DE1020493B - Elektrische Regeleinrichtung zur Verhuetung von UEbertemperaturen in Rueckdruckbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung zur Verhütung von Übertemperaturen in Rückdruckbrennkraftmaschinen, insbesondere Gasturbinen-Strahltriebwerken mit querschnittsveränderlicher Schubdüse und Nachbrennereinrichtung.

Es sind elektrische Regeleinrichtungen für Strahltriebwerke bekannt, bei denen zwei auf die Triebwerkstemperatur einwirkende Steuergrößen durch eine von der herrschenden Triebwerkstemperatur abhängige Spannung im temperaturbegrenzenden Sinne beeinflußt werden. In einer solchen Temperatursteueranordnung, bei der z. B. die erste Steuergröße den Schubdüsenquerschnitt verändert und die zweite Steuergröße die Nachbrennertreibstoffzufuhr reguliert und. beide Steuergrößen mit Hilfe getrennter, von Hand einstellbarer Spannungsquellen gewonnen werden, ist eine dritte, auf die jeweils herrschende Triebwerkstemperatur ansprechende Spannungsquelle vorgesehen. Diese dritte Spannungsquelle, bestehend beispielsweise aus im Schubrohr des Triebwerks eingebauten Thermoelementen in Verbindung mit einer Batterie, dazugehörigen Verstärkereinrichtungen usw., liefert eine in Abhängigkeit von der Triebwerkstemperatur schwankende Regelspannung, mit welcher die von Hand einstellbaren Spannungsquellen so geregelt werden, daß ihre Ausgangsspannungen und damit die beiden Steuergrößen auf Werte begrenzt werden, die ein Überschreiten einer bestimmten Triebwerkstemperatur, beispielsweise der zulässigen Höchsttemperatur, verhindern.

Für eine derartige Anordnung ist es weiter bekannt, die von Hand einstellbaren Spannungsquellen so miteinander zu koppeln, daß durch Vorrücken eines gemeinsamen Betätigungshebels, z. B. des Flugzeuggashebels, zuerst die eine Steuergröße mit progressiv ansteigendem Wert und dann die andere Steuergröße, ebenfalls mit progressiv ansteigendem Wert, wirksam wird. Es wird also beispielsweise im Zuge der Triebwerksbeschleunigung zunächst die Haupttreibstoffzufuhr progressiv erhöht und dann, von einem bestimmten Drehzahlwert ab, der Schubdüsenquerschnitt unter gleichzeitiger Einschaltung der Nachbrennereinrichtung verkleinert. Dabei wird die temperaturabhängige Regelspannung jeweils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, ausgedrückt durch die jeweilige Stellung des gemeinsamen Betätigungshebels, eingesetzt. So wird z. B. während einer bestimmten Anfangsbeschleunigung, entsprechend etwa einer Stellung I des Betätigungshebels, lediglich die Haupttreibstoffzufuhr eingestellt, während die Regelspannung abgeschaltet, d. h. die Temperaturbegrenzung unwirksam bleibt. Bei fortschreitender Beschleunigung, entsprechend einer Hebelstellung II, wird die Temperaturbegrenzung wirksam, und zwar in der Elektrische Regeleinrichtung

zur Verhütung von Übertemperaturen

in Rückdruckbrennkraftmaschinen

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Bruce Arrington Wells, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Weise, daß die Regelspannung lediglich auf die Haupttreibstoffzufuhr einwirkt. Bei noch weiter erhöhter Beschleunigung, entsprechend einer Hebelstellung III, wird die Temperaturbegrenzung von der Haupttreibstoffzufuhr auf das inzwischen eingeschaltete Düsenquerschnitt-Nachbrennersystem umgeschaltet, d. h., die Regelspannung wirkt jetzt statt auf die erste auf die zweite Steuergröße ein.

