CH291306A - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Strömungsverhältnisse in einem mehrstufigen Axialkompressor. - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Strömungsverhältnisse in einem mehrstufigen Axialkompressor.

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CH291306A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0246Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/08Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan with supplementary heating of the working fluid; Control thereof
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Description


  Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Strömungsverhältnisse  in einem mehrstufigen Axialkompressor.    Mehrstufige Axialkompressoren sind übli  cherweise derart gebaut, dass sie den besten  Wirkungsgrad bei einer bestimmten Drehzahl  oder einem bestimmten von der Drehzahl     ab-          längigen    Kennwert aufweisen. Dem müssen  die Schaufeln aller Stufen des Kompressors  durch Wahl der charakteristischen Schaufel  grössen, wie des Anströmwinkels und der Schau  felform, zum Beipiel so angepasst sein, dass  beim Betrieb mit der bestimmten Drehzahl  oder dem bestimmten, von der Drehzahl abhän  gigen Kennwert das zu komprimierende Flui  dum eine bestimmte, konstante Axialgeschwin  digkeit erhält.  



  Der Anströmwinkel, bei welchem die  Laufsehaufeln bei irgendeiner gegebenen  Drehzahl arbeiten, ist bestimmt durch die  Axialgeschwindigkeit des Fluidums und die  Austrittsrichtung der Statorschaufeln. Bei  kleineren Drehzahlen als der Nenndrehzahl  besteht, wenn der Druckanstieg pro Stufe  kleiner ist, als der Nenndruckanstieg, die Ten  denz zu einer Beschleunigung der     Strömung     vom Einlass zum Auslass des Kompressors,  und zwar, weil das Nennverhältnis der Ge  samtdichte nicht erreicht wird. Diese Be  schleunigung zeigt sieh in einer Reduktion  der Axialgeschwindigkeit der Strömung am  Einlass und in einer Zunahme der axialen  Strömungsgeschwindigkeit am     Auslass.     



  Wo die axiale Strömungsgeschwindigkeit  geringer wird als die axiale Nenngeschwindig-         keit,    wird der     Anströmwinkel    derart     gzoss,     dass die Strömung hier abreisst. Wo die axiale  Strömungsgeschwindigkeit dagegen grösser  wird als die axiale     Nenngeschwindigkeit,    wird  der     Anströmwinkel    der Schaufeln klein, even  tuell negativ, so dass die     Schaufeluz    nichts zum  Druckanstieg beitragen.

   Bei grösseren Dreh  zahlen als der Nenndrehzahl besteht, wenn der  Druckanstieg pro Stufe grösser ist als der  Nenndruckanstieg, die Tendenz zu einer Ver  zögerung der Strömung vom Einlass des     Kom-          pressors    zu dessen     Auslass,    und- zwar, weil das  Nennverhältnis der Gesamtdichte überschrit  ten wird.

   Diese Verzögerung zeigt. sich in  einem Ansteigen der axialen Strömungsge  schwindigkeit über die Nenngeschwindigkeit       hinaus    am Einlass und einer     Abnahme    der  selben am     Auslass.    Demzufolge bewirkt jedes  Abweichen von der Nenndrehzahl oder dem  von dieser Drehzahl abhängigen Kennwert  bei einem     Axialkompressor    eine Verschlechte  rung des     MTirkungsgrades.    Der von der Dreh  zahl abhängige     Kennwert    ist der Ausdruck       n          n    und wird als  korrigierte Drehzahl  be  zeichnet, wobei n die Drehzahl des Kompres  sors und I' die absolute 'Temperatur am Ein  lass des Kompressors bedeuten.  



  Um den Betrieb eines mehrstufigen     Axial-          strömungskompr        essors    innerhalb eines weiten  Drehzahlbereiches bei gutem Wirkungsgrad  zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, minde-           stens    einen Kranz einstellbarer Leitschaufeln  vorzusehen. Ein solcher Axialkompressor mit  einstellbaren Leitschaufeln ist beispielsweise  in der schweizerischen Patentschrift Nr. 287975  näher beschrieben.  



  Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein  Verfahren und eine Einrichtung zur Steue  rung der Strömungsverhältnisse in solchen  Kompressoren vorzusehen, um die Aufrecht  erhaltung eines guten Kompressionswirkungs  grades über einen weiten Drehzahlbereich zu  ermöglichen.  



  Gemäss dem erfindungsgemässen Verfah  ren zur Steuerung der Strömungsverhältnisse  in einem mehrstufigen     Axialkompressor    mit  mindestens einem Kranz einstellbarer     Leit-          sehaufeln    wird wenigstens über einen Teil des  Drehzahlbereichs des Kompressors der Ein  stellwinkel der Leitschaufeln automatisch in  Abhängigkeit von mindestens der innerhalb  des Regulierbereiels sieh ändernden Drehzahl  des     Kompressors    geändert.  



  Die ebenfalls Erfindungsgegenstand bil  dende Steuereinrichtung zur Durchführung  des genannten Verfahrens weistMittel auf zum  automatischen Verändern des Einstellwinkels  der einstellbaren Leitschaufeln innerhalb we  nigstens eines Teils des Drehzahl-Betriebs  bereiches des Kompressors, in Abhängigkeit  von Änderungen der Kompressorendrehzahl.  



  Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung  eignet sich besonders zur     Steuerung    der Strö  mungsverhältnisse in mehrstufigen Axialkom  pressoren von Gasturbinenanlagen. Solche An  lagen besitzen oft eine Sehrägscheibenpumpe  mit variabler Fördermenge, deren Rotor der  art ausgebildet ist, dass die Pumpe als Zentri  fugalpumpe wirken kann, zwecks Förderung  von Druckfluidum zu einer Steuervorrichtung,  welche als Maximal-Begrenzungsregler für die  Brennstoffzufuhr und damit auch für die  Drehzahl der Anlage wirkt.  



  Einige Ausführungsbeispiele der erfin  dungsgemässen Steuereinrichtung in Anwen  dung auf eine Gasturbinenanlage mit mehr  stufigem Axialkompressor sind in der beilie  genden Zeichnung dargestellt. An Hand die-         ser    Zeichnung soll auch das     erfindungsgemässe     Verfahren beispielsweise erläutert werden.  



  Fig.1 zeigt schematisch einen Axialkom  pressor mit einstellbaren Leitschaufeln.  Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein erstes Bei  spiel der Steuereinrichtung für den Kom  pressor gemäss Fig.1.  



  Fig. 3 zeigt ein zweites Beispiel der Steuer  einrichtung.  



  Fig. 4 zeigt im Schnitt ein drittes Beispiel  der     Steuereinrichtung,    und  Fig.5 zeigt im Schnitt ein weiteres Bei  spiel der Steuereinrichtung.  



  In Fig. 1 ist eine Gasturbinenanlage darge  stellt, die einen mehrstufigen Axialkompressor  10 besitzt, eine Verbrennungseinrichtung 11  zur     Aufnahme    komprimierter Luft aus dem  Kompressor 10 und eine Verbrennungsgase  aus der Einrichtung 10 empfangende Turbine  12, die mittels einer Welle 10 den Kompres  sor 10 antreibt.  



  In der komprimierten Luft zu verbren  nender Brennstoff wird der Verbrennungs  einrichtung 11 durch eine     Brennstoffzufüh-          rungseinriehtung    bekannter Bauart zugeführt.  Letztere besitzt eine durch die Anlage     antreib-          bare    Schrägscheibenpumpe 14 (Fig. 1 und 2),  welche Pumpe einen Rotor 15 mit einer An  zahl Zylinder oder Bohrungen aufweist, in  welchen Kolben 16 angeordnet sind. Letztere  werden beim Rotieren des Pumpenrotors 15  entgegen der Wirkung von Federn 17 hin  und her bewegt und saugen in der Folge  Brennstoff aus der     Kaufeitung    18 der Pumpe  14 an und fördern diesen durch eine Speise  leitung 19 zur Anlage.

   Der     Pumpenantrieb     durch die Maschine ist. in     Fif,_-.    1 mit 20 be  zeichnet..  



  Der     Pumpenrotor,    15     besitzt.    eine     zentrale     Bohrung 21, welche von der     Saugleitun-,    l  der Pumpe zu einer Anzahl von     Schrägboh-          rungen        ??    führt, welche die zentrale     Bohrung     21 mit einer Kammer     ''3    verbinden, in     welcher     der     Pumpenrotor    15 angeordnet ist. Der Rotor  15 wirkt dabei als     Zentrifugalpumpe,    und der  Druck in der Kammer 23 \ist     eine    Funktion  der Maschinendrehzahl und somit der Dreh  zahl des Kompressors 10.

   Der mehrstufige      Axialkompressor 10 besitzt einen oder meh  rere Schaufelkränze einstellbarer     Leitschau-          feln.    Dargestellt sind zwei Kränze mit Schau  feln 24a bzw. 24b. Die den entsprechenden  Kranz bildenden Schaufeln sind so unterein  ander verbunden, dass sie gleichzeitig verstellt  werden können. Jede Leitschaufel ist mit  einem     Betätigungsarm    25 versehen, die mit  einem Einkerbungen aufweisenden Ring 26  in Eingriff sind, welcher Ring im Stator  gehäuse des Kompressors 10 drehbar angeord  net ist, um die Arme 25 eines Schaufelkran  zes gleichzeitig verschwenken zu können.  



  Damit der Kompressor in einem grossen  Drehzahlbereich mit gutem Wirkungsgrad ar  beiten kann, ist es erwünscht, dass der Ein  stellwinkel der Leitschaufeln 24a,     24b    so ver  ändert werden kann, dass er bei jeder Kom  pressordrehzahl einen guten Kompressorwir  kungsgrad ergibt. Die Anordnung ist deshalb  derart, dass, wenn sieh die Kompressordreh  zahl ändert, sieh der Einstellwinkel der     Leit-          schaufeln    24a, 24b ebenfalls ändert.

