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Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenaggregat und ein Verfahren zum Einstellen eines Drosselventils
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Gasturbinen stellen mechanische Energie bereit, welche Maschinen antreiben kann oder welche mittels Generatoren vertromt werden kann. Gasturbinen sind regelmäßig mit Brennern versehen, welche mit der Gasturbine ein Gasturbinenaggregat bilden. Ein Brennstoff wird diesen Brennern zugeführt und durch diese verbrannt. Die bei der Verbrennung freiwerdende Energie wird in kinetische Energie eines Arbeitsgases umgesetzt. Das infolge des Energieumsatzes beschleunigt strömende Arbeitsgas beströmt Leitschaufeln eines Rotors der Turbine und versetzt den Rotor in Drehung.
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Beim Betrieb von Gasturbinenaggregaten stellt sich regelmäßig die Aufgabe, die Zufuhr eines Brennstoffs zum Brenner eines Gasturbinenaggregats einzustellen. Eine häufige Einstellung der Zufuhr von Brennstoff ist etwa durch wechselnde Brennstoffqualitäten bedingt.
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Es ist bekannt, die Zufuhr zum Brenner eines Gasturbinenaggregats mittels manuell stellbarer Ventile einzustellen. Dies ist sehr zeitaufwendig. Folglich werden allein während der manuellen Stellung der Ventile große Mengen an Brennstoff verbrannt und hohe Kosten verursacht.
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Es ist ferner bekannt, motorgetriebene Ventile zu nutzen. Für Gasturbinenaggregate mit hoher Turbinenleistung ist die Verwendung solcher Ventile sehr teuer. Für Gasturbinenaggregate mit kleinerer Turbinenleistung lohnen sich derartige Ventile kaum.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gasturbinenaggregat zu schaffen, bei welchem eine Einstellung der Zufuhr von Brennstoff verbessert möglich ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein ein Verfahren zum Einstellen eines Drosselventils mit einem beweglichen Drosselventilkörper einer Brennstoffleitung zu einem Brenner für eine Gasturbine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gasturbinenaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
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Das erfindungsgemäße Gasturbinenaggregat umfasst eine Gasturbine sowie zumindest einen Brenner mit einer Brennstoffleitung. Die Brennstoffleitung weist ein Drosselventil mit einem beweglichen Drosselventilkörper auf. Bei dem erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregat ist eine Aktorvorrichtung zum Erzeugen einer linearen Bewegung vorhanden. Die Aktorvorrichtung zum Erzeugen einer linearen Bewegung umfasst einen hydraulischen Aktor mit einem ersten Kolbenelement zum Betätigen des Aktors und einem zweiten Kolbenelement zum Erzeugen der linearen Bewegung, welchen jeweilige fluidisch gekoppelte Arbeitsräume zugeordnet sind, deren Volumen durch Bewegung des jeweiligen Kolbenelements änderbar sind. Erfindungsgemäß ist ferner ein Stellelement, insbesondere ein Piezoaktor, zum Ausüben einer Kraft auf das erste Kolbenelement vorgesehen. Durch die Kopplung von insbesondere piezoelektrischer Ansteuerung und hydraulischer Übertragung ist eine besonders präzise Erzeugung von Linearbewegungen möglich. Insbesondere können die beiden Kolbenelemente so gestaltet werden, dass die Kraft, die das Stellelement oder das Piezoelement aufbringt, mit einer vorgegebenen Übersetzung übertragen wird. Auch der Vorschub des zweiten Kolbenelements als Reaktion auf die piezoelektrische Betätigung erfährt dann eine solche Übersetzung, so dass beispielsweise relativ große Vorschubbewegungen des Stellelements oder Piezoelements in relativ kleine Kolbenbewegungen umgesetzt werden können, was zu einer besonders präzisen Platzierung des zweiten Kolbenelements und damit verbundener Elemente führt. Hierdurch eignet sich die beschriebene Aktorvorrichtung insbesondere für hochpräzise Justiervorgänge und dergleichen. Das zweite Kolbenelement ist bei dem erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregat mit dem Drosselventilkörper bewegungsgekoppelt. Auf diese Weise ist der Drosselventilkörper präzise bewegbar. Es versteht sich, dass unter einem mit dem zweiten Kolbenelement bewegungsgekoppelten Drosselventilkörper auch ein Drosselventilkörper verstanden werden kann, welcher mit dem zweiten Kolbenelement einstückig oder einteilig handhabbar ausgebildet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregat ist folglich eine Einstellung der Zufuhr von Brennstoff einfach und zugleich präzise möglich.
