DE1004867B

DE1004867B - Control device for the fuel supply to a gas turbine

Info

Publication number: DE1004867B
Application number: DEB25137A
Authority: DE
Inventors: Andrew Anthony Kuzmitz
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1952-04-11
Filing date: 1953-04-10
Publication date: 1957-03-21

Description

Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine Die Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung, die in Verbindung mit der Steuerung der Brennstoffzuführung zu einer Gasturbine verwendet wird.Control device for the supply of fuel to a gas turbine Die Invention relates to a novel device that, in conjunction with the controller the fuel supply to a gas turbine is used.

Es ist bereits bekannt, bei einer derartigen Steuervorrichtung ein Dosierventil in der Brennstoffleitung vorzusehen, das durch die Differenz zwischen einem von dem Drehzahlregler der Turbine erzeugten und einem von einem Drehzahlvorwähler erzeugten Drehzahlwählersignal gesteuert wird. Derartige bekannte Einrichtungen dienen dazu, Abweichungen einer zu regelnden Betriebsgröße auf einen Nullwert einzuregeln. Die Brennstoffsteuerungsvorrichtung muß es dem Piloten ermöglichen, die gewünschte Leistung durch eine einfache Bewegung des Drosselventils zu wählen, ohne sich um die Art der Betätigung oder die vorübergehenden Eigentümlichkeiten zu kümmern, die mit der Beschleunigung der Turbine zusammenhängen. Außerdem soll die Turbine ohne Rücksicht auf die in der Umgebung des Flugzeuges vorhandenen Verhältnisse prompt und sicher reagieren.It is already known in such a control device Provide metering valve in the fuel line, which is determined by the difference between one generated by the speed controller of the turbine and one generated by a speed preselector generated speed selector signal is controlled. Such known devices are used to regulate deviations in an operating variable to be controlled to a zero value. The fuel control device must enable the pilot to select the desired Power can be selected by simply moving the throttle valve without having to worry about it to take care of the nature of the activity or the temporary peculiarities that related to the acceleration of the turbine. In addition, the turbine should be without Consideration of the existing conditions in the area around the aircraft promptly and react safely.

Die Brennstoffsteuerprobleme bei Gasturbinen mit Radialverdichtern sind im wesentlichen zufriedenstellend gelöst.The fuel control problems in gas turbines with centrifugal compressors are essentially solved satisfactorily.

Bei Gasturbinen mit Axialv erdichtern tritt das Pumpen des Verdichters auf, was zur Folge hat, daß die zur Beschleunigung der Turbine vom Leerlauf bis zur höchsten Drehzahl erforderliche Zeit im allgemeinen verlängert und die Konstruktion der zur Brennstoffsteuerung dienenden Vorrichtung umständlicher wird. Es entstehen gefährlich hohe Brennertemperaturen, wenn der Durchfluß des Brennstoffes nicht sofort verringert wird.In gas turbines with axial compressors, the compressor pumping occurs on, which has the consequence that the turbine accelerates from idling up The time required to reach the highest speed is generally extended and the construction the device used for fuel control becomes more cumbersome. It arise Dangerously high burner temperatures if the fuel does not flow immediately is decreased.

Der Mangel an Kenntnissen über die vorübergehenden Bedingungen während der Dauer der Beschleunigung ist ein Nachteil. Dieser Nachteil soll behoben werden. Demnach besteht der Zweck der Erfindung hauptsächlich darin, eine Brennstoffsteuerungsvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, jeden gewünschten vorübergehenden Brennstoffdurchfluß für jede gewünschte Drehzahl im voraus zu wählen, und zwar ohne Rücksicht auf die Umständlichkeit der Erfordernisse der Regelung für die beste Ausnutzung des Brennstoffes im Motor.Lack of knowledge of the temporary conditions during the duration of the acceleration is a disadvantage. This disadvantage is to be remedied. Accordingly, the purpose of the invention is mainly to be a fuel control device capable of any desired temporary fuel flow to be selected in advance for each desired speed, regardless of the Difficulty of regulating requirements for the best use of fuel in the engine.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine auf dem Prüfstand zu verwendende Vorrichtung zur Untersuchung des betrieblichen Verhaltens der Gasturbine und zur Ermittlung der Charakteristiken während der Beschleunigung zu schaffen.Another purpose of the invention is to put one on the test Device to be used for investigating the operational behavior of the gas turbine and to determine the characteristics during acceleration.

Gemäß der Erfindung ist ein Grenzwertregler zur Begrenzung der maximalen Öffnung des Dosierventils in der Brennstoffleitung vorgesehen, der auf verschiedene je einer bestimmten Grenzdrehzahl entsprechende Grenzwerte mittels eines Grenzwertvorwählers einstellbar ist. Bei der Brennstoffsteuervorrichtung soll ein erster Hilfsverstärker die augenblicklichen Turbinendrehzahlen ermitteln, und ein zweiter Verstärker soll für jede der ermittelten augenblicklichen Drehzahlen einen vorbestimmten Brennstoffdurchfluß einstellen.According to the invention is a limit controller for limiting the maximum Opening of the metering valve in the fuel line provided on different Limit values corresponding to a specific limit speed by means of a limit value preselector is adjustable. The fuel control device should have a first auxiliary amplifier determine the current turbine speeds, and a second amplifier should a predetermined fuel flow rate for each of the instantaneous speeds determined to adjust.