Dieses bekannte System hat den Nachteil, daß das Einschalten und Umschalten der Temperaturbegrenzung rein schematisch über den Betätigungshebel in Abhängigkeit von dessen Stellung, dagegen unabhängig von der tatsächlichen Triebwerkstemperatur erfolgt. Würde bei einer solchen Anordnung beispielsweise in der Hebelstellung III der Schubdüsenverstellmechanismus nicht mehr in der Lage sein, die Triebwerkstemperatur unterhalb der zulässigen Höchstgrenze zu halten, sei es, weil die maximale Düsenöffnung erreicht ist, sei es, weil die Temperatur schneller ansteigt, als die Düse sich zu öffnen vermag, sei es, weil der Mechanismus sich verklemmt oder versagt oder sei es aus irgendwelchen sonstigen in der Praxis auftretenden Ursachen, so· gäbe es kein automatisch wirkendes Mittel zur Temperaturbegrenzung und Verhütung von schädlichen Übertemperaturen mehr. Der Pilot oder Fahrer müßte in diesem Falle, vorausgesetzt, daß er das Auftreten von Übertemperaturen überhaupt wahrnimmt, das Triebwerk von Hand drosseln, d. h. den Betätigungshebel zurückdrehen. Es ist klar, daß vom Standpunkt der Betriebssicherheit aus, die naturgemäß besonders bei Flugzeugantrieben eine außerordentlich wichtige Rolle

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spielt, hier ein entscheidender Mangel vorliegt, dem In der Zeichnung, die ein Schaltbild einer Ausfühabzuhelfen ein echtes Bedürfnis der Technik ist. rungsform der Erfindung wiedergibt, ist ein Gas-Die Erfindung, die sich die Behebung dieses Man- turbinen-Strahltriebwerk 10 für Flugzeuge gezeigt, gels zur Aufgabe gemacht hat, beruht nun auf dem Das Triebwerk — im Volksmund häufig als »Turbo-Gedanken, zwei Temperatursteuergrößen der aufge- 5 jet« bezeichnet — besteht aus einem Rotor 11, einem zeigten Art, von denen beispielsweise die eine den Kompressor 12 und einem Turbinenrad 13. Der Treib-Düsenverstellmechanismus und die andere die Nach- stoff wird der Hauptverbrennungskammer 14 bei 15 brennertreibstoffzufuhr steuert, durch die temperatur- aus einer Haupttreibstoffleitung 16 zugeführt. Die in abhängige Regelspannung nacheinander zu beein- die Leitung 16 zu fördernde Treibstoffmenge kann flüssen, wobei nicht nur die Regelspannung selbst, io durch einen Haupttreibstoffregler 17 geregelt werden, sondern auch der Zeitpunkt des Umschaltens der Bei dem Regler 17 kann es sich um einen gewöhn-Regelspannung von der einen auf die andere Steuer- liehen Treibstoff-Drehzahlregler handeln, der mit dem größe von der herrschenden Triebwerkstemperatur ab- Rotor 11 eine schematisch bei 18 angedeutete Verbinhängig ist. Wenn z. B. anfänglich auf den Düsenver- dung zur Wahrnehmung der Rotordrehzahl besitzt. Stellmechanismus eingewirkt wird, dieser aber die is Die verschiedenen Drehzahlsollwerte können vom Temperatur nicht mehr unterhalb der vorbestimmten Fahrer oder Piloten mittels eines Schubwählquadran-Höchstgrenze zu halten vermag, so wird bei einem ten 20 über eine mechanische Verbindung mit dem nur sehr geringen weiteren Temperaturanstieg auto- Haupttreibstoffregler 17, z. B. über die schematisch matisch die Nachbrennertreibstoffzufuhr gedrosselt angedeutete Welle 19, gewählt werden, und so auf einem anderen Wege die Temperatur be- 20 Das Triebwerk 10 besitzt ein Schubrohr 21, das die grenzt. Dabei erfolgt das »Umschalten« von der einen aus der Turbine 13 austretenden Gase aufnimmt, auf die andere Steuergröße, d. h. der Übergang vom Durch geeignete Vorrichtungen kann dafür gesorgt einen zum anderen Teil der nacheinander in Tätigkeit werden, daß, wie es z. B. bei 22 angedeutet ist, aus tretenden Regeleinrichtung, mit minimaler zeitlicher einer zweiten Kraftstoffleitung 23 zusätzlicher Treib-Verzögerung, was zur weiteren Erhöhung der Betriebs- 25 stoff eingeleitet wird. Dieser zusätzliche Treibstoff sicherheit beiträgt. wird mitunter als »Nacherhitzungs«- oder »Nach-Ausgehend von einer elektrischen Regeleinrichtung brenner«-Treibstoff bezeichnet. Die Förderung an der eingangs erwähnten Art mit einer ersten von Nachbrennertreibstoff durch die Treibstoffleitung 23 Hand einstellbaren Spannungsquelle zur Erzeugung kann mittels eines Treibstoffventils 24 in der Weise einer einen ersten Temperatursteuermechanismus be- 3° verändert werden, daß die Fördermenge der Stellung tätigenden Spannung, einer zweiten von Hand ein- eines Ventilstellnockens, z. B. des Nockens 25, propor-Stellbaren Spannungsquelle zur Erzeugung einer einen tional ist. Der Nocken 25 wird durch einen Stellmotor zweiten Temperatursteuermechanismus betätigenden 26 eingestellt. Die Erregung des Motors 26 und damit Spannung und einer auf die momentan herrschende die Umstellung des Treibstoffventils 24 kann durch Triebwerkstemperatur ansprechenden dritten Span- 35 ein Potentiometer 27, das über eine Welle 28 mit dem nungsquelle zur Erzeugung einer auf die erste bzw. Schubwähler 20 verbunden ist, gesteuert werden, und die zweite Spannungsquelle im temperaturregelnden zwar ist zu diesem Zweck eine Nachlaufsteuervorrich-Sinne einwirkenden Spannung wird erfindungsgemäß tung vorgesehen, die im folgenden beschrieben werden vorgeschlagen, daß in der dritten Spannungsquelle soll.