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Mittels des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats kann die Zufuhr des Brennstoffs zum Brenner vermittels der präzisen Bewegbarkeit des Drosselventilkörpers elektronisch präzise eingestellt werden. Eine manuelle Einstellung ist daher nicht notwendig. Insbesondere bei einer Mehrzahl von Gasturbinenaggregaten entfallen die zur Einstellung jeweils vorgesehener Drosselventile erforderlichen Wege. Ferner kann die Einstellung des Drosselventils elektronisch und folglich besonders rasch erfolgen. Änderungen der Gasqualität sowie der prozessbedingt vorgesehenen Toleranzketten kann daher rasch begegnet werden, sodass während der Einstellung des Drosselventils keine großen Mengen an Brennstoff verbrannt werden müssen.
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Vorzugsweise sind bei der Aktorvorrichtung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats die jeweiligen Arbeitsräume über zwei gegenläufig ausgerichtete Rückschlagventile miteinander verbunden. So wird ein gesteuertes Übertreten des Arbeitsfluids zwischen den Arbeitsräumen ermöglicht. Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn die beiden Rückschlagventile unterschiedliche Öffnungskräfte aufweisen. In einer alternativen und ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen beide Rückschlagventile gleiche Öffnungskräfte auf.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn bei der Aktorvorrichtung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats der Arbeitsraum des ersten Kolbenelements über ein Drosselelement mit einem Reservoir für ein Arbeitsfluid des hydraulischen Aktors gekoppelt ist.
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Mit der Aktorvorrichtung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats ergibt sich nun folgende Möglichkeit zum Erzeugen von Linearbewegungen des zweiten Kolbenelements und somit auch des Drosselventilkörpers, die auch über den Bewegungsspielraum des Piezoelements selbst hinausgehen. In einer ersten Bewegungsphase wird das Piezoelement so angesteuert, dass es eine schnelle Bewegung erzeugt. Die schnelle Bewegung wird auf den ersten Kolben übertragen und erzeugt einen Druck im Arbeitsfluid, der hinreichend ist, um das Ventil zwischen den Arbeitsräumen in Richtung auf den zweiten Arbeitsraum hin zu öffnen. Flüssigkeit strömt nun in den zweiten Arbeitsraum über und bewegt dort das zweite Kolbenelement, was die gewünschte Vorwärtsbewegung erzeugt.
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In einer zweiten Bewegungsphase wird das Piezoelement langsam entgegen der Richtung, in der es in der ersten Bewegungsphase bewegt wurde, bewegt. Hierdurch wird zwar das erste Kolbenelement ebenfalls in Gegenrichtung zurückgezogen, durch die langsame Bewegung öffnet sich jedoch nicht das vom zweiten zum ersten Arbeitsraum gerichtete Rückschlagventil. Die entstehende Volumenänderung im ersten Arbeitsraum wird vielmehr vom Reservoir durch das Drosselelement ausgeglichen. Piezoelement und erstes Kolbenelement sind somit wieder in ihre Ausgangsposition zurückgestellt, während das zweite Kolbenelement in seiner Position bleibt.
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Bevorzugt kann beim erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats auch die Möglichkeit zum Erzeugen von einer zur zuvor erläuterten Linearbewegung entgegengerichteten Linearbewegung des zweiten Kolbenelements und somit auch des Drosselventilkörpers gegeben sein. Auch hierbei kann der Bewegungsspielraum des zweiten Kolbenelements gegenüber demjenigen des des Piezoelements hinausgehen. Dabei wird einer ersten Bewegungsphase wird das Piezoelement so angesteuert, dass es eine schnelle Bewegung erzeugt. Die schnelle Bewegung wird auf den ersten Kolben derart übertragen, dass es einen Druck im Arbeitsfluid des ersten Arbeitsraumes verringert. Der verringerte Druck ist hinreichend, um ein Ventil zwischen den Arbeitsräumen in Richtung auf den ersten Arbeitsraum hin zu öffnen. Flüssigkeit strömt nun von dem zweiten Arbeitsraum in den ersten Arbeitsraum über und bewegt daher das zweite Kolbenelement, was die gewünschte Rückwärtsbewegung erzeugt.
