CH629590A5

CH629590A5 - Vorrichtung zum ermitteln der turbineneinlasstemperatur eines triebwerkes.

Info

Publication number: CH629590A5
Application number: CH1064877A
Authority: CH
Inventors: John Kniat
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1977-09-01
Publication date: 1982-04-30
Also published as: GB1580638A; CA1108761A; BR7706043A; US4055997A; IL52915A; SE7709976L; BE858556A; JPS5335809A; DE2739434A1; FR2365024A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln der 50 Turbineneinlasstemperatur eines Triebwerkes, insbesondere eines Gasturbinentriebwerkes.

Bekanntlich wird in der Gasturbinentechnik seit langem versucht, die Turbineneinlasstemperatur zu messen. Die Probleme, die sich beim Ermitteln des tatsächlichen Wertes der Turbineneinlasstemperatur stellen, sind u.a. die Unzuverlässig-keit von Temperaturfühlern, das unregelmässige Temperaturprofil, usw. in Verbindung mit einer aggressiven Umgebung. Typischerweise wird dieser Wert vorhergesagt oder empirisch ermittelt, indem die Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit von ge- 60 wissen vorbestimmten Triebswerksbetriebsparametern programmiert wird. Kraftstoffregler, wie die Typen JFC-25, JFC-60 und andere, die von der Fa. Hamilton Standard, einer Tochterfirma der Anmelderin, hergestellt werden, programmieren beispielsweise die Kraftstoffzufuhr entsprechend dem Ausdruck65 W£/P3 X P3, wobei Wf der Kraftstoff in Kilopond pro Stunde und P3 der Verdichterauslassdruck in 0,07 kp/cm2 ist. Der Wert Wf/P3 stellt sich als eine Funktion der Drehzahl in U/min des rotierenden Triebwerkteils dar, der Wert P3 wird direkt abgefühlt und diese Werte werden direkt multipliziert, um die Kraftstoffzufuhr für den Triebwerksbetrieb im Beharungszu-stand zu erhalten. Bei einer Beschleunigung stellt sich der Wert Wf/P3 als eine Funktion der Verdichterdrehzahl und des Verdichtereinlassdruckes oder der Temperatur dar und der abgefühlte Wert P3 wird ebenfalls multipliziert, um die Kraftstoffzufuhr zu begrenzen. Die Messung der Turbineneinlasstemperatur wäre ein besserer Parameter zur Temperaturbegrenzung als das oben beschriebene oder jedes andere bekannte System.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Wertes für die Turbineneinlasstemperatur zu schaffen, der dem tatsächlichen Wert sehr nahe kommt oder gar diesem gleich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemässe Vorrichtung gekennzeichnet durch eine erste Recheneinheit, die auf den Gesamtdruck am Auslass des Verdichters und auf den statischen Druck am Auslass des Verdichters anspricht und ein erstes Zwischensignal erzeugt, das das Verhältnis dieser beiden Drücke angibt, einen Funktionsgenerator, der auf das erste Zwischensignal anspricht und ein zweites Zwischensignal erzeugt, das die korrigierte Luftzufuhr zum Brenner des Triebwerkes angibt, eine zweite Recheneinheit, die auf das zweite Zwischensignal, den Gesamtdruck am Auslass des Verdichters und die Temperatur am Einlass des Brenners anspricht und ein drittes Zwischensignal erzeugt, das die Luftzufuhr zum Brenner angibt, eine dritte Recheneinheit, die auf das dritte Zwischensignal und auf die Brennstoffzufuhr zum Brenner anspricht und ein viertes Zwischensignal erzeugt, das das Kraftstoff-Luft-Ver-hältnis im Brenner angibt, und durch eine vierte Recheneinheit, die aus dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis angebenden vierten Zwischensignal und aus einem in Abhängigkeit der Temperatur am Einlass des Brenners gebildeten Signal die Temperatur am Einlass der Turbine ermittelt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerkes, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das Berechnungen veranschaulicht, die zum Ermitteln des Temperaturwertes ausgeführt werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Zweikreis-Gasturbinentrieb-werk 10.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Computers 12, der die Temperatur T4 aus den abgefühlten Parametern berechnet. Die Erfindung kann selbstverständlich bei allen anderen Arten von Gasturbinenanlagen benutzt werden, bei welchen der Wert der Turbineneinlasstemperatur ermittelt werden soll, und, obgleich die gewählten Parameter einen Kraftstoff/Luft-Verhältniswert liefern, können zur Bestimmung dieses Verhältnisses auch andere Parameter benutzt werden.

Das Gasturbinentriebwerk enthält in herkömmlicher Weise HD- und ND-Verdichter 14 bzw. 16, die durch HD- und ND-Turbinen 18 bzw. 20 angetrieben werden. Ein Brenner 22 erzeugt durch Verbrennen des Kraftstoffes Wärme, um die Masse zu beschleunigen, die, nachdem sie die Turbinen angetrieben hat, über einen Auslassabschnitt 24 austritt. Ein geeigneter Kraftstoffregler 26 dosiert in bekannter Weise den Kraftstoff derart, dass die geeigneten Triebwerksbetriebszustände erreicht werden.

Das Gasturbinentriebwerk und der Kraftstoffregler sind bekannt, bilden keinen Teil der Erfindung und werden der Einfachheit und der Übersichtlichkeit halber hier nicht ausführlich beschrieben. Es genügt anzugeben, dass der Kraftstoffregler die gewünschte Kraftstoffmenge durch einen geeigneten Kraftstoffschieber so dosiert, dass sich der gewünschte Triebwerksbetrieb ergibt.