   Zu diesem  Zweck kann beispielsweise die folgende Aus  bildung des Einstellmechanismus für die     Leit-          schaufeln    vorgesehen sein:  Eine einstellbare Leitschaufel 24a bzw. 24b  jedes Schaufelkranzes ist mit einer hy     drau-          lischen    Servovorrichtung 30 (Fig.1 und 2)  verbunden. Diese Vorrichtung besitzt einen  Zylinder 31, einen im Zylinder 31 angeord  neten     Betätigungskolben    32 und eine     Steuer-          vorriehtung    33, wobei die Stellung des Kolbens  32 im Zylinder 31 durch die Drehzahl der Ma  i  sehine bestimmt ist.

   Da die Lage des Kolbens  32 im Zylinder 31 den Einstellwinkel der ent  sprechenden Leitschaufeln 24a, 24b bestimmt,  entspricht der Einstellwinkel dieser     Leitschau-          feln    24u, 24b der Maschinendrehzahl.  



  Der Zylinder 31 besitzt ein Paar innerer  Büchsen 34, 35, die mit der Kolbenstange 32u  in Eingriff sind, so dass die Kolbenstange in  diesen Büchsen geführt ist. Der Kolben 3  selbst ist in halber Länge der Kolbenstange       32a    und zwischen den Büchsen 34 und 35 an  geordnet, so dass die Büchsen als Hubbegren  zungen für den Kolben wirken. Die Kolben  stange 32a ist hohl und steht durch die Boh-         rung    36 mit der Zylinderkammer 37 auf der  einen Seite des Kolbens 32 in Verbindung.  Auf diese Weise ist die dem Zylinderraum 37  zugekehrte Stirnfläche des     Kolbens    32 grösser  als die Kolbenstirnfläche der dem Zylinder  raum 38     zugekehrten    Kolbenseite.

   Der Zylin  der 31 besitzt eine     Zuführungsleitung    39 für       Druckfluidum,    die beim vorliegenden Beispiel  mit der Förderleitung 19 der maschinengetrie  benen     Schrägscheibenpumpe    14 verbunden ist.  Bohrungen 40, 41 führen von der     Leitung    39  zu den     Rätunen    37, 38, auf jeder Seite des  Kolbens 32, wobei die     Bohrung    40 in den  Raum 37 mündet., welcher auf der Kolbenseite  mit grösserer Stirnfläche liegt, und eine Strö  mungsdrossel 42 besitzt, deren Zweck im fol  genden näher beschrieben ist.  



  An dem auf der Kolbenseite mit grösserer  Stirnfläche liegenden Zylinderende ist die  Steuervorrichtung 33 des Kolbens 32 angeord  net. Diese Steuervorrichtung besitzt eine durch  eine Membran 45 in zwei Abteile 43, 44 unter  teilte Kammer. Das Abteil 43, das dem Zy  linder 31 näher liegt, ist durch eine Leitung  46 mit. der Saugleitung 18 der Brennstoff  pumpe 14 verbunden. Das Abteil 44 ist durch  eine Leitung 47 mit der Kammer 23 der Brenn  stoffpumpe 14     verbunden,.    in welche Kammer  Druckfluidum durch die durch den Pumpen  rotor gebildete     Zentrifuga.lpumpe    gefördert  wird.

   Die biegsame Membran 45 ist demzu  folge in der einen Richtung (in Richtung ge  gen den Zylinder 31) durch einen Druck be  lastet, der eine     Funktion    der momentanen  Drehzahl der Maschine     ist.     



  Die biegsame     Membran    45 ist. ferner durch  eine Feder 50 belastet, die in der hohlen Kol  benstange     32a    des Kolbens 32 angeordnet ist.  Zu diesem Zweck besitzt die Endwand des  Zylinders 31 einen sich axial erstreckenden  Vorsprung 51, welcher eine Bohrung besitzt,  in der eine Büchse 52 angeordnet ist. In der  Büchse 52 ist eine     gleitbare    Stossstange 53  angeordnet, deren eines Ende sich an einem  Anschlag     45a    der Membran 45 und deren an  deres Ende sich an einem Anschlag 54 für die  Feder 50 abstützt. Die Feder 50 ist     anderends     an einer innern Querwand der hohlen Kol-      benstange 32a abgestützt.

   Die Stossstange 53  gleitet in der Büchse 52 und geeignete     Fluid-          dichtungen    53a dienen dazu, Leckverluste an  Druckfluidum aus dem Zylinder 31 in das  Abteil 43, in der Zeichnung     links    von der  Membran 45, zu verhindern. Es versteht sich,  dass, wenn der Kolben 32 sich im Zylinder  31 gegen die Steuervorrichtung 33 hin bewegt,  die Belastung der Membran 45, die als Folge  der Wirkung der Feder 50 auftritt, zunimmt,  wobei die Belastung von der Lage des Kol  bens 32 im Zylinder 31 abhängt.  



  Ferner ist zu bemerken, dass die Feder  belastung der Membran 45 der     Fluiddruck-          belastung    entgegenwirkt.  



  Die biegsame Membran 45 ist ferner durch  eine     zweite    Feder 55 im gleichen Sinne wie  durch die Feder 50 belastet. Die zweite Feder  55 stützt sich einerends am Anschlag 45a ab,  der von der Membran 45 getragen wird und  anderseits an einer Schulter 56, welche im  Vorsprung 51 angeordnet ist, der die Büchse  52 für die Stossstange 53 trägt.  



