FR2505404A1

FR2505404A1 - Rotary flow control valve for gas turbine - has fuel flow to combustion chamber controlled by sleeve valve with metering ports

Info

Publication number: FR2505404A1
Application number: FR8204211A
Authority: FR
Inventors: Helmut Henkel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1982-11-12
Also published as: FR2505404B3

Abstract

The rotary gate valve controls charge flow to the combustion chambers of a turbine. It has a housing with flow ports controlled by a rotary gate (3) with at least two metering ports (5) traversed inwardly by the charge. The ports are placed so that, if there is an even number, they are diametrically opposed, and if an uneven number, they are regularly spaced. The charge passes through the metering ports in the valve and along its central bore. The gate is held in an annular carrier at one end (7) and on a pivot axis at the other.

Description

Vanne à tiroir rotatif destinée à assurer la
commande et la régulation de fluides en écoulement, notamment le dosage des débits de gaz riches en combustible
dans les moteurs-fusées à statoréacteur
La présente invention concerne une vanne à tiroir
rotatif destinée à assurer la commande et la régulation de
fluides en écoulement, notamment le dosage des débits de gaz
riches en combustible dans les moteurs-fusées à statoréac
teur, et qui comporte, dans son enveloppe, des fenêtres
d'écoulement.Rotary slide valve intended to ensure the
control and regulation of flowing fluids, in particular the metering of fuel-rich gas flow rates
in ramjet engines
The present invention relates to a slide valve
rotary designed to control and regulate
flowing fluids, including metering of gas flow rates
fuel-rich in rocket engine rocket engines
which has windows in its envelope
of flow.

Dans la construction des machines et moteurs, on
connaît de nombreux modes de réalisation de vannes b tiroir
rotatif installées dans des conduites et destinées à assurer
la commande et la régulation des débits de fluides en écou
lement. Pour maintenir les pertes d'écoulement a une valeur
minimale, il est en général recommandé de conférer à ces
éléments de machine mobiles une forme favorable du point de
vue de l'écoulement des fluides. Ces organes de commande
doivent en outre avoir un poids minimum pour réduire les
forces massiques et pour permettre de grandes fréquences de
fonctionnement.In the construction of machines and motors,
knows many embodiments of b slide valves
rotary installed in pipes and intended to ensure
controlling and regulating the flow of fluids in ecou
lement. To keep the flow losses at a value
it is generally recommended to give these
moving machine elements a favorable point shape
view of the flow of fluids. These control bodies
must also have a minimum weight to reduce
mass forces and to allow large frequencies of
operation.

Dans des conditions de fonctionnement bien détermi
nées apparaissent des difficultés particulières, que l'on ne
peut surmonter qu'en conférant aux vannes à tiroir rotatif
des caractéristiques spéciales. C'est ainsi que, dans le cas
de certaines machines thermiques, telles que les moteurs
fusées à statoréacteur, qui fonctionnent avec des gaz riches
en combustible produits dans une chambre de pré-combustion
à partir d'un combustible chimique solide, en présence d'une
quantité d'oxygène inférieure à la quantité nécessaire, et
qui s'écoulent, par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs
conduites, vers une chambre de combustion principale dans
laquelle l'oxygène de l'air est introduit pour permettre une
combustion finale stoichiometrique, le jet de gaz chauds
contient des particules de matières solides, qui, de façon
défavorable, s'avèrent être très adhésives. Les conduites se trouvent, de ce fait, encrassées, et il se forme en particulier, dans le cas des vannes à tiroir rotatif et des soupapes, sur les arêtes, les angles, les parties en retrait et dans les espaces creux, des dépits qui peuvent être cause de défaillances de ces organes de commande importants.Under well-defined operating conditions
particular difficulties arise, which cannot be
can overcome that by conferring on rotary slide valves
special features. This is how, in the case
certain thermal machines, such as motors
ramjet rockets, which work with rich gases
in fuel produced in a pre-combustion chamber
from a solid chemical fuel, in the presence of a
less oxygen than required, and
flowing through one or more
pipes, to a main combustion chamber in
which oxygen from the air is introduced to allow a
stoichiometric final combustion, the jet of hot gases
contains particles of solid matter, which
unfavorable, turn out to be very adhesive. The lines are therefore clogged, and in particular in the case of rotary slide valves and valves, on the edges, the angles, the recessed parts and in the hollow spaces, can be the cause of failures of these important controls.