Mittels einer elektromechanischen Turbinensteuervorrichtung sollen für bestimmte Betriebsbedingungen Brennstoffmengen eingestellt werden. Diese Vorrichtung regelt die Brennstoffmenge unabhängig auf jeden gewünschten Wert.By means of an electromechanical turbine control device fuel quantities can be set for certain operating conditions. This device regulates the amount of fuel independently to any desired value.

Als Prüfstandsgerät benutzt, dient die Vorrichtung dem betrieblichen Vergleich von Turbinen derselben Bauart.Used as a test bench device, the device is used for operational purposes Comparison of turbines of the same type.

Die Vorrichtung kann auch bei Reglern verwendet werden, bei denen die Brennstoffmenge von einer Temperatur und dem umgebenden Luftdruck abhängig ist.The device can also be used in regulators where the amount of fuel depends on a temperature and the surrounding air pressure.

Schließlich ermöglicht die Vorrichtung, auf dem Prüfstand Vergleichsangaben über verschiedene Brennstoffe und über deren Wirkung auf die Arbeitscharakteristiken der Gasturbine und über sich ergebende notwendig werdende Korrekturen der Brennstoffmenge zu erhalten.Finally, the device enables comparative information on the test bench about different fuels and about their effect on work characteristics of the gas turbine and any corrections to the amount of fuel that become necessary to obtain.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Vorrichtung, bei welcher Beschreibung auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Die Zeichnung stellt schaubildlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einstellung oder Ermittlung der Brennstoffmenge in Verbindung mit dem Brennstoffregler einer Gasturbine dar. In der Zeichnung ist eine Gasturbine 10 mit einer Brennstoffzuführungsleitüng 12 dargestellt, die mit einer nicht dargestellten Brennstoffquelle verbunden ist. Eine Pumpe 14 fördert den Brennstoff unter Druck über ein Dosierventil bzw. einen Brennstoffregler 16 zur Turbine. Ein Ventil 18 zum Konstanthalten des Druckes ist oberhalb des Dosierventils 16 mit der Leitung 12 verbunden und liegt im Nebenschluß zur Brennstoffpumpe 14, so daß ohne Rücksicht auf die Turbinendrehzahl oder die umgebenden Verhältnisse ein konstanter Druck am Dosierventil aufrechterhalten wird. Durch eine Leitung 20 wird die Steuermembran 72 des Ventils 18 mit dem Druck stromabwärts des Dosierventils 64 beaufschlagt. Ein Absperrventil 22 liegt in der Brennstoffleitung zwischen dem Dosierv entil und der Gasturbine. Wenn sich das Ventil 22 in der Absperrstellung befindet, wird der Brennstoffdurchfluß zur Turbine abgesperrt und nach der Saugseite der Pumpe 14 geleitet, wobei der Brennstoffdruck der Pumpe vermindert wird.Further details of the invention emerge from the following Description of the device, in which description reference is made to the drawing will. The drawing is a diagrammatic representation of a device according to the invention for setting or determining the amount of fuel in connection with the fuel regulator one Gas turbine. In the drawing is a gas turbine 10 with a Fuel supply line 12 shown with a fuel source, not shown connected is. A pump 14 conveys the fuel under pressure via a metering valve or a fuel regulator 16 to the turbine. A valve 18 to keep the Pressure is connected to the line 12 above the metering valve 16 and lies shunted to the fuel pump 14, so that regardless of the turbine speed or the surrounding conditions maintain a constant pressure at the metering valve will. Through a line 20, the control membrane 72 of the valve 18 with the pressure acted upon downstream of the metering valve 64. A shut-off valve 22 is located in the Fuel line between the metering valve and the gas turbine. When the valve 22 is in the shut-off position, the fuel flow to the turbine is shut off and passed to the suction side of the pump 14, the fuel pressure of the pump is decreased.

Die Brennstoffregelung der Gasturbine 10 besteht aus einem elektronischen Regler und einem besonderen Beschleunigungsregler. Für den Betrieb der Turbine im Beharrungszustand wird ein elektronischer Hauptregler verwendet. Um die Turbinendrehzahl mit einem solchen Regler im Beharrungszustand zu regeln, genügt es, dem Reglermotor 24, der mit dem Brennstoffregler verbunden ist, ein passendes elektrisches Signal zu senden, um ihn in einer weiter unten zu beschreibenden Weise zu steuern.The fuel control of the gas turbine 10 consists of an electronic one Controller and a special acceleration controller. For the operation of the turbine in Steady-state, a master electronic controller is used. To the turbine speed To regulate with such a controller in the steady state, it is sufficient to use the controller motor 24, which is connected to the fuel regulator, a suitable electrical signal to control it in a manner to be described below.

