DE2600951C3

DE2600951C3 - Durchflußregelventil

Info

Publication number: DE2600951C3
Application number: DE2600951A
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Sutton Coldfield West Midlands Smith (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2600951B2; IT1051515B; JPS562634B2; DE2600951A1; JPS5196916A; FR2298047A1; US4040599A; FR2298047B1; GB1518811A

Description

J¹JJe Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil für Flüssigkeiten mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiges Durchflußregelventil ist beispielsweise aus; der US-Patentschrift 28 79 643 bekannt. Bei diesem Regelventil sind oberhalb und unterhalb des Regelgliedes; Steuerdruckkammern vorgesehen, deren Druck die Stirnflächen des Regelgliedes beaufschlagt und damit dessen Axialstellung festlegt. Zur Regulierung der Drücke in den Steuerdruckkammern sind zwei Steuerventile erforderlich; ein drittes Steuerdruckventil, das von einer Kurvenfläche am Regelglied betätigt wird, arretiert durch Erhöhung des Druckes in einer der Steuerdruckkammern das Regelglied in einer Endstellung. Drehung und Axialbewegung des Regelgliedes werden durch getrennte Steuersignale bewirkt.

Durch die drei Steuerventile wird der Aufbau des Durchflußregelventils kompliziert und aufwendig; auch ist es nachteilig, daß für die Dreh- und Axiaibewegung des Rcgelgliedes zwei Steuersignale erforderlich sind. Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Durchflußregelventil zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Regelung des Durchflusses lediglich eine Drehbewegung des Rcgelgliedes erforderlich ist und die notwendige Axiaibewegung und axiale Stellung des Regelgliedes vom einem einzigen Steuerdruckventil gesteuert wird.

lErfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Durchflußrcgelventil der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Das Regelventil ist besonders für die Regelung des Brennstoffzuflusses zu den Brennern einer Gasturbine geeignet und wird nachstehend an Hand der Zeichnung im Zusammenhang mit einer solchen Anwendung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I eine schemalische Darstellung einer Regeleinrichtung für den Brcnnsioffzufluß zu einer Gasturbine mil: dem Durchflußregelventil;

Fig.2, 3 und 4 Schnitte längs der entsprechenden Linien in F i g. I; sowie

Fig.5, 6, 7 und 8 Darstellungen der Wirkungsweise von Zumcßprofilen des Regelventils in verschiedenen Stellungen des Regelgliedes des Regelventils.

Wie in den F i g. 1 bis 4 dargestellt, wird Brennstoff für ein Gasturbinentriebwerk 10 von einer Kreiselförderpumpe 11 einer Verdrängerpumpe 12 zugeleitet, und beide Pumpen 11, 12 werden von einer Welle des Triebwerks 10 angetrieben, die mit einer Drehzahl N umläuft.

Dem Triebwerk 10 wird Brennstoff von der Pumpe 11 über ein erstes Druckerhöhungsventil 13 und ein Durchflußregelventil 14 zugeführt, die in Reihe angeordnet sind. Der Brennstoff fließt aus dem Ausström-

kanal t5 des Ventils 14 direkt zu den Zündbrennern des Triebwerks IO und ferner über ein zweites Druekerhöhungsventil 16 zu den Hauptbrennern des Triebwerks

Pas Durehflußrege!ventil 14 besteht aus einem Gehäuse 17, das eine Buchse 18 enthält. In der Buchse 18 befindet sich eine Steuerdüse 19, die über einen Kanal 20 mit dem Ausströmkanal 15 in Verbindung steht. In der Buchse 18 befinden sich ferner zwei diametral gegenüberliegende zweite öffnungen 21, die beide mit einem Einströmkanal 22 des Ventils 14 in Verbindung stehen. Eine dritte öffnung 23 in der Buchse 18 steht ebenfalls mit dem Einströmkana! 22 in Verbindung. Schließlich hat die Buchse 18 noch zwei diametral gegenüberliegende vierte Öffnungen 24, die beide mit dem Ausströmkanal IS in Verbindung stehen.

Ein kolbenförmiges Regelglied 25 ist in der Buchse 18 dreh- und axial verschiebbar angeordnet Das Regelglicd 25 kann in der Buchse 18 durch eine Keilnutenspindel 26, auf der das Regelglied 25 axial frei verschiebbar ist, gedreht werden. Durch den vom Förderdruck der Pumpe 12 über ein Riter 34 abgeleiteten Druck in einer Kammer 28 wird das Regelglied 25 axial gegen einen einstellbaren Anschlag 27 gedrückt.

Das Ende des Regelglieds 25, das einen Teil der Kammer 28 bildet, hat, wie im einzelnen in den F i g. 6,7 und 8 dargestellt, einen abgeschrägten Teil 29. der in bestimmten Drehstellungen des Regelglieds 25 mit der Düsenöffnung 19 zusammenwirkt und ein Steuerventil zur Steuerung des Druckes in der Kammer 28 bildet. Dem aus der Kammer 28 auf das Regelglied 25 wirkenden Druck wirkt ein Druck in einer Kammer 30 am anderen Ende des Regelglieds 25 entgegen, die zwischen Durchflußdrosseln 31, 32 liegt, die in Reihe zwischen Filter 34 und Ausströmkanal 15 geschaltet sind.