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In einer zweiten Bewegungsphase wird das Piezoelement langsam entgegen der Richtung, in der es in der ersten Bewegungsphase bewegt wurde, bewegt. Hierdurch wird zwar das erste Kolbenelement in Vorwärtsrichtung zurückgedrückt, durch die langsame Bewegung öffnet sich jedoch nicht das vom ersten zum zweiten Arbeitsraum gerichtete Rückschlagventil. Die entstehende Volumenänderung im ersten Arbeitsraum wird vielmehr vom Reservoir durch das Drosselelement ausgeglichen. Piezoelement und erstes Kolbenelement sind somit wieder in ihre Ausgangsposition zurückgestellt, während das zweite Kolbenelement in seiner Position bleibt.
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Durch Wiederholen der beiden Phasen in einer der Richtungen der Linearbewegung wie zuvorbeschrieben in alternierender Weise kann ein beliebig weiter Vorschub des zweiten Kolbenelements in dieser Richtung der Linearbewegung erzielt werden, der den eigentlichen Bewegungsspielraum des Stellelements oder Piezoaktors überschreitet. Dies ermöglicht eine besonders präzise Platzierung des zweiten Kolbenelements über weite, lineare Bewegungspfade und bringt gleichzeitig den Vorteil mit sich, dass zum Halten einer vorgegebenen Position des zweiten Kolbenelements keine Energie aufgewendet werden muss. Ferner ist der Bewegungsablauf im Unterschied zu den eingangs beschriebenen Aktoren nach dem Inchworm-Prinzip, unabhängig von der Haftreibung der beteiligten Komponenten und wird daher nicht von Verschmutzung, Öleintrag oder dergleichen beeinträchtigt.
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Die Arbeitsräume der Aktorvorrichtung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats können dabei zweckmäßigerweise durch jeweilige Zylinder gebildet werden, in welchen die Kolben beweglich aufgenommen sind. Eine Alternative hierzu stellt die Ausbildung der Arbeitsräume durch jeweilige Faltenbälge dar, die mit den Kolbenelementen gekoppelt sind. In dieser Ausführungsform sind alle wesentlichen beweglichen Teile der Aktorvorrichtung gekapselt und damit vor Verschmutzung geschützt, so dass sich ein langfristig zuverlässiger und verschleißarmer Betrieb der Aktorvorrichtung ergibt.
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Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregat das Drosselventil ein Kolbenventil oder das Drosselventil weist ein Kolbenventil auf, wobei der Drosselventilkörper des Drosselventils einen Drosselventilkolben umfasst.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats ist die Aktorvorrichtung zum Erzeugen einer linearen Bewegung des Drosselventilkörpers ausgebildet. Dabei ist das zweite Kolbenelement vorzugsweise starr mit dem Drosselventilkörper bewegungsgekoppelt.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Gasturbinenaggregat Betriebsdatenerfassungsmittel zur Erfassung von Betriebsdaten der Gasturbine sowie eine Drosselventilsteuerung auf, welche zur Betätigung des Stellelements oder Piezoaktors abhängig von den erfassten Betriebsdaten ausgebildet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einstellen eines Drosselventils mit einem beweglichen Drosselventilkörper einer Brennstoffleitung zu einem Brenner für eine Gasturbine, bei welchem mittels eines Stellelements oder Piezoaktors eine Kraft auf ein erstes Kolbenelement ausgeübt wird, wobei durch die Kraftausübung ein dem ersten Kolbenelement zugeordneter Arbeitsraum in seinem Volumen verändert und die aufgebrachte Kraft auf ein zweites Kolbenelement, dessen zugeordneter Arbeitsraum fluidisch mit dem ersten Arbeitsraum gekoppelt ist, übertragen wird. Erfindungsgemäß wird mittels der auf das zweite Kolbenelement übertragenen Kraft der Drosselventilkörper gestellt. Somit lässt sich der Drosselventilkörper präzise stellen, sodass das Drosselventil mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.