Die Reglerschaltung enthält einen Verstärker 26, dessen Ausgangsseite mit dem Reglermotor 24 verbunden ist. Die Eingangsseite des Verstärkers 26 wird von einem Vergleichskreis 28 gespeist, der mit einem Potentiometer 30 verbunden ist, das von einem Drosselhebel 32 betätigt und von einem von der Turbine angetriebenen, als Drehzahlregler wirkenden Wechselstromgenerator 34, dessen Frequenz der Turbinendrehzahl proportional ist, gespeist wird. Die Frequenz der Wechselspannung des Drehzahlgebers wird in der Schaltungsanordnung des Turbinendrehzahlmessers 36 gemessen, der dann eine Gleichspannung erzeugt, die der Turbinendrehzahl direkt proportional ist. Die Gleichspannung wird einem Drehzahlprüfkreis 38 zugeführt, der die Turbinendrehzahl sowie die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl ermittelt. Der Ausgang dieses Prüfkreises wird dem obenerwähnten Vergleichskreis 28 zugeführt. Dort wird die Gleichspannung des Drehzahlprüfkreises mit einer Bezugsspannung verglichen, die durch das mit der Drossel gekoppelte Potentiometer 30 gewählt wird. Die Bezugsspannung entspricht der für die Turbine gewünschten Betriebsdrehzahl. Die Drosseleinstellung ist in Turbinendrehzahlen geeicht, so daß für jede an der Drossel gewählte Turbinendrehzahl auf dem Potentiometer eine Spannung abgegriffen wird, die der gewählten Drehzahl entspricht. Der Unterschied zwischen der Drosselbezugsspannung und der der Drehzahl entsprechenden Spannung des Prüfkreises wird dem Verstärker 26 zugeführt, dessen Ausgangsseite in der obenerwähnten Weise mit dem Reglermotor 24 verbunden ist, um das Dosierventil zu öffnen oder zu schließen, je nachdem die Drehzahl der Maschine größer oder kleiner als die mit der Drossel gewählte Drehzahl ist.The regulator circuit includes an amplifier 26, the output side of which is connected to the governor motor 24. The input side of the amplifier 26 becomes fed by a comparison circuit 28 which is connected to a potentiometer 30 which is operated by a throttle lever 32 and driven by a turbine AC generator 34 acting as a speed controller, the frequency of which is the turbine speed is proportional, is fed. The frequency of the AC voltage of the speed sensor is measured in the circuitry of the turbine tachometer 36, which then generates a DC voltage that is directly proportional to the turbine speed. the DC voltage is fed to a speed test circuit 38 which determines the turbine speed and the rate of change of the speed is determined. The output of this test circuit is supplied to the comparison circuit 28 mentioned above. There is the DC voltage of the speed test circuit is compared with a reference voltage that is determined by the Throttle coupled potentiometer 30 is selected. The reference voltage corresponds to the desired operating speed for the turbine. The throttle setting is in Turbine speeds calibrated so that for each turbine speed selected at the throttle a voltage is tapped on the potentiometer that corresponds to the selected speed is equivalent to. The difference between the throttle reference voltage and that of the speed corresponding voltage of the test circuit is fed to the amplifier 26, whose Output side is connected in the above-mentioned manner to the governor motor 24 to to open or close the metering valve, depending on the speed of the machine is greater or less than the speed selected with the throttle.