  Die unter der Einwirkung der     Fluiddruek-          und    Federbelastungen erfolgenden Bewegun  gen der Membran 45 werden durch eine zweite  Stossstange 57 übertragen, die verschiebbar in  der Wand des Abteils 44 angeordnet ist. Die  Bewegungen dieser Stossstange 57 werden  ihrerseits auf einen Träger 59 eines Halb  kugelventilkörpers 62 übertragen, der einen  Teil eines Ventilmechanismus bildet. Die  zweite Stossstange 57 besitzt Bundringe 57a,  welche mit der Wandung der Bohrung des  Vorsprungs 58 zusammenwirken, um eine  Fluiddiehtung zwischen dem Abteil 44 und  der Kammer 61 zu bilden. Diese Kammer 61  ist durch eine Leitung 65 mit der Sauglei  tung 18 der Brennstoffpumpe 14 verbunden.

    Der Träger 59 und die zweite Stossstange 57  sind durch eine Feder 66 im Sinne des Ein  griffs mit der biegsamen Membran 45 leicht  belastet.  



  Die Wirkungsweise der beschriebenen  Steuereinrichtung ist im übrigen folgende  Angenommen, die Maschine befinde sich       ausser    Betrieb. In diesem Fall liegt der Halb  kugelventilkörper 62 auf einem Sitz rund um    die     Öffnung    63 und der Kolben 32 befindet  sich an der von der Steuerv orriehtung 33 ab  gekehrten Seite des Zylinders 31, in welcher  Stellung er durch die Hauptfeder 50 gehal  ten wird. Wird nun die Maschine angelassen,  steigt der Druck beidseits des Kolbens 32;  da jedoch kein Abfluss aus der Kammer 3 7  erfolgt, bleibt der Kolben 32 stationär, gleich  zeitig steigt der Fluiddruck in der Pumpen  kammer 23 und demzufolge der auf die Mem  bran 45 wirkende Fluiddruck zufolge des  Ansteigens der Maschinendrehzahl.  



  Wenn der auf die Membran 45 wirkende  Fluiddruck genügend gestiegen ist, um die  Wirkung der Feder 55 zu überwinden und  damit das Halbkugelventil 62 zu öffnen,  strömt Druckfluidum aus der Zylinderkam  mer 37 auf der die grössere Stirnfläche auf  weisenden Kolbenseite und der Druck wird  zufolge der Wirkung der     Strömungsdrossel     42 in dessen Zufuhrbohrung 40 sinken. Wenn  der Fluiddruck auf der genannten Kolben  seite genügend gesunken ist, überwindet die  resultierende     Druckbelastung-    des Kolbens 3\?  die Wirkung der Feder     50,@        und    der Kolben  32     beginnt    sich im     Zylinder    31     ztt    verschieben,  und zwar so lange, als die.

   Drehzahlzunahme  andauert, bis der Kolben 32 gegen den An  schlag 35 anschlägt.  



  Es ist zu bemerken, dass die Hilfsfeder 55  die untere     Clreitze    des Drehzahlbereichs fest  legt, in welchem die     Servovorrichtung    30     deii     Einstellwinkel der     Leitschaufeln        24a,,        241)     ändert.  



  Nun sei angenommen,     daf.),    ausgehend von  einem     stationären    Zustand, innerhalb des ge  nannten     Drelizahlbereiehs,    in dem. die Ein  stellung der Leitschaufeln     24n,,        24b    erfolgt, die  Drehzahl der Maschine auf eine andere Dreh  zahl des Bereichs gebracht     werde.    In diesem  Fall steigt der an der     -Membran    45     angreifende     Druck und bewirkt ein Öffnen des Halbkugel  ventils 6 2 und ein Abströmen von Fluidum  durch den Kanal 60 aus der Kammer 37,  welche an die eine grössere Stirnfläche auf  weisende Kolbenseite angeschlossen ist.

   Dem  zufolge fällt der Druck auf dieser Kolben  seite (zufolge der Wirkung der Drossel 42 in      der Bohrung 40), und der Kolben 32 bewegt  sich im Zylinder 31 in der Zeichnung nach  rechts, wobei die Belastung durch die     Haupt-          50    auf die Membran 45 entsprechend  zunimmt. Dies bewirkt ein Bewegen des Ven  tils 62 im Sinne des Schliessens und ein Dros  seln der Fluidströmung aus der Kammer 37.  Wenn der Kolben 32 eine Stellung im Zylin  der 31 einnimmt, welche der neuen Drehzahl  entspricht, ist das Anzapfventil 62 so weit ge  schlossen, dass der Druck im Zylinderraum  37, der durch den Kanal 60 mit dem Ventil  62 verbunden ist, einen solchen Wert an  nimmt, dass die am Kolben 32 angreifenden  Kräfte einander das Gleichgewicht halten. Der  Kolben kommt in dieser Stellung zur Ruhe.

    Irr dieser Stellung hält ferner die Federbela  stung auf die Membran 45 dem Fluiddruck,       der    aus der Kammer 23 stammt, zufolge des       vom    Pumpenrotor erzeugten Druckes das  Gleichgewicht.  