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Wie bereits der Aktorvorrichtung des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregats beschrieben, wird so eine Bewegung eines mit dem zweiten Kolbenelement gekoppelten linearbeweglichen Elements ermöglicht, welche über den Bewegungsspielraum des Stellelements oder Piezoaktors selbst hinaus geht. Hierzu wird, wie bereits vorstehend erläutert, zum Ausführen einer Bewegung in eine vorgegebene Richtung das Stellelement oder der Piezoaktor in einer ersten Bewegungsphase so schnell in die vorgegebene Richtung bewegt, dass der durch die Bewegung erzeugte Druck im ersten Arbeitsraum die Schließkraft eines die Arbeitsräume in Bewegungsrichtung fluidisch verbindenden Rückschlagventils überwindet. Somit wird die Bewegung des Stellelements oder des Piezoaktors in der ersten Bewegungsphase auf das zweite Kolbenelement übertragen.
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In einer zweiten Bewegungsphase wird das Stellelement oder der Piezoaktor so langsam gegen die vorgegebene Richtung bewegt, dass der durch die Bewegung erzeugte Druck im ersten Arbeitsraum die Schließkraft eines die Arbeitsräume entgegen der Bewegungsrichtung fluidisch verbindenden Rückschlagventils nicht überwindet. Im Gegensatz zur ersten Bewegungsphase sind hier die beiden Arbeitsräume nicht fluidisch verbunden, die Bewegung des Stellelements oder des Piezoaktors wird somit nicht auf das zweite Kolbenelement übertragen. Wie bereits erläutert, kann so eine Bewegung erzeugt werden, die über den eigentlichen Bewegungsspielraum des Stellelements oder Piezoaktors hinausgeht, was durch die Übersetzung zwischen den beiden Kolbenelementen noch verstärkt oder auch vermindert werden kann.
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Um die während der zweiten Bewegungsphase Volumenänderung im ersten Arbeitsraum zu kompensieren, wird während der zweiten Bewegungsphase dem ersten Arbeitsraum aus einem Reservoir über ein Drosselelement Arbeitsfluid zugeführt bzw. aus diesem zum Reservoir hin abgeführt.
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Die erste und zweite Bewegungsphase werden vorzugsweise alternierend wiederholt, bis das zweite Kolbenelement sich in einer vorgegebenen Soll-Stellung befindet. Auf die beschriebene Weise lassen sich somit beliebig weite Linearbewegungen, die lediglich den Bewegungsspielraum des zweiten Kolbenelements, nicht jedoch durch die maximale Auslenkung des Stellelements oder Piezoaktors begrenzt sind, erreichen. Insgesamt ermöglicht das Verfahren eine besonders präzise Erzeugung von Linearbewegungen bei möglichst geringem Verschleiß und einem besonders kompakten mechanischen Aufbau der zugrunde liegenden Aktorvorrichtung.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Drosselventilkörper linear bewegt. Dabei wird das zweite Kolbenelement vorzugsweise starr mit dem Drosselventilkörper bewegungsgekoppelt bewegt.
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Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Betriebsdaten der Gasturbine erfasst und das Stellelement oder der Piezoaktor abhängig von den erfassten Betriebsdaten betätigt.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Gasturbinenaggregat umfassend eine Gasturbine, einen Brenner mit einer Brennstoffleitung mit einem Drosselventil sowie eine Aktorvorrichtung in einer Prinzipskizze,
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2 ein hydraulisches Ersatzschaltbild der Aktorvorrichtung und der Brennstoffleitung mit dem Drosselventil gem. 1 mit Hydraulikzylindern als hydraulischen Aktoren;
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Aktorvorrichtung gemäß 2;
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4 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Aktorvorrichtung gem. 1 mit Faltenbälgen als hydraulischen Aktoren; und
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5 ein hydraulisches Ersatzschaltbild der Aktorvorrichtung gemäß 4.
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6 ein Ausführungsbeispiel des Drosselventils gem. 1 in einer Prinzipskizze.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Gasturbinenaggregat umfasst eine Gasturbine 300 sowie einen Brenner 310. Aus einem Brennstoffreservoir 100 wird dem Brenner 310 gasförmiger Brennstoff über eine Brennstoffleitung 205 zugeführt. Der Brenner 310 ist zur Verbrennung des Brennstoffs ausgebildet und derart mit der Gasturbine 300 verbunden, dass die bei der Verbrennung des Brennstoffs freiwerdende Energie in kinetische Energie eines Arbeitsgases umgesetzt wird, welches die Gasturbine 300 in an sich bekannter Weise treibt.