Die Regelvorrichtung enthält ferner eine Vorrichtung zum Einstellen einer gegebenen Brennstoffmenge für augenblickliche Turbinendrehzahlen bei einer Beschleunigung. Diese Vorrichtung besteht aus einem Drehzahlhilfsverstärker40, dessen Ausgang mit einem zweiphasigen Kontaktarmverstellmotor 42 verbunden ist, der mit einem Rückführungspotentiometer 44 und einem Drehzahlwählerschalter 56 in antriebsmäßiger Verbindung steht. Der Schalter 56 weist eine Mehrzahl von Kontakten 1' bis 50' auf, die je einer augenblicklichen Turbinendrehzahl entsprechen. Der Eingang des Drehzahlhilfsverstärkers 40 ist mit einem Vergleichskreis 48 verbunden, der vom Turbinendrehzahlmesser 36 und vom Potentiometer 44 gespeist wird. Die Differenz zwischen der der Drehzahl entsprechenden, vom Drehzahlmesser 36 über die Leitung 166 zugeführten Spannung und der vom Potentiometer 44 abgegriffenen und über die Leitung 168 zugeführten Rückführungsspannung wird dem Drehzahlhilfsverstärker 40 zugeführt. Ein zweiter Hilfsverstärker 50 ist vorgesehen, um die Stellung des Dosierventils durch einen Ventilanschlagverstellmotor 52 zu ändern. Ein Vergleichskreis 54 wird vom Wählerschalter 56 über die Leitung 240 gespeist. Mit dem Verstellmotor 52 ist ein Rückführungspotentiometer58 antriebsmäßig verbunden. Das Potentiometer ist so geeicht, daß es bei jeder Winkelstellung der Motorwelle 60 so eingestellt ist, daß die abgegriffene Spannung bei einer vorbestimmten Turbinendrehzahl einer gegebenen Ventilstellung entspricht. Diese Spannung wird ebenfalls dem Vergleichskreis 54 zugeführt. Der Ausgang des Vergleichskreises 54, welcher dem Unterschied seiner Eingangssignale entspricht, wird dem zweiten Hilfsverstärker 50 zugeführt. Der Umlauf und die Drehrichtung des Verstellmotors 52 werden so lange aufrechterhalten, bis das durch den Unterschied gegebene Signal Null wird.The control device also contains a device for setting a given amount of fuel for current turbine speeds at a Acceleration. This device consists of a speed auxiliary amplifier40, whose Output is connected to a two-phase Kontaktarmverstellmotor 42, which is with a feedback potentiometer 44 and a speed selector switch 56 in driving mode Connection. The switch 56 has a plurality of contacts 1 'to 50', each of which corresponds to an instantaneous turbine speed. The input of the speed auxiliary amplifier 40 is connected to a comparison circuit 48 derived from turbine tachometer 36 and is fed by the potentiometer 44. The difference between that of the speed corresponding voltage supplied by the tachometer 36 via the line 166 and that tapped off by the potentiometer 44 and fed in via the line 168 Feedback voltage is fed to the auxiliary speed amplifier 40. A second Auxiliary amplifier 50 is provided to adjust the position of the metering valve by a Valve stop adjustment motor 52 to change. A comparison circuit 54 is from the selector switch 56 fed via line 240. With the adjustment motor 52 is a feedback potentiometer 58 drive connected. The potentiometer is calibrated in such a way that it works at every angular position the motor shaft 60 is set so that the tapped voltage at a predetermined Turbine speed corresponds to a given valve position. This tension will also fed to the comparison circuit 54. The output of the comparison circuit 54, which corresponds to the difference in its input signals, becomes the second auxiliary amplifier 50 supplied. The rotation and the direction of rotation of the adjusting motor 52 are so long until the signal given by the difference becomes zero.

Das Dosierventil 64 weist eine Öffnung 62 auf, deren wirksame Querschnittsfläche mit einem Ventilkörper 64 eingestellt wird, der mit dem Reglermotor 24 über eine Zahnstange 66, die mit einem Ritzel 68 auf der Welle des Motors 24 kämmt, antriebsmäßig verbunden ist. Mehrere nicht dargestellte Brennstoffeinspritzdüsen sind in der Brennkammer der Turbine angeordnet. Das Ventil 18 zum Konstanthalten des Druckes bzw. der Druckregler weist eine Membran 72 auf, die mit dem Ventilkörper 74 verbunden ist, um den Druckabfall am Dosierventil 62, 64 zu regeln. Die rechte Seite der Membran 72 steht über den Kanal 20 mit der Abflußseite des Ventils 62, 64 und die linke Seite der Membran 72 mit der Zuflußseite des Ventils 62, 64 in Verbindung. Eine auf der rechten Seite der ,Membran zwischen der letzteren und dem Ventilgehäuse 78 angeordnete Feder 76 drückt den Ventilkörper 74 auf seinen Sitz 80. Das Ventil 74, 80 hat die Aufgabe, sich so einzustellen, daß ein gleichbleibendes Druckgefälle an der Dosieröffnung 62 aufrechterhalten wird. Dies geschieht durch Regelung der Rückleitung des Brennstoffes zur Saugseite der Pumpe 14 über die Leitung 82. Der Ventilkörper 64, der mit dem Reglermotor 24 so verbunden ist, daß dieser ihn entsprechend der gewählten, dem Beharrungszustand entsprechenden Drehzahl einstellt, wird während der Übergangszeit bei Änderungen des Turbinenbetriebszustandes durch einen die maximale Brennstoffmenge begrenzenden Anschlag 84 überwacht. Wie nachfolgend erläutert, wird der Anschlag 84 durch die Brennstoffeinstellvorrichtung mit den Hilfsverstärkern 40 und 50 und dem Ventilanschlagverstellmotor 52 eingestellt. Ein Zahnrad 86 ist auf die Welle 60 des Einstellmotors 52 aufgekeilt und kämmt mit den Zähnen 90 einer Zahnstange 92, die an einem Ende den Anschlag 84 trägt. Die Zahnstange 92 weist einen Führungsschlitz 94 für einen Führungszapfen 96 eines Widerlagers 98 auf, um die Zahnstange bei ihrer Bewegung zu führen. Ein zur Einstellung der minimalen Brennstoffmenge dienender Anschlag 100 begrenzt die Brennstoffmenge auf einen geringen, vorbestimmten Wert. Eine Einstellschraube 102 ermöglicht es, diesen die untere Grenze bestimmenden Anschlag von Hand einzustellen. Ein mit der Zahnstange 66 aus einem Stück bestehender Ouerzapfen 104 ist nach unten gerichtet und ragt während der Regelung zwischen die Anschläge 84 und 100.The metering valve 64 has an opening 62, the effective cross-sectional area of which is set with a valve body 64 which is drivingly connected to the governor motor 24 via a rack 66 which meshes with a pinion 68 on the shaft of the motor 24. Several fuel injection nozzles, not shown, are arranged in the combustion chamber of the turbine. The valve 18 for keeping the pressure constant or the pressure regulator has a membrane 72 which is connected to the valve body 74 in order to regulate the pressure drop at the metering valve 62, 64. The right side of the membrane 72 communicates via the channel 20 with the outflow side of the valve 62, 64 and the left side of the membrane 72 with the inflow side of the valve 62, 64 in connection. A spring 76 arranged on the right side of the diaphragm between the latter and the valve housing 78 presses the valve body 74 onto its seat 80. The valve 74, 80 has the task of adjusting itself so that a constant pressure gradient at the metering opening 62 is maintained . This is done by regulating the return of the fuel to the suction side of the pump 14 via the line 82. The valve body 64, which is connected to the governor motor 24 so that it adjusts it according to the selected, the steady state corresponding speed, is during the transition period when changes the turbine operating state is monitored by a stop 84 limiting the maximum amount of fuel. As explained below, the stop 84 is adjusted by the fuel adjusting device with the auxiliary amplifiers 40 and 50 and the valve stop adjusting motor 52. A gear 86 is keyed onto the shaft 60 of the adjusting motor 52 and meshes with the teeth 90 of a toothed rack 92 which carries the stop 84 at one end. The rack 92 has a guide slot 94 for a guide pin 96 of an abutment 98 in order to guide the rack as it moves. A stop 100 serving to set the minimum amount of fuel limits the amount of fuel to a low, predetermined value. An adjusting screw 102 makes it possible to adjust this stop, which determines the lower limit, by hand. An Ouerzapfen 104 consisting of one piece with the rack 66 is directed downwards and protrudes between the stops 84 and 100 during the regulation.