Der mittlere Teil des Regelgliedes 25 hat einen verringerten Durchmesser und bildet einen Ringkanal 33, durch den Brennstoff vom Einströmkanal 21 zum Ausströmkanal t5 fließen kann. Dieser mittlere Teil bildet eine Zumeßkante 35, die mit den Öffnungen 21 zusammenwirkt und den Durchfluß des Brennstoffs reguliert. Wie im einzelnen in den F i g. 5 bis 8 dargestellt, ist die Zumeßkante 35 dem Regelglied 25 gegenüber axial so profiliert, daß der Durchfluß durch as die Öffnungen 21 von der Drehstellung df ¹S Regelgliedes 25 abhängt. Die Kante 35 besteht im übrigen aus zwei identisch profilierten Teilen, die mit betreffenden der Öffnungen 21 zusammenwirken.

Der mittlere Teil des Rejrelgliedcs 25 ist mit zwei Stegen 36 versehen, die in einer bestimmten Drehstellung des Regeljliedes die Ausströmöffnungen 24 in der Buchse 18 verschließen.

Das Durchflußregelventil 14 arbeitet wie folgt. In der Schließstellung des Ventils, die in F i g. 5 dargestellt ist, verschließen die Stege 36 die Öffnugnen 24. In dieser Drehstellung des Regelgliedes 25 ist auch die Düse 19 verschlossen, und die Drücke in den Kammern 28 und 30 sind gleich dem Förderdruck der Pumpe 12. Das Regelglied 25 kann somit jede axiale Stellung innerhalb der Buchse 18 einnehmen; seine Drehstellung gewährleistet aber, daß dem Triebwerk 10 kein Brennstoff zufließen kann.

Bei einer Drehung des Regelgliedes 25 nach rechts in den F i g. 2 bis 4 werden die öffnungen 24 freigelegt. Die Düse 19 und die öffnung 21 bleiben verschlossen, wie in Fig,6 dargestellt. Das ist die in den Fig, I bis 4 dargestellte Ventilstellung, In dieser Stellung kann Brennstoff vom Einströmkanal 22 durch den Kanal 23 zum Ausströmkanal 15 fließen. Dieser Durchfluß reicht aus, um die Brenner des Triebwerks 10 zu zünden. Der Druck in dem Ausströmkanal 15 ist jedoch gering, und im folgenden ist auch der Druck in der Kammer 30 gering. Das Regelglied 25 wird deshalb gegen einen einstellbaren Anschlag 27 gedrückt

Bei weiterer Drehung des Regelglieds 25 nach rechts in die in Fig.7 dargestellte Stellung werden die öffnungen 21 von Teilen der Zumeßkante 35 des Regelgliedes 25 teilweise freigelegt In dieser Drehstellung des Regelgliedes 25 bleibt die Düse 19 geschlossen, und das Regelglied 25 bleibt damit in Kontakt mit dem Anschlag 27. Der Durchfluß durch die öffnungen 21 hängt damit von der Stellung des Anschlags 27 ab, die so eingestellt wird, daß ein ausreichender Brennstoffdurchfluß stattfindet, um das Triebwerk im Leerlauf zu halten.

Bei noch weiterer Drehung des Reg;>glieds 25 nach rechts, wie in F i g. 8 dargestellt wird die Düse 19 durch den abgeschrägten Teil 29 freigelegt Der entstehende Abfall des Steuerdruckes in der Kammer 28 gestattet eine Bewegung des Regelgliedes 25 nach oben, wie in Fig. 1 dargestellt, wobei die Belnde 19 teilweise geschlossen und der Druck in der Kammer 28 erhöht wird, bis wieder ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist Infolge dieser Bewegung legt die Zumeßkante 35 zunehmend Teile der Öffnung 21 frei, so daü ein höherer Brennstoffzufluß zum Triebwerk 10 stattfinden kann. Dieser Brennstoffzufluß kann somit völlig durch Drehen der Spindel 26 reguliert werden.

Die Spindel 26 kann durch jedes geeignete Mittel gedreht werden, beispielsweise von Hand oder durch einen elektrischen Stellmotor 37, der auf Betriebsgrößen des Triebwerks und auf die Stellung Θ eines Leistungsreglers 38 für das Triebwerk 10 anspricht.