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Die Brennstoffleitung 205 verzweigt sich entlang eines Streckenabschnitts in zwei parallelführende Leitungszweige, einem ersten Leitungszweig 215 und einem zweiten Leitungszweig 220. Sowohl im ersten Leitungszweig 215 als auch im zweiten Leitungszweig 220 wird der Brennstofffluss gedrosselt. Dazu ist am zweiten Leitungszweig 220 eine Drossel 227 vorgesehen. Der erste Leitungszweig 215 hingegen ist mittels eines stellbaren Drosselventils 225 gedrosselt. Mittels des stellbaren Drosselventils 225 ist die Zufuhr von Brennstoff zum Brenner 310 einstellbar.
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Das Drosselventil 225 weist zur Stellung einen linear beweglichen Drosselventilkörper auf. Der Drosselventilkörper wird mit einer Vorrichtung 500 oder der alternativen Vorrichtung 500’ zum Erzeugen einer Linearbewegung wie nachfolgend beschrieben bewegt:
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Die im Ganzen mit 500 (2 und 3) bezeichnete Vorrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung umfasst einen hydraulischen Aktor 12 einen ersten Kolben 14, der in einem zugeordneten Aufnahmeraum 16 beweglich aufgenommen ist und einen zweiten Kolben 18, der in einem zweiten Aufnahmeraum 20 beweglich gelagert ist. Der Aufnahmeraum 16 ist über eine erste Leitung 22 mit einem Einwegventil 24, welches in Richtung des zweiten Aufnahmeraums 20 öffnet, mit dem zweiten Aufnahmeraum 20 verbunden. Eine zweite Leitung 26 mit einem zweiten Einwegventil 28, welches in Richtung des ersten Aufnahmeraums 16 öffnet, verbindet den zweiten Aufnahmeraum 20 mit dem ersten Aufnahmeraum 16. Der erste Aufnahmeraum 16 ist ferner über eine Leitung 30, die ein Drosselelement 32 umfasst, mit einem Reservoir 34 für Betriebsfluid verbunden.
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Zum Betätigen des ersten Kolbens 14 ist ein Piezoaktor 36 vorgesehen. Eine vom Piezoaktor 36 auf die Kolbenstange 38 des ersten Kolbens 14 ausgeübte Kraft wird vom ersten Kolben 14 hydraulisch auf den zweiten Kolben 18 übertragen, dessen Kolbenstange 40 mit dem zu bewegenden Drosselventilkörper des Drosselventils 225 gekoppelt ist.
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Um eine Bewegung in Richtung des Pfeils 42 zu bewirken, wird der Piezoaktor 36 gemäß dem Kraft-Zeit-Diagramm 44 angesteuert. In einer ersten Bewegungsphase wird der Piezoaktor 36 dabei schnell in Richtung des Pfeiles 46 bewegt. Die Bewegung überträgt sich auf den ersten Kolben 14, wobei der hierdurch erzeugte Druck im ersten Aufnahmeraum 16 die Schließkraft des Ventils 24 übersteigt, so dass Betriebsfluid vom ersten Aufnahmeraum 16 in den zweiten Aufnahmeraum 20 übertritt und dort eine Kraft auf den zweiten Kolben 18 auswirkt, so dass sich dieser in Richtung des Pfeils 42 bewegt. In einer zweiten Bewegungsphase wird das Piezoelement 36 in Richtung des Pfeiles 48 zurückgezogen, was jedoch deutlich langsamer erfolgt als die erste Bewegungsphase. Hierdurch bewegt sich der Kolben 14 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 48, durch die langsame Bewegung wird jedoch die Schließkraft des Ventils 28 nicht überschritten. Es tritt also kein Betriebsfluid aus dem zweiten Aufnahmeraum 20 in den ersten Aufnahmeraum 16 über, der zweite Kolben 18 hält seine Position. Die Volumenänderung des ersten Aufnahmeraums 16 durch die Bewegung des erste Kolbens 14 wird durch Betriebsfluid ausgeglichen, welches aus dem Reservoir 34 durch die Leitung 30 und Drossel 32 in den ersten Aufnahmeraum 16 strömt.