Un autre problème, notamment avec les vannes à tiroir rotatif qui sont réalisées sous forme de rouleau ou de cylindre, est que celles-ci subissent une charge asymétrique pendant qu'elles sont parcourues par des fluides, lorsque les machines à commander fonctionnent à charge partielle, du fait des conditions dans lesquelles a lieu l'arrivée du jet dans le cas particulier, notamment en cas de position d'ouverture partielle, ce qui entraine un frottement très fort des paliers, qui exige a son tour l'application de grandes forces de réglage. Cet inconvénient a des répercussions particulièrement négatives dans le cas des vannes a tiroir rotatif alimentées avec des gaz trés chauds, et pour lesquelles les phénomènes de dilatation thermique sont extrêmement importants. Another problem, in particular with rotary slide valves which are produced in the form of a roller or cylinder, is that these undergo an asymmetrical load while they are traversed by fluids, when the machines to be operated operate at partial load. , due to the conditions in which the arrival of the jet takes place in the particular case, in particular in the case of a partially open position, which causes very high friction of the bearings, which in turn requires the application of great forces adjustment. This drawback has particularly negative repercussions in the case of rotary slide valves supplied with very hot gases, and for which the thermal expansion phenomena are extremely important.

La présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point une vanne à tiroir rotatif, qui non seulement présente un faible poids, permette de réal set une installation peu encombrante et évite les dépôts indésirables de particules présentes dans le jet de gaz chauds, mais fonctionne en outre librement et aisément et soit moins sensible aux phénomènes importants de dilatation thermique. The present invention therefore aims to develop a rotary slide valve, which not only has a low weight, allows real set a space-saving installation and avoids unwanted deposits of particles present in the jet of hot gases, but also functions freely and easily and is less sensitive to significant phenomena of thermal expansion.

La présente invention permet de résoudre ce problème par le fait que la vanne a tiroir rotatif présente au moins deux fenêtres de dosage, parcourues radialement par le jet, de l'extérieur vers l'intérieur, et qui sont disposées de telle manière que, lorsqu'elles sont en nombre pair, elles sont diamétralement opposées deux par deux, tandis que, lorsqu'elles sont en nombre impair, lesdites différentes fe natures de dosage présentent le même espacement angulaire vues sur le pourtour de l'enveloppe de la vanne a tiroir rotatif - les unes par rapport aux autres, et que le fluide ou les gaz riches en combustible sortent de l'espace intérieur de la vanne à tiroir rotatif dans le sens de l'axe. The present invention overcomes this problem by the fact that the rotary slide valve has at least two metering windows, traversed radially by the jet, from the outside to the inside, and which are arranged in such a way that, when '' they are in even number, they are diametrically opposed two by two, while, when they are in odd number, said different fe natures of dosing have the same angular spacing seen on the periphery of the casing of the slide valve rotary - relative to each other, and that the fuel-rich fluid or gases exit the interior space of the rotary slide valve in the direction of the axis.

Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la vanne à tiroir rotatif est montée, à son extrémité aval, par l'intermédiaire d'un palier annulaire à charge radiale faisant office de palier libre, et, à son extrémité amont, par l'intermédiaire d'un système de montage radial à tourillon frontal, le tourillon frontal étant de plus supporté axialement dans le sens contraire celui de la sortie du fluide ou des gaz riches en combustible, notamment à l'aide d'une bille logée dans le carter de la machine ou du moteur. According to another embodiment of the present invention, the rotary slide valve is mounted, at its downstream end, by means of an annular bearing with radial load acting as a free bearing, and, at its upstream end, by by means of a radial mounting system with a front journal, the front journal also being supported axially in the opposite direction to that of the outlet of the fuel-rich fluid or gases, in particular using a ball housed in the machine or motor housing.

Grâce au mode de réalisation de la vanne à tiroir rotatif ou aux conditions d'admission du fluide dans ladite vanne et à la disposition de celle-ci, que propose la présente invention, on obtient - vu dans le sens périphérique un équilibre des forces qui permet de réaliser une fixation à mouvement libre ne nécessitant que de faibles forces de réglage et garantissant une grande sécurité de fonctionnement. La vanne a tiroir rotatif selon la présente invention offre en outre d'autres avantages, du fait qu'elle présente de faibles masses, nécessite peu d'espace pour son installation et est conçue de façon favorable du point de vue de l'écoulement, ce qui fait qu'elle reste exempte de résidus indésirables, même avec des jets de gaz chauds fortement chargés en particules solides, et garde ainsi toute sa capacité de fonctionnement. Thanks to the embodiment of the rotary slide valve or to the conditions of admission of the fluid into said valve and to the arrangement thereof, which the present invention provides, one obtains - seen in the peripheral direction a balance of forces which allows a free movement fixing requiring only low adjustment forces and guaranteeing high operational safety. The rotary slide valve according to the present invention also offers other advantages, because it has small masses, requires little space for its installation and is favorably designed from the point of view of flow, so that it remains free of undesirable residues, even with hot gas jets heavily loaded with solid particles, and thus retains its full operating capacity.

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel
- la figure 1 est une vue d'une vanne à tiroir rotatif et de la disposition de celle-ci dans un moteur-fusée à statoréacteur ; et
- la figure 2 est une vue en coupe transversale de la vanne à tiroir rotatif.The present invention will be better understood with the aid of the detailed description of an embodiment taken as a nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which
- Figure 1 is a view of a rotary slide valve and the arrangement thereof in a rocket engine with ramjet; and
- Figure 2 is a cross-sectional view of the rotary slide valve.