Die Brennstoffregeleinrichtung weist ferner tine Ventilgruppe 40 mit einer Membran 41 auf, die auf die Differenz zwischen den Drücken Brennstoffdrücken in dem Einströmkanal 22 und dem Ausströmkanal 15 des Ventils 14 reagiert. Bei einer Erhöhung dieser Druckdifferenz läßt die Ventilgruppe 40 Brennstoff aus dem Einströmkanal 22 zur Ansaugseite der Pumpe 12 überströmen. Die Ventilgruppe 40 enthält ferner einen evakuierten Balg 42, der auf den Druck P\ am Kompressoreinlaß des Triebwerks 10 anspricht und bei einer Erhöhung des Druckes P\ eine Verringerung des Überlaufs durch die Ventilgruppe 40 bewirkt.

Parallel zur Pumpe 12 ist ein Druckminderventil 43 angeordnet, und ebenfalls parallel zur Pumpe 12 ist eine Regleranordnung 44 geschaltet, die auf eine Erhöhung der Triebwerksdrehzahl N über einen Sollwert Hinaus anspricht und ein Ventil 45 öffnet, so daß Brennstoff von der Förderseile der Pumpe 12 zur Ansitugseite überströmen kann. Das Ventil 45 wird durch eine Feder 46, die über einen Hebel 47 wirkt, ferner durch ein Kolbenelement 48, d?s auf den Hebel 47 einwirkt und auf den Druck am Auslaß der Pumpe 12 anspricht, in Schließrichtuiig gedrückt. Die Anordnung ist so getroffen, daß einem erhöhten Pumpenf'irderdruek am Ventil 45 die Vorspannung des Kolbenelemenis 48 entgegenwirkt. Die Regelung ist damit nur von der Triebwerksdrehzahl /Vibhängig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

26

Patentansprüche:

1. Durchflußregelventil, bestehend aus einer von einem Gehäuse umschlossenen Buchse mit einer Axialbohrung, in die ein Einström- und ein Ausströmkanal münden, einem in der Axialbohrung angeordneten, axial verschieb- und drehbaren Regelglied zur Änderung des Durchflusses durch den Einström- und Ausströmkanal, das eine zur >° Normalen der Bohrungsachse abgeschrägte Umfangsfläche hat und durch Änderungen eines Steuerdrucksignals axial bewegbar ist, sowie einem auf die Axial- und Drehstellung des Regelgliedes ansprechenden Steuerventil zur Änderung des Steuerdrucksignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil von einer Düsenöffnung (19) in der Buchse (18) gebildet wird, die in die Axialbohrung öffnet und mit der abgeschrägten axialen Umfangsfläche (29) des Regelgliedes (25) so zusammenwirkt, daß bei einer Drehung des Regelgliedes (25) eine Änderung der Überlappung der Düsenöffnung (19) durch das Regelglied (25) eintritt.

2. Durchflußregelventil nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Steg (36) an dem Regelglied (25), der in einer bestimmten Orehstellung des Regelgliedes (25) den Durchfluß vom Einströmkanal (22) zum Ausströmkanal (15) in jeder axialen Stellung des Rcgelgliedes (25) absperrt.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch eine Zumcßkantc (35) an dem Regelglied (25). die mit Efiström öffnungen (21) des Einströmkanals (22) zusammenwirkt und teilweise zur Normalen der Achse des F igelglicdes (25) abgeschrägt ist, so daß bei einer Drehung des Regelgliedes (25) eine Änderung der Überlappung der Einströmöffnungen (21) durch die Zumcßkante

(35) eintritt.

4. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche

1 bis 3, gekennzeichnet durch einen von dem Einströmkanal (22) ausgehenden Kanal (23), der in axialem Abstand von den Einströmöffnungen (21) in die Axialbohrung mündet.

5. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche

2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumcßkante (35) an dem Regelglied (25) gegenüber dem Steg

(36) um einen solchen Winkel versetzt angeordnet ist, daß in einer ersten Drchwinkelstellung des Regelgliedes (25) die Einströmöffnungen (21) durch die Zumeßkante (35) und die Ausströmöffnung (24) '*' des Ausströmkanalä (15) durch den Steg (36) verschlossen sind, in einer zweiten Drchwinkelstellung des Regelgliedes (25) die Einströmöffnungcn (21) verschlossen, die Öffnung des Kanals (23) in die Axialbohrung und die Ausströmöffnung (24) aber ^M geöffnet sind, in einer dritten Drehwinkelstcllung des Rcgelgliedes (25) auch die Einströmöffnungcn (21) geöffnet sind und daß in allen drei Drehwinkelstellungen die den Steuerdruck ändernde Düsenöffnung (19) verschlössen ist. w

6. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche I bis 5, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Anschlag (27) zur Begrenzung der Axialbewegung des Regelgliedes (25) durch Änderungen des Steuerdruckes. ^b5

7. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche t bis 6, gekennzeichnet durch eine Druckkammer (28) oberhalb des Regelgliedes (25) zur Ausübung

eines dem Steuerdruck entgegenwirkenden Druckes auf das Regelglied (25).

8, Durchflußregelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (19) durch einen Kanal (20) mit dem Ausströmkanal (15) verbunden ist

9. Durebflußregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen elektronen Stellmotor (37) zum Drehen des Regelgliedes (25).