte Ein­ heiten zu verwenden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Während des Startverlaufs befindet sich das Servo­ absperrventil 264 in der aus Fig. 5 ersichtlichen Stellung, in der Niederdruckbrennstoff der Hoch­ druckpumpe 210 über die Niederdruckpumpe 294 und über den brennstoffgekühlten Ölkühler 290 und das Filter 292 zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe 210 speist den Brennstoffströmungsregler 214 und das Brennstoffüberströmventil 212 mit Hochdruckbrenn­ stoff. Der größere Anteil des Hochdruckbrennstoffs wird den Brennstoffbrennerringleitungen und den Brennstoffbrennern über die Leitung 220 zugeführt, weil das Brennstoffservoabschaltventil 264 geschlos­ sen ist.

Der Brennstoff, der längs der Leitung 240 zurück­ geführt wird, reicht nicht aus, um den Druck in der Kammer 52 zu veranlassen, den Druck in der Kam­ mer 50 zu übersteigen und die Federkraft und der Druckanstieg über der Niederdruckpumpe ist bei ge­ ringen Drehzahlen ebenfalls unzureichend, um den Brennstoffdruck in der Kammer 50 und den Feder­ druck zu überwinden.

Das Brennstoffservo 270 wird ständig über den Brenn­ stoffströmungsregler mit Brennstoff versorgt, aber die Brennstoffservos 272 und 274 werden nur dann mit Brennstoff versorgt, wenn das Brennstoffservo­ abschaltventil offen ist.

Nachdem das Triebwerk angelassen ist, steigt die Strömung überschüssigen Brennstoffs, die nach der stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe zurück­ kehrt, an. Da diese Strömung ansteigt, steigt auch der Brennstoffdruck in der Kammer 52 wegen des Überdruckventils an und überwindet den Druck des Brennstoffs in der Kammer 50 und den Druck der Fe­ der 48, so daß der KoIben 46 bewegt wird und Hoch­ druckbrennstoff nach den Brennstoffservos 272 und 274 gelangen kann. Das Teilerventil 282 kann sich dann öffnen, um überschüssigen Brennstoff nach der Leitung 216 zu leiten.

Bei sehr hohen Triebwerksdrehzahlen ist die Strö­ mung überschüssigen Brennstoffs durch die Leitung 240 gering und reicht nicht aus, um das Brennstoff­ servoabschaltventil offen zu halten, jedoch bleibt das Brennstoffservoabschaltventil offen, weil der Druckanstieg über der Niederdruckpumpe bei hohen Drehzahlen ausreicht, das Ventil offenzuhalten. Der Ausgang der Niederdruckpumpe 294 wirkt über die Leitungen 286 und 288 auf die der Kammer 50 abge­ wandte Seite des Kolbens 46 und dies ist eine ge­ wählte kleine Fläche, um irgendeine Kraft anstei­ gen zu lassen.

In den Fig. 1-3 liegt das Brennstoffservoabschalt­ ventil in Reihenschaltung zwischen der Hochdruck­ pumpe und den Brennstoffservos. Überschüssiger Brenn­ stoff von den Brennstoffservos wird nach der strom­ aufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe zu­ rückgeführt. In Fig. 5 liegt das Brennstoffservoab­ schaltventil in Reihe mit der Hochdruckpumpe und den Brennstoffservos. Überschüssiger Brennstoff von den Brennstoffservos wird über das Brennstoffser­ voabschaltventil nach der stromaufwärtigen Nieder­ druckseite der Hochdruckpumpe zurückgeführt. In Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Brennstoff, der den Brennstoffservos zugeführt ist, auf einem niedrige­ ren Druck steht und hierdurch wird es notwendig, die Druckdifferenz über der Niederdruckpumpe zu be­ nutzen, um das Brennstoffservoabschaltventil bei hohen Triebwerksdrehzahlen offenzuhalten.

Diese Ausführungsbeispiele machen es möglich, eine Hochdruckpumpe mit minimaler Größe zu benutzen.