  Aus dem V orangehenden geht hervor, dass  der Kolben 32 bei jeder Drehzahl innerhalb  des Regulierbereiehs eine bestimmte Stellung  im Zylinder 31 einnimmt, so dass der Einstell  winkel der Leitschaufeln 24a, 24b, der durch  die hydraulische Servovorrichtung 30 gesteuert  wird, so eingestellt werden kann, dass er der  ,jeweiligen Drehzahl angepasst ist. Ferner wer  den die Leitschaufeln bei Änderungen der  Drehzahl entsprechend eingestellt.  



  Soll der Einstellwinkel der Leitschaufeln  so gesteuert werden, dass er eine Funktion der   korrigierten Drehzahl  (das heisst der     mo-          rnentanen    Drehzahl dividiert durch die Qua  dratwurzel aus der Einlasstemperatur) ist, so  wird die Membran 45 nicht durch den     Fluid-          druck    belastet, der durch die     Zentrifugal-          punpe    erzeugt wird, welche der Pumpenrotor,  wie oben beschrieben, darstellt, sondern durch  Mittel, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.

   Bei  dieser Anordnung ist ein Rohr 70 vorgesehen,  dessen Enden an die Saugleitung 18 ange  schlossen sind, und ferner ist im Rohr 70 eine  Verdrängerpumpe 74 mit bei konstanter Dreh  zahl unveränderlicher Fördermenge vorge  sehen, die mit einer Drehzahl antreibbar ist,  die proportional zur Maschinendrehzahl ist.    ferner ist hydraulisch in Serie mit dieser  Pumpe eine Drosselvorrichtung 71 vorgesehen,  deren Öffnungsquerschnitt durch einen Ventil  körper 72 gesteuert wird, der von einem ex  pansiblen Balg 73 getragen wird. Letzterer  kann sich entsprechend den Änderungen der  Einlasstemperatur zusammenziehen oder aus  dehnen.

   Die Leitung 47, die in das Abteil 44  der Membrankammer der Steuervorrichtung  33 mündet, ist an das Rohr 70 angeschlossen,  und zwar zwischen der Öffnung 71     und    der       Förderpumpe    74. Die Leitung 46, die in das  Abteil 43 auf der andern     Membranseite    mün  det, ist stromabwärts der Öffnung 71 an das  Rohr 70 angeschlossen, so dass die Membran  45     durch    den Druckabfall in der Drosselöff  nung 71 belastet. ist.

   Die durch die Öffnung  71 strömende     Fluidummenge    ist der Maschi  nendrehzahl proportional, und wenn der Quer  schnitt der     Öffnung    71 durch den Balg 7 3  mittels des Ventilkörpers 72 so gesteuert wird,  dass er der Quadratwurzel aus der     Maschinen-          Einlasstemperatur    proportional ist, ist der  Druckabfall in der Öffnung 71 und demzu  folge die an der Membran 45 wirksame Druck  differenz der momentanen Maschinendrehzahl  dividiert durch die Quadratwurzel aus der       Einlassternperatur    proportional, das heisst der   korrigierten Drehzahl .  



  Der Balg ist im Innern durch eine Ka  pillare 75 an eine Blase 76 angeschlossen, die  am     Maschineneinlass        (Fig.1)    angeordnet ist.  Die Blase 76, der Balg 73 und die Kapillare  75 sind     fluidumgefüllt,    so dass der Balg 7 5  sich mit der     Fluidfüllung    ausdehnt und zu  sammenzieht, wenn die Blase 76 auf Zu- und  Abnahme der Lufttemperatur im Maschinen  einlass anspricht.  



  Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel  (gemäss     Fig.4)    mit einer Servovorrichtung  30 wird eine Steuerkraft erzeugt, die propor  tional dem Quadrat der Drehzahl ist, und eine  entgegengesetzt wirkende Kraft, welche pro  portional der     Maschinen-Einlasstemperatur    ist.  Diese Kräfte werden so kombiniert, dass ihre  Resultierende annähernd proportional der  korrigierten Maschinendrehzahl ist. Bei die  sem Beispiel ist das Abteil 43 der die Mein-      brau 45 enthaltenden Kammer wie beim Bei  spiel gemäss Fig.2 mit der Saugseite der  Brennstoffpumpe 14 verbunden, und das an  dere Abteil 44 ist, wie in Fig. 2, mit der  Kammer 23 der Brennstoffpumpe 14 verbun  den, in welche Kammer Druckfluidum von  der durch den Pumpenrotor gebildeten Zentri  fugalpumpe gefördert wird.

   Im Abteil 43,  näher dem Zylinder 31, ist eine     Balgvorrieh-          tung    angeordnet zur Erzeugung der gewünsch  ten, von der Einlasstemperatur abhängigen  Steuerkraft.  