eine elektrische Schleuse vorhanden ist, die bei Ab- 4° Das Potentiometer 27 liegt an einer Spannungsweichen der Triebwerkstemperatur von einem vor- quelle, z.B. der Batterie 30. Die durch die Einstellung bestimmten Höchstwert lediglich solche Spannungen gewählte Spannung wird über eine Leitung 31, einen durchläßt, deren Polarität auf Temperaturerniedri- Widerstand 32 und eine Leitung 33 einem Verstärker gung gerichtet ist, wobei am Ausgang der dritten 34 zugeführt, der daraufhin erregt wird und seiner-Spannungsquelle ein Spannungsteiler liegt, an dessen 45 seits den Motor 26 über die Motorleitungen 35 erregt einer Abnahmeklemme eine einem ersten Höchsttem- und auf diese Weise für eine entsprechende Umstelperaturwert entsprechende höhere Ausgangsspannung lung des Nockens 25 und damit des Treibstoffventils und an dessen zweiter Abnahmeklemme eine einem 24 sorgt. Die Motorwelle 36 besitzt eine Verlängeetwas höheren zweiten Höchsttemperaturwert ent- rung, die mit einem Nachlaufpotentiometer 37 versprechende niedrigere Ausgangsspannung auftritt, 5° bunden ist. Das Potentiometer 37 liegt an einer Span- und daß die beiden Abnahmeklemmen dieses Span- nungsquelle, z. B. an einer Batterie 38, und ist ferner nungsteilers über Leitungsverbindungen je an die am gemeinsamen Masseanschlußpunkt 39 mit dem erste bzw. an die zweite Spannungsquelle oder um- Wählpotentiometer 27 verbunden. Die Batterien 30 gekehrt angeschlossen sind. und 38 sind, wie aus der Abbildung ersichtlich, so Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, 55 geschaltet, daß die beiden äußeren Enden der beiden die den zusätzlichen Vorteil einer außerordentlichen Potentiometer 27 und 37 gegenüber Masse entgegenEinfachheit hat und bei der die dritte Spannungs- gesetzte Polaritäten haben. Wird durch eine Anfangsquelle eine Brückenschaltung aufweist, in der eine bewegung des Potentiometers 27 das System erregt, durch im Schubrohr des Triebwerks angeordnete so wird daraufhin das Nachlaufpotentiometer 37 über Thermoelemente od. dgl. erzeugte Spannung mit einer 60 die Motorwelle 36 in einer solchen Richtung verder gewünschten Höchsttemperatur entsprechenden schoben, daß an der Bürste des Potentiometers 37 eine voreinstellbaren Normalspannung verglichen und die Spannungsänderung auftritt, deren Polarität der PoIaresultierende Kompensationsspannung der elektrischen rität der sich aus der Anfangsbewegung der Bürste Schleuse zugeleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, des Potentiometers 27 ergebenden Spannungsänderung daß die Schleuse eine Elektronenröhre ist, deren nor- 65 am Punkt 31 entgegengesetzt ist. Diese entgegenmalerweise bis zum Verriegelungspunkt vorgespann- gesetzt gepolte Spannung wird vom Potentiometer 37 tes Steuergitter die Kompensationsspannung empfängt, über eine Leitung 40 und einen Widerstand 41 in die und wird der Spannungsteiler durch die Reihenschal- Leitung 33, die den Eingang zum Verstärker 34 tung zweier Kathodenwiderstände gebildet, wobei die bildet, gekoppelt. Die von den Potentiometern 27 Röhre als Kathodem'erstärker arbeitet. 70 und 37 gelieferten Signale gelangen daher über die