Da die Brennstoffmenge bei vorübergehenden Betriebszuständen, beispielsweise wenn die Turbinendrehzahl auf einen and; ren Wert geändert wird, so geregelt werden soll, daß die Turbine für jede augenblickliche Drehzahl eine gegebene Brennstoffmenge erhält, muß die Turbinendrehzahl ermittelt werden, was gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen von der Maschine angetriebenen Drehzahlgeber 34 erfolgt. Dieser Drehzahlgeber erzeugt eine sinusförmige Spannung, deren Frequenz der Turbinendrehzahl direkt proportional ist. Die Ausgangsspannung des Drehzahlgebers wird demTurbinendrehzahlmesser 36 zugeführt.Since the amount of fuel in temporary operating conditions, for example when the turbine speed drops to a and; If the value is changed, it can be regulated should that the turbine for each instantaneous speed a given amount of fuel receives, the turbine speed must be determined, which according to the present invention is carried out by a tachometer 34 driven by the machine. This speed sensor generates a sinusoidal voltage, the frequency of which is directly proportional to the turbine speed is. The output voltage of the tachometer is fed to the turbine tachometer 36.

Die Arbeitsweise des Vergleichskreises 54 ist die gleiche wie die der Vergleichskreise 28 und 48. Der Vergleichskreis 54 erhält seine von den Potentiom-etern 1" bis 50" bzw. vom Rückführungspotentiometer 58 kommenden Signale über die Leitungen 240 und 242.The operation of the comparison circuit 54 is the same as that the comparison circles 28 and 48. The comparison circle 54 receives its from the potentiometer etern 1 "to 50" or signals coming from the feedback potentiometer 58 via the lines 240 and 242.

Der in der Zeichnung dargestellte Wählerschalter 56 enthält fünfzig Kontakte 1' bis 50', die so angeordnet sind, daß sie von einem durch den Motor 42 angetriebenen Kontaktarm 246 bestrichen werden können. Diese Kontakte entsprechen den augenblicklichen Turbinendrehzahlen. Der Schalter 56 kann. je nach den Drehzahlabstufungen, in welche man den Drehzahlbereich der Turbine 10 zu unterteilen wünscht, eine beliebige Anzahl von Kontakten erhalten. Es wurde gefunden, daß eine Unterteilung mit fünfzig Kontakten im Falle der Verwendung der Vorrichtung des Prüfstandsgeräts zur Ermittlung von Turbinencharakteristiken ausreichend ist. Wenn also die Drehzahl der Turbine 10 zwischen 0 und 10 000 Umdrehungen in der Minute schwankt, würde jeder Kontakt 200 Umdr./Min. entsprechen. An die Kontakte 1' bis 50' sind Potentiometer 1" bis 50" angeschlossen, die sich für je 200 Umdr./Min. der Maschine 10 von Null bis zum Höchstwert der Brennstoffmenge regeln lassen, um den beweglichen Anschlag 84 einzustellen, so daß das Dosierventil so begrenzt wird, daß die Turbine 10 für eine augenblickliche Drehzahl eine vorbestimmte Brennstoffmenge erhält. Die Potentiometer 1" bis 50" sind in Brennstoffmengen je Stunde geeicht, so daß man jede gewünschte Brennstoffmenge von Hand leicht einstellen kann. Wenn der Kontaktarm zwei Kontakte überbrückt, ergibt sich ein entsprechender Mittelwert, so daß die fünfzig Kontakte neunundneunzig Schaltstellungen entsprechen.The selector switch 56 shown in the drawing contains fifty Contacts 1 'to 50' which are arranged to be driven by one of the motor 42 driven contact arm 246 can be painted. These contacts correspond the current turbine speeds. The switch 56 can. depending on the speed gradations, into which one wishes to subdivide the speed range of the turbine 10, any Number of contacts received. It was found that a subdivision of fifty Contacts in the case of using the device of the test bench device for determination turbine characteristics is sufficient. So if the speed of the turbine 10 fluctuates between 0 and 10,000 revolutions per minute, every contact would 200 rev / min. correspond. At contacts 1 'to 50' there are potentiometers 1 "to 50 "which is connected for every 200 rev./min. Of the machine 10 from zero to Have the maximum value of the fuel quantity regulated in order to set the movable stop 84, so that the metering valve is limited so that the turbine 10 for an instant Speed receives a predetermined amount of fuel. The potentiometers 1 "to 50" are calibrated in fuel quantities per hour, so that you can use any desired amount of fuel can be easily adjusted by hand. When the contact arm bridges two contacts, results a corresponding mean value, so that the fifty contacts ninety-nine switch positions correspond.