  Die Stossstange 53, die sich einerends am  Anschlag 45a der Membran 45 und ander  seits am Anschlag 54 für die Feder 50 ab  stützt, ist mit einem scheibenförmigen, sieh  radial erstreckenden Teil 80 versehen. Zwi  schen diesem scheibenförmigen Teil 80 und  der Wand des Abteils 43 auf der Seite des  Zylinders 31 ist ein Balg 81 angeordnet, des  sen Inneres durch ein Kapillarrohr 75 mit  einer auf     Temperatur    ansprechenden Blase  76 im Maschineneinlass verbunden ist. Das  Innere des Balges 81, das Kapillarrohr 75  und die Blase 76 sind fluidgefüllt und kön  nen sich bei Temperaturzunahmen in be  kannter Weise ausdehnen. Der Balg 81 steht  normalerweise mit dem scheibenförmigen  Teil 80 in Berührung und mit der Wand des  Abteils 43.

   Zwischen dem seheibenförmigen  Teil 80 und dem flanschförmigen Anschlag  82, der sich von der Wand des Abteils 43  zwischen der Membran und dem scheibenför  migen Teil radial einwärts erstreckt, ist eine  Vakuumdose 83 angeordnet. Diese Dose 83  steht normalerweise mit dem scheibenförmi  gen Teil 80 und mit dem Anschlag 82 in Be  rührung. Der flanschförmige Anschlag 82 ist  so angeordnet, dass die ganze Stirnfläche der  Membran 45 noch dem Druck im Abteil 43  ausgesetzt ist, das wie gemäss Fig. 2 mit dem  Einlass der Brennstoffpumpe 14 verbunden  ist. Die Membran 45 ist auch der Belastung  durch die Feder 84 ausgesetzt, und zwar auf  ihrer vom Zylinder 31 abgekehrten Seite. Die  Feder 84 stützt sich dabei am Glied 45a, das  von der Membran 45 getragen wird, und an  der vom Zylinder 31 abgekehrten Wand des    Abteils 44 ab.

   Diese Feder 84 ist dazu be  stimmt, der durch die Bälge 81, 83 bewirk  ten Belastung entgegenzuwirken. Im übrigen  ist die Vorrichtung gleich ausgebildet, wie die  in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung.  



  Beim Betrieb der Anlage ist die Menbran  45 durch den Fluiddruck aus der Pumpenkam  mer 23 im Sinne des Öffnens des Halbkugel  ventils 62 belastet. Diese Steuerbelastung ist  demzufolge proportional dem Quadrat der  Maschinendrehzahl. Die entgegengesetzt wir  kende Kraft wird wie folgt erzeugt: Eine  Temperaturzunahme der Luft am     Einlass    der  Maschine bewirkt eine Ausdehnung des Flui  dums in den Teilen 76, 75, 8l und bewirkt  eine Belastung der Stossstauge 53 im Sinne  des Schliessens des Halbkugelventils 6' und  ein Bewegen der Membran 45 entgegen der  an ihr abgestützten Feder 84. Diese Be  lastung ist proportional der Temperatur der  Luft am Einlass der Maschine.

   Es ist zu be  merken, dass zufolge der Anordnung der Va  kuumdose 83 auf der vom fluidgefüllten Balg  81 abgekehrten Seite der Scheibe gewährleistet  ist, dass bei richtiger Wahl der entsprechen  den Flächen der beiden Bälge 81, 83 die an  der Scheibe 80 angreifende Belastung unab  hängig ist von dem im Abteil 43 herrschenden  Pumpeneinlassdruck.

      Um eine Steuerkraft zu     erzeugen,    die an  nähernd proportional der  korrigierten Dreh  zahl  ist, sind die     Abmessungen    der Bälge  81, 83 und der     lIenibran        45    so gewählt, dass  bei einem bestimmten Wert der  korrigierten  Drehzahl  der Kolben der     Servovorriclit.ung     und somit die     Leitsehaufeln        2.1a,        24b    eben  falls eine bestimmte Stellung     nnabhäiigig    von  der momentanen     Temperatur    einnehmen.  



  Bei einem andern     Ausführungsbeispiel        finit     einer     Serv        ov        orriclitung    ist eine andere Va  riante der     Temperatursteuerung    vorgesehen.  In diesem Fall     (Fig.5)    ist das Halbkugel  ventil 62 am einen Ende eines Hebels 90 an  geordnet, welcher von einer biegsamen Mem  bran 91 getragen wird. Letztere trennt die  Kammer     44    von der     Kammer    61.

   Der Endteil  des Hebels 90, welcher auf der     vom    Ventil<B>622</B>      abgekehrten Seite der Membran 91 liegt, ist  durch ein mit dem Glied 45a der biegsamen  Membran 45 verbundenes Element 93 beein  flussbar, so dass eine Bewegung der Membran  45 in Richtung weg vom Zylinder 31 das  Sehliessen des Halbkugelventils 62 erlaubt. Die  Feder 94 ist in einer Kammer 95 angeordnet  und stützt sich durch eine Stossstange 96 an  dem dem Halbkugelventil 62 näher liegenden  Ende des Hebels 90 ab. Das vom Halbkugel  ventil abgekehrte Ende der Feder 94 stützt  sieh an einer zweiten Stossstange 97 ab, welche  mittels einer Dose 173 belastet ist. Der In  nenraum der letzteren ist durch ein Kapillar  rohr 75 mit einem auf Temperatur anspre  chenden Organ 76 im Maschineneinlass ver  bunden. Die Dose 173 kann sich bei einer  Zunahme der Temperatur ausdehnen.