Widerstände 32 bzw. 41 in die gemeinsame Leitung 33 und werden dort zueinander addiert. Die Widerstände 32 und 41 haben zweckmäßigerweise gleiche ohmsche Werte. Ist die in der Leitung 40 erscheinende Spannung des Potentiometers 37 von genau der gleichen Größe, jedoch entgegengesetzter Polarität wie die in der Leitung 31 auftretende Spannung des Wählpotentiometers 27, so führt die gemeinsame Leitung 33 Nullpotential, und es wird kein Eingangssignal in den Verstärker 34 geschickt. Damit ist der gewünschte »Nachlauf«-Effekt erreicht, auf Grund dessen sich durch entsprechende Einstellung des Schubwählers 20 die Förderung an Nachbrennertreibstoff beliebig ändern läßt; und zwar erfolgt diese Änderung in der Weise, das am Potentiometer 27 eine neue Spannung gewählt, über die Leitung 33 ein entsprechendes Signal in den Verstärker 34 geschickt, dadurch der Motor 26 bewegt und das Treibstoffventil 24 entsprechend umgestellt wird. In dem Augenblick, wo die gewünschte Umstellung vollzogen ist, hat das Nachlaufpotentiometer 37 eine Lage erreicht, bei der seine Spannung die vom Potentiometer 27 gewählte Spannung aufhebt und damit das Potential in der Leitung 33 zu Null wird, d. h. der Verstärker 34 kein Eingangssignal erhält.

Eine Sprungstabilisierung für den bisher beschriebenen Teil der Steuervorrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß man parallel zum Widerstand 41 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 45 und einem Kondensator 46 vorsieht. Da es sich bei dem Ganzen um eine mit Gleichstrom betriebene Anordnung handelt, bedeutet der Kondensator 46 — statische Betriebsverhältnisse vorausgesetzt — eine Unterbrechung des Stromkreises. Wird jedoch die Stellung des Motors 26 sehr schnell geändert, was einer sehr schnellen Bewegung des Potentiometers 37 und damit einer sehr raschen Änderung der Spannung am Widerstand 41 entspricht, so wird durch die Stabilisierungsstufe mit dem Widerstand 45 und dem Kondensator 46 eine Spannungsänderung in der Leitung 33 übertragen und damit ein »vorgreifendes« Signal, das der Sprungstabilisierung dient, gewonnen. Gleicht sich die Ladung des Kondensators 46 dem der neuen Einstellung des Potentiometers 37 entsprechenden neuen Spannungsniveau an, so verschwindet dieses Signal.