Obgleich die vorstehende Beschreibung auf Brenn­ stoffservos Bezug nahm, die mit Hochdruckbrennstoff vom Brennstoffströmungsregler versorgt wurden, so soll es jedoch im Rahmen der Erfindung liegen, den Hochdruckbrennstoff den Brennstoffservos von einer anderen Stelle zwischen Hochdruckpumpenauslaß und Brennstoffströmungsregler zuzuführen.

Claims (10)

1. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk mit Mitteln zur Förderung von Niederdruckbrennstoff nach einer Hochdruckpumpe, die Hochdruckbrennstoff einem Brennstoffströmungsregler und einem Überströmventil liefert, wobei der Brennstoffströmungsregler Hoch­ druckbrennstoff wenigstens einer Brennstoffringlei­ tung und den zugeordneten Brennern zuführt und das Überströmventil überschüssigen Brennstoff nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe zurückführt und wobei wenigstens ein Brennstoffser­ vo mit Hochdruckbrennstoff von einer Stelle stromab der Hochdruckpumpe versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (60) feststellt, wann die Strömung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoff­ überströmventil (12) nach der stromaufwärtigen Nie­ derdruckseite der Hochdruckpumpe (10) einen vorbe­ stimmten Wert erreicht, wobei die Steuereinrichtung (60) die Zuführung von Hochdruckbrennstoff nach dem wenigstens einen Brennstoffservo zuläßt, wenn die überschüssige Brennstoffströmung den vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ein Brennstoffservo­ absperrventil (64) aufweist, dessen Kolben (46) in einem ersten Zylinder (44) gleitet und mit dem ersten Zylinder (44) eine erste Kammer (52) und ei­ ne zweite Kammer (50) definiert, daß die zweite Kammer (50) eine Feder (48) aufweist, die auf den Kolben (46) wirkt, wobei das der zweiten Kammer (50) abgewandte Ende des Kolbens (46) durch eine Öffnung (53) im ersten Zylinder (44) und durch ei­ ne Öffnung (55) in einem zweiten Zylinder (54) hindurchgeführt ist, wobei der zweite Zylinder eine dritte Kammer (56) definiert und die erste Kammer (52) mit der Niederdruckseite der Hochdruck­ pumpe (10) und dem Brennstoffüberströmventil (12) verbunden ist, während die zweite Kammer (50) mit einer Stelle im Brennstoffsystem verbunden ist, die unter einem relativ niedrigen Brennstoffdruck steht, und daß die dritte Kammer (56) die Brenn­ stoffströmung nach dem wenigstens einen Brennstoff­ servo steuert, wodurch der Kolben (46) aus einer ersten Stellung, in der die Feder (48) das Ende des Kolbens (46), welches der zweiten Kammer (50) abgewandt ist, in die dritte Kammer (56) drückt, um eine Strömung von Hochdruckbrennstoff nach dem wenigstens einen Brennstoffservo zu verhindern, in eine Stellung bewegbar ist, in der das Ende des Kolbens (46), das der zweiten Kammer (50) abgewandt ist, aus der dritten Kammer (56) herausbewegt ist, um die Strömung von Hochdruckbrennstoff nach dem wenigstens einen Servo zu ermöglichen, wobei der Kolben (46) gegen die Feder (48) bewegt wird, wenn ein vorbestimmter Druckabfall sich über dem Kolben (46) ausgebildet hat und der vorbestimmte Druckab­ fall die Kraft der Feder (48) überschreitet.

3. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ein Brennstoffservo­ absperrventil (164) aufweist, dessen Kolben (146) in einem Zylinder (144) läuft und in dem Zylinder (144) eine erste Kammer (152), eine zweite Kammer (150) und eine dritte Kammer (156) definiert, wobei die zweite Kammer (150) eine Feder (148) aufweist, die auf den Kolben (146) einwirkt und wobei das Ende des Kolbens (146), das der zweiten Kammer (150) ab­ gewandt ist, in die dritte Kammer (156) durch die Feder (148) gedrückt wird und daß die erste Kammer (152) mit der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (10) und dem Brennstoffüberströmventil (12) verbun­ den ist, während die zweite Kammer (150) mit einer Stelle des Brennstoffsystems in Verbindung steht, an der ein relativ niedriger Brennstoffdruck herrscht, daß die dritte Kammer (156) die Brennstoffströmung nach dem wenigstens einen Brennstoffservo steuert, wodurch der Kolben (146) aus einer ersten Stellung, in der die Feder (146) das der zweiten Kammer (150) abgewandte Ende des Kolbens (146) in die dritte Kammer (156) drückt, um eine Hochdruckbrennstoff- Strömung nach dem einen Brennstoffservor zu ver­ hindern, in eine Stellung bewegbar ist, in der das der zweiten Kammer (150) abgewandte Ende des Kol­ bens (146) aus der dritten Kammer (156) herausbe­ wegt ist, um die Hochdruckbrennstoffströmung nach dem Brennstoffservo gelangen zu lassen, wobei der Kolben (146) gegen die Feder (148) bewegt wird, wenn ein vorbestimmter Druckabfall über dem Kolben (146) erzeugt ist, wobei der vorbestimmte Druckab­ fall die Kraft der Feder (148) überwindet.

4. Brennstoffsystem für Gasturbinentriebwerke nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ein Rückschlagventil (62) aufweist, das einen Kolben (30) besitzt, der in einem Zylinder (28) läuft und mit dem Zylinder (28) eine erste Kammer (36) und eine zweite Kammer (38) definiert, daß die zweite Kammer (38) eine Feder (34) aufweist, um den Kolben (30) auf einen Sitz zu drücken, wobei der Kolben (30) eine Öffnung (32) vorbestimmter Größe aufweist, die die erste Kammer (36) mit der zweiten Kammer (38) verbindet, wobei die erste Kammer (36) an das Überströmventil (12) und die erste Kammer (52, 152) des Brennstoff­ servoabsperrventils (64, 164) verbunden ist, während die zweite Kammer (38) mit einer Stelle des Brenn­ stoffsystems verbunden ist, die auf relativ niedri­ gem Druck steht und außerdem mit der zweiten Kam­ mer (50, 150) des Brennstoffservoabsperrventils (64, 164), das die Stelle in dem Brennstoffsystem mit relativ niedrigem Brennstoffdruck die stromauf­ ärtige Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (10) ist, wodurch die Strömung überschüssigen Brennstoffs von dem Brennstoffüberströmventil (12) nach der strom­ aufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (10) durch die erste Kammer (36), durch die Öffnung (32) im Kolben (30) und die zweite Kammer (38) des Rück­ schlagventils (62) strömt, wobei die Öffnung (62) im Kolben (30) eine solche vorbestimmte Größe auf­ weist, daß der vorbestimmte Druckabfall über dem Rückschlagventil (62) auftritt, wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs einen vorbestimmten Wert aufweist, wobei der vorbestimmte Druckabfall über dem Rückschlagventil (62) bewirkt, daß der Kolben (46, 146) in dem Brennstoffservo das Absperrventil (64, 164) schließt, um unter Hochdruck stehenden Brennstoff nach dem einen Brennstoffservo gelangen zu lassen.

5. Brennstoffsystem für Gasturbinentriebwerke nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffströmungsregler (14) Hochdruck­ brennstoff über die dritte Kammer (56, 156) des Brennstoffservoabschaltventils (64, 164) nach dem Brennstoffservo gelangen läßt.

6. Brennstoffsystem für Gasturbinentriebwerke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (34) in der zweiten Kammer (38) des Rückschlagventils (62) so gewählt ist, daß der Kol­ ben (30) im Rückschlagventil (62) von seinem Sitz abgehoben wird, um den Brennstoffdruckanstieg in der ersten Kammer (36) des Rückschlagventils (62) zu begrenzen.

7. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche am Ende des Kolbens (46, 146) das der zweiten Kammer (50, 150) des Brennstoffservo­ absperrventils (64, 164) so gewählt ist, daß bei hohen Triebwerksdrehzahlen der Druck des Hochdruck­ brennstoffs ausreicht, um die Strömung von Hoch­ druckbrennstoff nach dem einen Brennstoffservo auf­ rechtzuerhalten, selbst wenn die Strömung über­ schüssigen Brennstoffs vom Überströmventil (12) nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (10) unter den vorbestimmten Wert fällt.

8. Brennstoffsystem für Gasturbinentriebwerke nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ein Rückschlagventil (262) aufweist, dessen Kolben (30) in einem Zylinder (28) läuft und zusammen mit dem Zylinder (28) eine erste Kammer (36) und eine zweite Kammer (38) de­ finiert, daß in der zweiten Kammer (38) eine Feder (34) angeordnet ist, die den Kolben (30) auf einen Sitz preßt, daß der Kolben (30) eine Öffnung (32) vorbestimmter Größe aufweist, die die erste Kammer (36) mit der zweiten Kammer (38) verbindet, daß die erste Kammer (36) an das Brennstoffüberströmventil (212) und die erste Kammer (52, 152) des Brennstoff­ servoabsperrventils (264) angeschlossen ist, daß die zweite Kammer (38) mit einer Stelle im Brenn­ stoffsystem verbunden ist, die auf einem relativ niedrigen Druck steht, daß die zweite Kammer (38) außerdem mit der zweiten Kammer (50, 150) des Brenn­ stoffservoabsperrventils (264) verbunden ist, daß die Stelle im Brennstoffsystem mit relativ niedri­ gem Brennstoffdruck stromauf der Niederdruckseite der Niederdruckpumpe (294) steht, wodurch die Strö­ mung überschüssigen Brennstoffs vom Brennstoffüber­ strömventil (212) nach der stromabwärtigen Hochdruck­ seite der Niederdruckpumpe (294) durch die erste Kammer (36), die Öffnung (32) im Kolben (30) und die zweite Kammer (38) im Rückschlagventil (262) strömt, wobei die Öffnung (32) im Kolben (30) eine solche vorbestimmte Größe hat, daß der vorbestimm­ te Druckabfall über dem Rückschlagventil (262) auf­ tritt, wenn die Strömung überschüssigen Brennstoffs einen vorbestimmten Wert erreicht und wobei der vorbestimmte Druckabfall über dem Rückschlagventil (262) den Kolben (246) den Brennstoffservoabsperr­ ventil (264) veranlaßt, sich so zu bewegen, daß Hochdruckbrennstoff nach dem Brennstoffservo ge­ langen kann.

9. Brennstoffsystem für Gasturbinentriebwerke nach den Ansprüchen 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffströmungsregler (214) Hochdruck­ brennstoff nach dem einen Brennstoffservo (272, 274) gelangen läßt und daß die dritte Kammer des Brenn­ stoffservoabsperrventils (264) das eine Brennstoff­ servo (272, 274) mit der Niederdruckseite der Hoch­ druckpumpe (210) verbindet, um die Hochdruckbrenn­ stoffströmung vom Brennstoffregler (214) nach dem einen Brennstoffservo (272, 274) zu steuern.

10. Brennstoffsystem für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche auf der der zweiten Kammer (50) ab­ gewandten Seite des Kolbens (46) des Brennstoffser­ voabsperrventils (264) so gewählt ist, daß bei ho­ hen Triebwerksdrehzahlen der Druck des Brennstoffs an der stromabwärtigen Hochdruckseite der Nieder­ druckpumpe (294) hoch genug ist, um die Strömung von Hochdruckbrennstoff nach dem einen Brennstoff­ servo (272, 274) selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn überschüssiger Brennstoff von dem Brennstoff­ überströmventil (212) nach der stromaufwärtigen Niederdruckseite der Hochdruckpumpe (210) unter den vorbestimmten Wert fällt.