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Durch alternierende Wiederholung der beiden Bewegungsphasen kann somit der Kolben 18 weiter vorgeschoben werden als durch die Bewegungsreichweite des Piezoaktors 36 vorgegeben. Die Übersetzung zwischen den Kolben 14 und 18 ermöglicht dabei eine Positionierung des zweiten Kolbens 18 mit besonders hoher Präzision, wobei vorteilhafterweise zum Halten des Kolbens 18 in Position keine Kraft aufgewendet werden muss.
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Soll der Kolben 18 in Gegenrichtung, also in Richtung des Pfeiles 15 zurückgezogen werden, so werden die beiden Bewegungsphasen umgekehrt, wie das Kraft-Zeit-Diagramm 52 veranschaulicht. Zunächst wird also der Piezoaktor 36 schnell in Richtung des Pfeiles 48 bewegt, so dass die resultierende Druckänderung im ersten Aufnahmeraum 16 die Schließkraft des Einwegventils 28 überschreitet und Flüssigkeit aus dem zweiten Aufnahmeraum 20 in den ersten Aufnahmeraum 16 überströmen kann, wodurch sich der Kolben 18 in Richtung des Pfeiles 50 bewegt. In der zweiten Bewegungsphase wird der Piezoaktor 36 langsam in Richtung des Pfeiles 46 bewegt, wodurch wiederum die Schließkraft Einwegeventils 24 nicht überschritten wird, so dass der zweite Kolben 18 seine Position hält und Hydraulikfluid aus dem ersten Aufnahmeraum 16 über die Drossel 32 und die Leitung 30 ins Reservoir 34 zurückströmt. Auch hier kann durch alternierendes Wiederholen der beiden Bewegungsphasen eine weitere Bewegung des Kolbens 18 erzeugt werden.
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4 und 5 zeigen eine alternative Ausbildung 500’ der Vorrichtung 500, bei welcher anstelle von Hydraulikzylindern Faltenbälge 54, 56 verwendet werden, die mit den Kolbenelementen 14, 18 verbunden sind und so die Aufnahmeräume 16, 20 zu bilden. Auch das Reservoir 34 wird durch einen Faltenbalg 58 gebildet. Ansonsten ist die Vorrichtung 500’ gemäß den 4 und 5 funktionsgleich zur Vorrichtung 500 gemäß den 2 und 3. Die Verwendung von Faltenbälgen 54, 56, 58 ermöglicht es, die gesamte Vorrichtung 500’ im Wesentlichen gekapselt auszubilden, so dass sie eine möglichst geringe Anfälligkeit für Verschmutzung und Verschleiß aufweist. Eine derartige Vorrichtung 500’ kann daher besonders lange bei gleich bleibender Präzision betrieben werden.
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Der zweite Kolben 18 der oben anhand zweier Ausführungsbeispiele erläuterten Vorrichtung 500, 500’ zum Erzeugen einer Linearbewegung ist zur Einstellung des Drosselventils 225 mit einem Drosselventilkörper des Drosselventils 225 bewegungsstarr verbunden, beispielsweise in an sich bekannter Weise formschlüssig (nicht explizit gezeigt; in nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann der zweite Kolben 18 auch stoffschlüssig, kraftschlüssig oder auf andere Weise mit dem Drosselventilkörper verbunden sein).
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Das Drosselventil 225 an der verzweigten Brennstoffleitung 205 ist wie in 6 gezeigt als Kolbenventil ausgebildet.
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Das Drosselventil 225 umfasst einen kreiszylindrischen Ventilarbeitsraum 230 mit einer axialen Richtung A, in welchem der Drosselventilkörper beweglich ist.
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Der Drosselventilkörper ist als Ventilkolben 235 ausgebildet und im Ventilarbeitsraum 230 beweglich geführt. Der Ventilkolben weist in an sich bekannter Weise einen axial im Ventilarbeitsraum orientierten Steg 237 sowie eine sich axial und stirnseitig daran anschließende, kreiszylindrische Stirnscheibe 240 auf. Der Steg 237 ist an seinem freien Axialende formschlüssig mit dem zweiten Kolben 18 verbunden. Die axiale Richtung A fällt dabei axial mit den Richtungen der Linearbewegung des zweiten Kolbens 18 zusammen.