   Eine  Belastung, die der Temperatur proportional  ist, wird demzufolge auf das Halbkugelventil  6'3 übertragen und wirkt im Sinne des  Schliessens dieses Ventils 62, wobei diese Be  lastung mit zunehmender Temperatur zu  nimmt. Sie wird mittels der Dose 173 durch  die Feder 94 übertragen. Im übrigen ent  spricht die Vorrichtung der an Hand von  Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung.  



  Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausbil  dung der Vorrichtung das Halbkugelventil  durch die Membran 45 im Sinne des Öffnens  des Ventils durch eine Kraft belastet ist, die  eine Folge des Fluiddruekes ist, der durch  die Zentrifugalpumpe der Brennstoffpumpe       erzeugt    wird, und welche Kraft dem Quadrat  der Maschinendrehzahl proportional ist. Im  entgegengesetzten Sinne wirkt eine Kraft,  die der Einlasstemperatur der Maschine     pro-          55,    notwendig zwecks Vorspannung der     Mem-          portional    ist.  



  Durch entsprechende Wahl der Flächen  der Membran 45 und der Dose 173 und der       Nebelarmlängen    des Hebels 90 kann eine am  Ventil 62 angreifende Kraft erzeugt werden,  die wie beim zweitbeschriebenen Beispiel an  nähernd proportional der  korrigierten     Ma-          sehinendrehzahl     ist.  