Die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Ermittlung der Kennlinien einer Turbine wird nunmehr beschrieben, die im Hinblick auf die Bestimmung ihrer optimalen Brennstofferfordernisse zu untersuchen ist.The application of the device according to the invention to determine the Characteristic curves of a turbine will now be described with a view to determining their optimal fuel requirements is to be investigated.

Es wird angenommen, daß die Turbine mit einer Leerlaufdrehzahl von 3000 LTmdr./--1,Zin. laufen soll. Da jeder Kontakt des Wählerschalters einem Drehzahlzuwachs von 200 Umdr./Min. entspricht, bewegt sich der von dem Motor 42 angetriebene Kontaktarm 246 vom Kontakt 1' bis zum Kontakt 15', bis er auf dem letztgenannten, der gewünschten Turbinendrehzahl entsprechenden Kontakt 15' stehentleibt und die Turbinendrehzahl den gewählten Wert (3000 Umdr./ Min.) erreicht hat. Zur Erzielung einer maximalen Beschleunigung ist es ebenfalls erforderlich, der Turbine für jede augenblickliche Drehzahl eine genau dosierte Brennstoffmenge zuzuführen. Vor dem Anlassen der Turbine soll daher jedes Potentiometer von 1" bis 15" so eingestellt werden, daß ein Signal entsteht, welches einer vorbestimmten Brennstoffmenge entspricht, von welcher angenommen wird, daß sie bei der augenblicklichen Turbinendrehzahl, die dem Kontakt des zugehörigen Potentiometers entspricht, erforderlich ist. Der Drosselhebel 32 der Maschine wird dann in die Stellung gebracht, bei welcher das Potentiometer 30 ein Signal ergibt, das der Drehzahl von 3000 Umdr./Min. entspricht. Dann wird die elektrische Einrichtung eingeschaltet und die Gasturbine angelassen. Wenn sich der Drosselhebel in der genannten Stellung befindet, wirkt ein Signal auf den Vergleichskreis 28 und den Reglerverstärker 26 in solcher Richtung ein, daß der Reglermotor 24 das Dosierventil 64 öffnet, bis der Querzapfen 104 an dem beweglichen Anschlag 84 zur Anlage kommt. Mit anderen Worten: der Regler ist bestrebt, das Dosierventil maximal zu öffnen und die ganze verfügbare Brennstoffmenge durchzulassen, um eine rasche Beschleunigung der Turbine zu bewirken. Der Ventilanschlagverstellmotor 52 läßt dies jedoch nicht zu. Sobald die Turbine zu schnell zu laufen beginnt, wird durch den von der Turbine 10 angetriebenen Drehzahlgeber 34 ein Signal erzeugt, das dem Vergleichskreis 28 zugeführt wird. Hier wird dann die Differenz zwischen dem vom Drehzahlgeber erzeugten Signal und dem vom Potentiometer 30 vorgewählten Drehzahlsignal erzeugt. In dem Maße, wie die Drehzahl der Turbine zunimmt, wodurch über den Verstärker 40 und den Motor 42 der Kontaktarm 246 über die Kontakte 1' bis 15' bewegt wird, werden die Potentiometer 1" bis 15" wirksam und bringen durch Anlegung der abgegriffenen Spannung an den Verstärker 50, dessen Ausgangsspannung, die zugleich von dem Rückführungssignal von dem Potentiometer 58 abhängt, an den Stellmotor 52 für den Anschlag 84 gelegt wird, den beweglichen Anschlag 84 in die Stellung, die durch das für eine besondere augenblicklicheTurbinendrehzahl eingestellte Potentiometer bestimmt wird. Wenn das vom Drehzahlgeber 34 kommende Signal annähernd dem vom Drosselpotentiometer 30 kommenden Signal gleich wird, wird das vom Vergleichskreis 28 ausgehende Signal gleich Null und der Reglermotor 24 bewirkt dann nur eine Regelung auf die vorgewählte Drehzahl von 3000 Umdr./Min., wenn die Turbinendrehzahl von der vorgewählten Drehzahl abweicht.It is assumed that the turbine is running at an idle speed of 3000 LTmdr./--1, interest. should run. Since every contact of the selector switch increases the speed of 200 rev / min. corresponds to, the contact arm driven by the motor 42 moves 246 from contact 1 'to contact 15' until he clicks on the latter, the desired one Turbine speed corresponding contact 15 'and the turbine speed has reached the selected value (3000 rev./min.). To achieve a maximum It is also required of the turbine for any instantaneous acceleration Speed to supply a precisely metered amount of fuel. Before starting the turbine every potentiometer from 1 "to 15" should therefore be set in such a way that a signal arises, which corresponds to a predetermined amount of fuel assumed by which that it is at the instantaneous turbine speed that is associated with the contact of the Potentiometer is required. The throttle lever 32 of the machine becomes then brought into the position in which the potentiometer 30 gives a signal, that of the speed of 3000 rev / min. is equivalent to. Then the electrical facility switched on and the gas turbine started. If the throttle lever is in the said Position is, a signal acts on the comparison circuit 28 and the controller amplifier 26 in such a direction that the regulator motor 24 opens the metering valve 64 until the transverse pin 104 comes to rest against the movable stop 84. With others In words: the regulator strives to open the metering valve to the maximum and the whole to let through the available amount of fuel in order to accelerate the turbine rapidly to effect. However, the valve stop adjusting motor 52 does not allow this. As soon the turbine starts to run too fast is driven by the turbine 10 The speed sensor 34 generates a signal which is fed to the comparison circuit 28. The difference between the signal generated by the speed sensor and the speed signal preselected by the potentiometer 30 is generated. To the extent that that The speed of the turbine increases, whereby the amplifier 40 and the motor 42 of the Contact arm 246 is moved over contacts 1 'to 15', the potentiometers 1 "to 15" effective and bring the tapped voltage to the Amplifier 50, the output voltage of which is derived from the feedback signal depends on the potentiometer 58, placed on the servomotor 52 for the stop 84 is, the movable stop 84 in the position indicated by the for a particular instantaneous turbine speed set potentiometer is determined. If that The signal coming from the speed sensor 34 approximates the signal coming from the throttle potentiometer 30 Signal becomes the same, the signal emanating from the comparison circuit 28 becomes zero and the governor motor 24 then only controls the preselected speed of 3000 rpm if the turbine speed deviates from the preselected speed.