Dans une chambre de pré-combustion 1, dans laquelle est disposé un combustible solide 2, des gaz G riches en combustible sont produits par combustion dudit combustible solide, gaz qui, par l'intermédiaire d'une vanne a tiroir rotatif 3, pénètrent dans la chambre de combustion principale 4, où l'on introduit encore de l'oxygène de l'air pour obtenir une combustion finale stoichiométrique. In a pre-combustion chamber 1, in which a solid fuel is disposed 2, fuel-rich gases G are produced by combustion of said solid fuel, a gas which, via a rotary slide valve 3, penetrates into the main combustion chamber 4, where oxygen from the air is still introduced to obtain a stoichiometric final combustion.

Deux fenêtres de dosage 5, diamétralement opposées, sont ménagées dans la zone avant de l'enveloppe 3a de la vanne a tiroir rotatif. Ladite vanne a tiroir rotatif 3 est logée dans le carter du moteur par l'intermédiaire d'un système de montage radial avant à tourillon frontal 6 et d'un palier annulaire a charge radiale arrière 7 faisant office de roulement libre. Du fait que les gaz G riches en combustible s'écoulent dans le sens de l'axe vers la chambre de combustion principale 4, une contre-pression ou pression de réaction est engendrée, par rapport à la vanne à tiroir rotatif 3, et reprise avec un faible frottement, par l'intermédiaire du tourillon frontal 6a, par une bille 8 logée dans le carter du moteur ou de la machine. Two metering windows 5, diametrically opposite, are provided in the front area of the casing 3a of the rotary slide valve. Said rotary slide valve 3 is housed in the motor casing by means of a front radial mounting system with front journal 6 and an annular bearing with rear radial load 7 acting as free bearing. Because the fuel-rich gases G flow in the direction of the axis towards the main combustion chamber 4, a back pressure or reaction pressure is generated, relative to the rotary slide valve 3, and taken up with low friction, by means of the front journal 6a, by a ball 8 housed in the casing of the engine or of the machine.

La vanne a tiroir rotatif 3 est commandée par un train d'engrenages cylindriques 9. The rotary slide valve 3 is controlled by a train of cylindrical gears 9.

Ainsi qu'il ressort notamment de la figure 2, le dosage de la quantité de gaz G riches en combustible qui pénètre dans la vanne a tiroir rotatif se fait, de façon appropriée, en fonction de la position respective de ladite vanne à tiroir rotatif 3 et de ses fenêtres de dosage 5 par rapport aux conduits d'écoulement 10. As is apparent in particular from FIG. 2, the metering of the quantity of fuel-rich gases G which enters the rotary slide valve is done, in an appropriate manner, as a function of the respective position of said rotary slide valve 3 and its dosing windows 5 relative to the flow conduits 10.

Lorsque, par exemple, trois fenêtres de dosage 5 sont ménagées dans l'enveloppe 3a de la vanne a tiroir rotatif, ces fenêtres se trouvent sur un cercle primitif a un espacement angulaire de 1200 les unes par rapport aux autres, ce qui crée - vu dans le sens radial - un equilibre de forces. When, for example, three dosing windows 5 are formed in the casing 3a of the rotary slide valve, these windows are on a primitive circle at an angular spacing of 1200 relative to each other, which creates - seen in the radial direction - a balance of forces.

Compte tenu de la présence des gaz chauds riches en combustible, la vanne à tiroir rotatif 3 est réalisée avec un matériau réfractaire. Given the presence of hot fuel-rich gases, the rotary slide valve 3 is made with a refractory material.

Claims

REVENI) ICATZONS

1.- Rotary slide valve intended to control and regulate flowing fluids, in particular the metering of gas flows rich in fuel in rocket engines with ramjet, and which includes, in its envelope, windows flow, characterized in that the rotary slide valve (3) has at least two metering windows (5), traversed radially by the jet, from the outside to the inside, and which are arranged in such a way that when '' they are in an even number, they are diametrically opposed, two by two, while, when they are in an odd number, said different dosing windows (5) have the same angular spacing - seen on the periphery of the envelope (3a) of the rotary slide valve - relative to each other, and that the fuel-rich fluid or gases (G) exit the interior space of the rotary slide valve in the direction of axis.

2. A rotary slide valve according to claim 1, characterized in that it (3) is mounted, at its downstream end, by means of an annular bearing with radial load (7) acting as a free bearing, and, at its upstream end, by means of a radial mounting system with a front journal (6), the front journal (6a) being further supported axially in the opposite direction to that of the outlet of the fluid or gases (G) rich in fuel, in particular using a ball (8) housed in the casing of the machine or the engine.