Das Schubrohr 21 des Triebwerks 10 wird durch einen der Veränderung des Düsenquerschnitts dienenden Düsenmechanismus 50 abgeschlossen. Dieser Mechanismus ist über ein geeignetes Gestänge oder Getriebe, das schematisch als Welle 51 angedeutet ist, mit einem Düsenflächenstellmotor 52 verbunden. Die Veränderung der Düsenfläche kann in der Weise erfolgen, daß der Motor 52 durch entsprechende Umstellung eines Potentiometers 53 erregt wird. Die Einstellung des Potentiometers 53 kann mittels des Schubwählers 20 über eine Welle 54 erfolgen. Das Potentiometer 53 kann so angeordnet sein, daß es den Motor 52 mit Hilfe einer Schaltungsanordnung steuert, die nahezu identisch mit dem zwischen dem Potentiometer 27 und dem Motor 26 eingeschalteten System ist; und zwar liegt das Potentiometer 53 an einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 55. Das vom Potentiometer 53 abgeleitete Signal wird über eine Leitung 56, einen Widerstand 57 und eine Leitung 58 in einen Verstärker 59 geschickt. Der Verstärker 59 ist so geschaltet, daß er über seine Ausgangsleitungen 60 den Motor 52 erregt. Die Welle 51 des Motors 52 besitzt eine schematisch bei 65 angedeutete Verlängerung, die mit einem Nachlaufpotentiometer 66 verbunden ist. Das Potentiometer 66 hat mit dem Potentiometer 53 einen gemeinsamen Masseanschluß 67. Es liegt an einer Spannungsquelle 68, deren Spannung ungefähr gleich groß, jedoch entgegengesetzt gerichtet ist wie die Spannung der Batterie 55. Entsprechend liefert das Nachlaufpotentiometer 66 ein Signal, dessen Polarität der Polarität des vom Wählpotentiometer 53 gelieferten Signals entgegengesetzt ist. Dieses Signal wird über die Leitung 69 und den Widerstand 70 in die gemeinsame Verstärkereingangsleitung 58 gekoppelt, so daß, wenn die gewählte Düseneinstellung durch entsprechende Umstellung des Motors 52 erreicht ist, das Nachlaufpotentiometer 66 eine solche Stellung einnimmt, daß es eine Spannung liefert, die die Spannung vom Wählpotentiometer 53 genau aufhebt, womit der Verstärker über die gemeinsame Leitung 58 keine Eingangsspannung erhält. Der bisher beschriebene Teil der Anordnung, der das Wählpotentiometer 53 mit dem Motor 52 verbindet, kann im wesentlichen mit dem das Potentiometer 27 und den Motor 26 miteinander verbindenden Schaltungsteil identisch sein. Eine Sprungstabilisierung entsprechend der Kombination aus dem Widerstand 45 und dem Kondensator 46 ist in diesem Fall allerdings nicht vorgesehen. Die soeben beschriebenen Schaltungseinheiten, die zur Einstellung der Düsenöffnung bzw. des Nachbrennertreibstoffventils dienen, sollen im folgenden als Düsen- bzw. Nachbrennersteuervorrichtung bezeichnet werden.