Während der Zunahme der Turbinendrehzahl bis zu 3000 Umdr./Min. arbeitet der Drehzahlhilfsverstärker 40, der den Motor 42 antreibt, wie folgt: In dem Maße, wie die Drehzahl der Turbine 10 zunimmt und sich der Kontakt 246 über die Kontakte 1' . . . 15' bewegte, verstellt sich auch das mit der Welle des Motors 42 verbundene Rückführungspotentiometer 44 und nimmt eine Stellung ein, in welcher die abgegriffene Spannung der Winkelbewegung der Welle entspricht. Diese Spannung wird nun dem Vergleichskreis 48 zugeführt, wo sie mit dem vom Drehzahlgeber 34 kommenden Turbinendrehzahlsignal verglichen wird. Sind beide Signale gleich, so bleibt der Kontaktarm 246 auf dem betreffenden Kontakt stehen. Wenn das Drehzahlsignal größer ist, so wird der Kontaktarm 246 vom Motor 42 weitergedreht, bis das vom Potentiometer 44 kommende Signal mit dem Tachometersignal gleich ist.While the turbine speed increases up to 3000 rev / min. is working the speed auxiliary amplifier 40, which drives the motor 42, as follows: To the extent that as the speed of the turbine 10 increases and the contact 246 moves over the contacts 1' . . . 15 'moved, the one connected to the shaft of the motor 42 is also adjusted Feedback potentiometer 44 and assumes a position in which the tapped Voltage corresponds to the angular movement of the shaft. This voltage is now the comparison circle 48 are supplied, where they are supplied with the turbine speed signal coming from the speed sensor 34 is compared. If both signals are the same, the contact arm 246 remains on the relevant contact. When the speed signal is greater, the contact arm will 246 rotated by the motor 42 until that coming from potentiometer 44 Signal is the same as the speedometer signal.

Der zweite Hilfsverstärker 50, der den Ventilanschlagverstellmotor 52 während der Zunahme der Turbinendrehzahl bis zu 3000 Umdr./Min. steuert, arbeitet wie folgt: In dem Maße, wie sich der Kontaktarm 246 über die verschiedenen Kontaktstücke 1' bis 15' bewegt, werden die Potentiometer 1" bis 15" wirksam. Das vom Brennstoffpotentiometer 56 kommende vorgewählte Signal wird im Vergleichskreis 54 mit dem vom Rückführungspotentiometer 58 kommenden Signal verglichen und die Signaldifferenz dem Ventilanschlagverstellmotor 52 zugeführt.The second auxiliary amplifier 50, the valve stroke adjustment motor 52 during the increase in turbine speed up to 3000 rev / min. controls, works as follows: To the extent that the contact arm 246 extends over the various contact pieces 1 'to 15' is moved, the potentiometers 1 "to 15" become effective. The one from the fuel potentiometer 56 incoming preselected signal is in comparison circuit 54 with that of the feedback potentiometer 58 incoming signal compared and the signal difference to the valve stop adjustment motor 52 supplied.