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Gemäss der Erfindung wird die Temperatur T4 am Brenner-auslass durch eine Ersatzmessung unter Verwendung von Parametern aus dem Brennereinlass mit der niedrigeren Temperatur und von Eichungen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des Brenners bestimmt.

Gemäss Fig. 2 kann ein Computer bekannter Art benutzt werden, und, obgleich ein elektronischer Universalrechner bevorzugt wird, braucht die Erfindung nicht darauf beschränkt zu werden. Die Parameter zum Bestimmen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des Brenners, des Verdichterauslassgesamtdruk-kes und des statischen Verdichterdruckes P3 bzw. PS3, der Verdichtergesamttemperatur T3 und der Gesamtkraftstoffzufuhr Wf werden alle dem Computer zugeführt, wie angegeben. Die Werte P3 und PS3 werden in der Recheneinheit 30 dividiert und das Ausgangssignal wird einem geeigneten Funktionsgenerator 32 zugeführt, in welchem dieser Wert hinsichtlich des Druckes und der Temperatur an dem Brennereinlass korrigiert wird. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 32 erzeugt einen korri-

(wyìy gierten Luftzufuhrwert

, der in einer Recheneinheit

34 multipliziert wird, um den Wert P3 herauszumultiplizieren. Der Luftzufuhrwert Wa wird dann erhalten, indem der Wert vT3 in einer Dividierschaltung 38 herausdividiert wird, wobei der Wert VT3 durch Messen der Temperatur T3 und Radizieren in einer Quadratwurzelrecheneinheit 36 gebildet wird. Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis f/a wird gebildet, indem der Wert Wf durch den Wert Wa in einer Dividierschaltung 40 dividiert wird. 5 Der Kraftstoffzufuhrwert Wf wird ermittelt, indem die Schieberposition des Kraftstoffreglers 26 in bekannter Weise abgefühlt und der Wert durch einen handelsüblichen Auflöser in ein Signal umgewandelt wird, das der Computer verarbeiten kann.

Aus den Werten f/a und T3 wird dann die Temperatur T4 io durch die Berechnung erhalten, die durch den Computer 44 ausgeführt wird, welcher im wesentlichen die empirische Einzel-brennkammertemperaturanstiegsgleichunglöst:

T4 = T3 + K!(K2T3 + K3) f/a + K4

Wie vorstehende Darlegungen zeigen, stellt der aus dieser Berechnung erhaltene Wert T4 einen Ersatz für die direkte Messung des tatsächlichen Wertes von T4 dar. Offenbar können die 20 Bemessungskonstanten K1; K2, K3 und K4 so gewählt werden, dass der tatsächliche Wert T4 durch Einstellungen, die vorgenommen werden, wenn sich die Anordnung auf dem Messgerüst befindet, bevor sie in ein Flugzeug eingebaut wird, geeicht wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Ermitteln der Turbineneinlasstempera-tur eines Triebwerkes, insbesondere eines Gasturbinentriebwerkes, gekennzeichnet durch eine erste Recheneinheit (30), die auf den Gesamtdruch (P3) am Auslass des Verdichters (16,14) s und auf den statischen Druck (P3) am Auslass des Verdichters anspricht und ein erstes Zwischensignal erzeugt, das das Verhältnis dieser beiden Drücke angibt, einen Funktionsgenerator (32), der auf das erste Zwischensignal anspricht und ein zweites Zwischensignal erzeugt, das die korrigierte Luftzufuhr zum io Brenner (22) des Triebwerkes (10) angibt, eine zweite Recheneinheit (34,38), die auf das zweite Zwischensignal, den Gesamtdruck (P3) am Auslass des Verdichters und die Temperatur (T3) am Einlass des Brenners anspricht und ein drittes Zwischensignal (Wa) erzeugt, das die Luftzufuhr zum Brenner an- is gibt, eine dritte Recheneinheit (40), die auf das dritte Zwischensignal (Wa) und auf die Brennstoffzufuhr (Wf) zu dem Brenner anspricht und ein viertes Zwischensignal erzeugt, das das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Brenner angibt, und durch eine vierte Recheneinheit (44), die aus dem das Kraftstoff-Luft-Ver- 20 hältnis angebenden vierten Zwischensignal und aus einem in Abhängigkeit der Temperatur (T3) am Einlass des Brenners (22) gebildeten Signal die Temperatur (T4) am Einlass der Turbine ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 2s dass die zweite Recheneinheit (34,38) eine erste Einrichtung (34) zum Multiplizieren des zweiten Zwischensignals mit einem in Abhängigkeit des Gesamtdruckes (P3) am Einlass des Brenner (22) gebildeten Signal und eine zweite Einrichtung (36,38) zum Bilden eines Signals entsprechend der Quadratwurzel der 30 Temperatur (T3) am Einlass des Brenners (22) und zum Dividieren des Ausgangssignals der ersten Einrichtung durch dieses der Quadratwurzel der Temperatur (T3) am Einlass des Brenners (22) entsprechende Signal aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 35 zeichnet, dass die vierte Recheneinheit (44) ein Computer ist, der die folgende Gleichung löst:

T3 + Kj (K2T3 + K3) f/a + K4 = T4,

wobei

T3 die Temperatur am Einlass des Brenners und f/a das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Brenner ist und wobei

K1; K2, K3, K4 Eichkonstanten sind und T4 die Abgastemperatur am Turbineneintritt ist.

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