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Im Ventilarbeitsraum 230 kragt entlang eines Axialabschnitts ein ringförmiger Anlagekragen 245 radial nach innen ein. Der Radius des inneren Umfangs des Anlagekragens 245 ist kleiner als der Radius des Außenumfangs der Stirnscheibe 240. An diesem Anlagekragen 245 kann die Stirnscheibe 240 bei entsprechender axialer Stellung des Ventilkolbens 235 axial dichtend anliegen.
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Es münden erster Leitungszweig 215 mit einer ersten Einmündung 255 und zweiter Leitungszweig 220 mit einer zweiten Einmündung 250 in axialer Richtung voneinander beabstandet in den Ventilarbeitsraum ein. Ferner weist der Ventilarbeitsraum 230 eine Ausmündung 260 in die Brennstoffleitung 205 auf. Zweite Einmündung 250 und Ausmündung 260 sind stegseitig der Stirnscheibe 240 am Ventilarbeitsraum 230 gelegen. Die erste Einmündung 255 hingegen ist stegabgewandt der Stirnscheibe 240 an dem Ventilarbeitsraum 230 befindlich.
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Nähert sich die Stirnscheibe 240 des Ventilkolbens 235 dem Anlagekragen 245, so verringert sich der Abstand zwischen Anlagekragen 245 und Stirnscheibe 240. Folglich steht von der ersten Einmündung 255 zur Ausmündung 260 fließendem Brennstoff lediglich ein kreisringförmiger Strömungspfad 270 mit verringertem Strömungsquerschnitt offen. Eine Strömung von Brennstoff von der ersten Einmündung 255 zur Ausmündung 260 ist folglich gedrosselt. Von der zweiten Einmündung 250 zur Ausmündung 260 fließender Brennstoff hingegen kann unabhängig von der Stellung des Ventilkolbens 235 um den Steg 237 herum zur Ausmündung 260 fließen. Das Drosselventil 225 wirkt folglich auf den zweiten Leitungszweig 220 nicht drosselnd. Lediglich eine (feststehende, also nicht stellbare) Engstelle 227 des zweiten Leitungszweiges 220 (in 6 nicht gesondert gezeigt) wirkt vorliegend in diesem zweiten Leitungszweig 220 auf die Brennstoffzufuhr drosselnd. Gelangt die Stirnscheibe 240 mit dem Anlagekragen 245 zur Anlage, so ist der erste Leitungszweig 215 vollständig gesperrt, da zwischen Anlagekragen 245 und Stirnscheibe 240 kein Strömungspfad 270 offen steht. Bei hinreichender Beabstandung von Stirnscheibe 240 und Anlagekragen 245 hingegen kann aus der ersten Einmündung 255 einströmender Brennstoff nahezu ungehindert zur Ausmündung 260 strömen. Entsprechend wird das Drosselventil 225 durch die axial lineare Bewegung des zweiten Kolbens 18 und die damit verbundene Stellung des Ventilkolbens 235 gestellt. Über die Ausmündung 260 des Drosselventils 225 werden erster Leitungszweig 215 und zweiter Leitungszweig 220 wieder zur Brennstoffleitung 205 zusammengeführt. Wie in 1 gezeigt umfasst das Gasturbinenaggregat ferner Sensoren 600 zur Erfassung von Betriebsparametern der Gasturbine. Diese Sensoren 600 sind mit einer Steuereinrichtung 700 zur Steuerung des Piezoaktors 36 und somit folglich zur Einstellung des Drosselventils 225 signalverbunden. Die Steuereinrichtung bewertet anhand der mittels der Sensoren 600 erfassten Betriebsparameter, ob und inwieweit die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffleitung 205 angepasst werden muss. Abhängig von dieser Bewertung übermittelt die Steuereinrichtung 700 ein Stellsignal an den Piezoaktor 36. Entsprechend des Stellsignals wird der Piezoaktor 36 betätigt. Infolge der Betätigung des Piezoaktors wird der Drosselventilkörper in seiner Lage geändert und somit die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffleitung 205 eingestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Piezoaktor 36 jeweils angepasst derart betätigt, dass die erfassten Betriebsparameter eine Sollgröße einnehmen oder Werte innerhalb eines Sollintervalls einnehmen.