Wenn jetzt das Betriebsverhalten der Maschine zwischen 3000 Umdr./Min. und 8000 Umdr./Min. untersucht werden soll, werden die Potentiometer 16" bis 40" vor einer neuen Drosselhebeleinstellung auf diejenigen Werte eingestellt, die für die gewünschte Turbinenleistung während der Dauer der Beschleunigung erforderlich sind. Der Drosselhebel 32 der Turbine 10 wird nun bis zu einer Stellung bewegt, die einer Turbinendrehzahl von 8000 Umdr./Min. entspricht. Nunmehr regelt die Vorrichtung die Brennstoffzufuhr selbsttätig auf die Werte ein, die durch die Voreinstellung der Potentiometer 16" bis 40" bestimmt wurden, bis die der Drosselhebeleinstellung entsprechende Drehzahl erreicht wird.If the operating behavior of the machine is now between 3000 rev / min. and 8000 rev / min. is to be examined, the potentiometers 16 "to 40" before a new throttle lever setting is set to the values required for the desired turbine power is required for the duration of the acceleration are. The throttle lever 32 of the turbine 10 is now moved to a position that of a turbine speed of 8000 rev / min. is equivalent to. The device now regulates automatically adjusts the fuel supply to the values set by the presetting the potentiometer 16 "to 40" were determined up to that of the throttle lever setting corresponding speed is reached.

Wenn es sich während des Versuches oder sogar danach ergibt, daß die Turbinentemperatur in gewissen Bereichen zu hoch liegt oder d,aß bei gewissen Temperaturen und Turbinendrehzahlen Gefahr besteht, daß der Kompressor anfängt zu pumpen und in sein kritisches Arbeitsgebiet gelangt, können diese Bereiche stets von neuem eingestellt werden. Sobald die dem Vergleichskreis 28 zugeführten Signale gleich Null werden, regelt der Reglermotor 24 wieder auf die vorgewählte Drehzahl von 8000Umdr./Min., wenn Abweichungen auftreten.If it turns out during the experiment or even afterwards that the Turbine temperature is too high in certain areas or d, ate at certain temperatures and turbine speeds there is a risk that the compressor will start pumping and When he gets into his critical area of work, these areas can always be renewed can be set. As soon as the signals fed to the comparison circuit 28 are the same Become zero, the governor motor 24 regulates again to the preselected speed of 8000 rev./min., if deviations occur.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control device for the fuel supply to a gas turbine with a metering valve in the fuel line, which through the difference between one generated by the turbine speed sensor and one generated by the Speed selector generated speed signal is controlled, characterized by a Limit value controller (50, 52, 84) to limit the maximum opening of the metering valve (64), which is based on various limit values, each corresponding to a specific limit speed can be set by means of a limit preselector (56, 246).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the limit value preselection device (1 " ... 50") consists of manually adjustable potentiometers which are connected to a DC voltage source, and a multiple switch (56, 246), which the potentiometer connects to the limit value controller (50, 52, 84) as a function of the variable operating state of the gas turbine.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the multiple switch (56) via a drive device (42) from an electronic Auxiliary amplifier (40), the input of which is proportional to the engine speed, driven will.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that with the drive device (42) a potentiometer (44) is connected, which simultaneously with the multiple switch (56) is moved and a voltage is picked up which corresponds to the current turbine speed, according to which the amplifier (40) is controlled, is proportional.

5. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the limit value controller (50, 52, 84) an electronic auxiliary amplifier (50) and one to the output of the amplifier (50) contains connected drive device (52), which the limit stop (84) adjusted for the maximum opening of the metering valve (64), whereby the amplifier (50) from the limit value preselection device (1 "... 50") via the multiple switch (56) receives an input signal which is a predetermined one, depending on the prevailing Turbine speed corresponds to the amount of fuel selected by the multiple switch.

6th Device according to claim 5, characterized in that the drive device (52) is connected to a potentiometer (58) for the limit stop adjustment and driving its contact arm, the potentiometer (58) having one as a feedback pulse The voltage used is tapped off and fed to the amplifier (50).

7. Device according to Claim 1, characterized in that the turbine speed sensor (34) and the electrical speed signal generated by the manually adjustable speed preselector (30, 32) an electronic amplifier (26) are fed, the output current of which the Drive device (24) actuated to adjust the metering valve (64). B. Device according to claim 1, characterized by a limit stop (102) for the minimum Opening of the dosing valve (64). Publications considered: Swiss U.S. Patent No. 265,944; French Patent No. 992 396; U.S. Patent No. 2,625,789.