  Bei der letztgenannten Ausführung ist  keine Hilfsfeder, wie zum Beispiel die Feder    45, dagegen kann die Feder 94 so ange  ordnet sein, dass sie die gleiche Wirkung hat  wie die genannte Feder 55.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Steuerung der Strömungs verhältnisse in einem mehrstufigen Axialkom- pressor mit mindestens einem Kranz einstell barer Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem Teil des Drehzahl bereichs des Kompressors der Einstellwinkel der einstellbaren Leitschaufeln automatisch in Abhängigkeit von mindestens der innerhalb des Regulierbereiches sich ändernden Dreh zahl des Kompressors geändert wird.
    II. Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch Mittel zum automatischen Verändern des Einstellwinkels der einstell baren Leitschaufeln in wenigstens einem Teil des Drehzahlbereichs des Kompressors in Ab hängigkeit von Änderungen der Kompressor- drehzahl. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet., dass der Einstellwinkel der einstellbaren Leitschaufeln automatisch sowohl in Abhängigkeit von der genannten Kompressordrehzahl als auch von der Ein lasstemperatur des Kompressors geändert wird, so dass die einstellbaren Leitschaufeln bei jedem Wert der korrigierten Kompressor drehzahl einen bestimmten, nur diesem Wert entsprechenden Einstellwinkel besitzen.
    2. Steuereinrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch sowohl auf die Kom- pressordrehzahl als auch auf die Kompressor einlasstemperatur ansprechende Mittel zum automatischen Verändern des Einstellwinkels der einstellbaren Leitschaufeln in Abhängig keit von Änderungen der korrigierten Kom- pressordrehzahl . 3.
    Steuereinrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch auf Druck anspre chende Mittel zur Veränderung des Einstell winkels der einstellbaren Leitschaufeln eines Schaufelkranzes, welche Mittel im einen Sinne durch Fluiddruck belastbar sind, der eine Funktion der Kompressordrehzahl ist, und die im andern Sinne durch eine Kraft belastbar sind, die eine Funktion des Einstellwinkels der einstellbaren Leitschaufeln ist, so dass die einstellbaren Leitschaufeln bei jeder Dreh zahl innerhalb des Regulierbereichs einen be stimmten, nur dieser Drehzahl zugeordneten Einstellwinkel besitzen. 4.
    Steuereinrichtung nach Unteranspruch 3, gekennzeichnet durch eine hydraulische Servovorrichtung mit einem Kolben, dessen Stirnflächen verschieden gross sind und der für gleichzeitige Einstellung der einstellbaren Leitschaufeln eines Schaufelkranzes mit diesen Leitschaufeln verbunden ist, und ferner ge kennzeichnet durch eine Druckfluidumquelle, die zur Belastung des Kolbens mit Druck fluidum beidseits des Kolbens an die Servo- vorrichtung angeschlossen ist, wobei die auf Druck ansprechenden Mittel den Fluiddruek auf der die grössere Stirnfläche aufweisenden Kolbenseite steuern, so dass der Kolben bei jeder Drehzahl innerhalb des Regulierbereiels eine bestimmte Stellung im Zylinder der Servovorrichtung einnimmt. 5.
    Steuereinrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine hydraulische Servovorrichtung mit einem Kolben, dessen Stirnflächen verschieden gross sind und der mit den einstellbaren Schaufeln eines Leit- sehaufelkranzes so verbunden ist, dass eine Bewegung des Kolbens im Zylinder der Vor richtung vom einen Zylinderende zum andern eine zunehmende Veränderung des Einstell winkels der Leitschaufeln bewirkt, und ferner gekennzeichnet durch eine Druckfluidum quelle, die durch Speiseleitungen auf beiden Kolbenseiten mit dem Zylinder der Servo- vorrichtung verbunden ist, eine Strömungs drossel in derjenigen Speiseleitung, welche auf die eine grössere Stirnfläche aufweisende Kolbenseite führt,
    eine ventilgesteuerte An zapfleitung, welche an den über die Strö mungsdrossel gespeisten Zylinderraum ange schlossen ist, eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, eine Feder zum Ausüben einer Belastung auf die auf Druck ansprechende Vorrichtung im Sinne des Schliessens des Anzapfventils, welche Belastung von der Lage des Kolbens im Zylinder der Servovorrich- tung abhängt, und eine zweite Druckfluidum quelle zum Belasten der auf Druck anspre- ehenden Vorrichtung mit einem Druckflui dum, welche Belastung der genannten Feder belastung entgegenwirkt und eine Funktion der Kompressordrehzahl ist, wobei die auf Druck ansprechende Vorrichtung zur Steue rung des Anzapfv entils in der Anzapfleitung bestimmt ist,
    so dass der Druck, der auf die die grössere Stirnfläche aufweisende Kolben seite wirkt, sieh ändert, um eine Bewegung des Kolbens zu bewirken, zum Zwecke, die Federbelastung bei einer Zunahme der Dreh zahl zu erhöhen. 6. Steuereinrichtung nach Unteranspruch 5, gekennzeichnet durch eine zweite Feder zum Belasten der auf Druck ansprechenden Vorrichtung im Sinne des Schliessens des An zapfventils und zur Festlegung der untern Grenze des Drehzahlbereichs, in welchem ein Einstellen der einstellbaren Leitschaufeln erfolgt. 7. Steuereinrichtung nach Unteransprueh 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder sich einerseits an der auf Druck an sprechenden Vorriehtung und anderseits an einem ortsfesten Anschlag abstützt. B.
    Steuereinrichtung nach Unteransprueh 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckfluidumquelle durch eine Zentrifugal pumpe gebildet ist, die von der Kompressor welle aus angetrieben wird. 9. Steuereinrichtung nach Unteranspruch 8, an einem Kompressor, der einen Teil einer Anlage bildet, die eine Verbrennungseinriel- tung sowie Mittel zur Zuführung v an Brenn stoff zu dieser Einrichtung, aufweist, welche Mittel eine von der Kompressorwelle aus an getriebene Sehrägseheiben-Förderpumpe be sitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zen trifugalpumpe im Rotor der Förderpumpe ge bildet ist.
    10. Steuereinrichtung nach L nteransprueli 5, dadurch elzennzeiehnet, dass die genannte zweite Druelkfluiduniquelle eine von der Koin- pressorwelle aus angetriebene Verdränger pumpe mit bei konstanter Drehzahl konstan ter Fördermenge aufweist und dass in der Förderleitung dieser Pumpe eine Drosselöff nung vorgesehen ist, während Leitungen, die beidseits der genannten Drosselöffnung von der Förderleitung abzweigen, zu entsprechen den Seiten der auf Druck ansprechenden Vor- riehtung führen. 11.
    Steuereinrichtung nach Unteranspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Ände rung der Querschnittsfläche der Drosselöff nung, derart, dass sie der Quadratwurzel aus der Temperatur am Kompressoreinlass propor tional ist. 12. Steuereinrichtung nach Unteranspruch dadurch gekennzeichnet, dass die durch die zweite Druckfluidumquelle auf die auf Druck ansprechende Vorrichtung ausgeübte Belastung durch eine Steuerkraft bestimmt ist, die proportional zum Quadrat der Ma schinendrehzahl ist, und dass auf die Einlass temperatur des Kompressors ansprechende Mittel zum Belasten der auf Druck anspre chenden Vorrichtung mit einer zur genann ten Temperatur proportionalen und der durch die Steuerkraft bewirkten Belastung entge gengesetzt gerichteten Belastung vorgesehen sind,
    wobei die auf Druck ansprechende Vor richtung und die auf Temperatur ansprechen den Mittel derart ausgebildet sind, dass der Kolben -der genannten Servovorrichtung bei einem vorbestimmten Wert .der korrigierten Kompressordrehzahl eine bestimmte Stellung einnimmt, und zwar unabhängig vom Wert der genannten Temperatur. 13.
    Steuereinrichtung nach Unteranspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Belasten des genannten Anzapfventils in Schliessrich tung mit einer Belastung, die von der Tem peratur am Einlass des Kompressors abhängt, während die genannte zweite Druckfluidum quelle zum Belasten der auf Druck anspre chenden Vorrichtung eine Belastung ausübt, die dem Quadrat der Kompressordrehzahl proportional ist, und wobei die auf Tempera tur ansprechenden Mittel und die auf Druck ansprechende Vorrichtung so ausgebildet.
    und angeordnet sind, dass -die auf das Anzapf- ventil wirkende Steuerkraft annähernd pro portional der korrigierten Kompressordreh- zahl ist.
CH291306D 1949-10-28 1950-10-17 Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Strömungsverhältnisse in einem mehrstufigen Axialkompressor. CH291306A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2531490A1 (fr) * 1982-08-04 1984-02-10 Gen Electric Detecteur de temperature du flux d'air dans une turbomachine

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