Im Schubrohr 21 des Triebwerks 10 können mehrere temperaturempfindliche Einrichtungen, z. B. Thermoelemente 75, von denen in der schematischen Zeichnung nur zwei gezeigt sind, angeordnet sein. Diese Thermoelemente dienen dazu, die Schubrohrtemperatur zu messen. Da die Turbine 13 im Hinblick auf Übertemperaturen und sich hieraus ergebende Schädigungen als der kritischste Teil des Triebwerks anzusehen ist, sollen die Thermoelemente 75 zweckmäßigerweise an der für die Ermittlung der Turbinentemperatur, d. h. der Temperatur der aus der Turbine austretenden Gase, allerbestmöglichen Stelle angeordnet sein. Die in den Thermoelementen 75 entwickelten Temperatursignale können über Leitungen 76 einer Temperaturregelstufe zugeführt werden. Diese Stufe, die mit ihren nachgeschalteten Organen die eigentlichen Bestandteile der Erfindung enthält, umfaßt eine Normalspannungsquelle 77 und einen Verstärker 78. Mittels eines Regelpotentiometers 79, das an der Normalspannungsquelle 77 liegt, wird eine Spannung gewählt, die der von den Thermoelementen gelieferten Spannung entgegenwirkt und diese bei einer bestimmten gewünschten Höchsttemperatur genau aufhebt. Weicht die Temperatur von diesem Höchstwert ab, so wird ein entsprechendes Temperaturfehlersignal in den Verstärker 78 geschickt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 78 wird über einen Kopp el widerstand 82 dem Steuergitter 80 einer Elektronenröhre 81 zugeführt. Der Kathodenkreis der Röhre 81 wird durch Kathodenwiderstände 83 und 84 sowie eine Kathodenvorspannungsquelle, wie z. B. die Batterie 85, vervollständigt. Der Anodenkreis der Röhre 81 wird durch eine Spannungsquelle, wie z. B. die Batterie 86, vervollständigt. Von den Kathodenverstärkungswiderständen 83 und 84 führen Leitungsverbindungen 87 und 88 über Dioden 89 bzw. 90 zu den entsprechenden Verstärkereingängen 58 bzw. 33.

Wird die gewünschte Höchsttemperatur erreicht und durch die Thermoelemente wahrgenommen, so wird die Temperaturstufe einschließlich des Verstärkers 78 in der Weise wirksam, daß bei Überschrei-

tung des Höchstwertes ein verstärktes Spannungssignal über den Koppelwiderstand 82 auf das Gitter 80 der Röhre 81 übertragen und damit die Röhre 81 entriegelt wird. Fällt die Temperatur unter den Höchstwert ab, so wird lediglich das Potential des Gitters 80 weiter erniedrigt, so daß die Röhre 81 verriegelt bleibt.

Wird die Röhre 81 leitend, so erscheinen an den Kathodenverstärkerwiderständen 83 und 84 entspreist im Hinblick auf eine Verhinderung von Maschinenschäden praktisch zu vernachlässigen. Demgegenüber sind die Vorteile, die durch das Nacheinander-in-Tätigkeit-treten des Düsenöffnungsmechaiiismus und des Stellmechanismus für das Nachbrennertreibstoffventil auf diese Weise erreicht werden, sehr groß.

Der Fall, bei dem eine entsprechende Temperaturbegrenzung durch fortgesetztes Vergrößern der Düsenaustrittsfläche nicht mehr bewerkstelligt werden kann

Kathodenverstärkerwiderständen 83 und 84 entspre- austrmsnauic muu ..iv,., ^.

chende Spannungen. Ist der Stromfluß in der Röhre 81 ¹⁰ und folglich eine Drosselung der Zufuhr an Nach-

" --- ^J— τ»-■"·«-;- an r,_a_ hrennertreibstoff erforderlich ist, tritt gewöhnlich

genügend kräftig, um die von der Batterie 85 gelieferte Vorspannung aufzuheben und in positiver Richtung zu übersteigen, so erscheint in der zur Anode der Diode 89 führenden Leitung 87 eine gegenüber Masse positive Spannung. Dadurch wird die ¹S Diode 89 leitend, so daß damit über die Diode 89 eine Leitungsverbindung zwischen den Widerständen 83, 84 und der Leitung 58 geschaffen wird.

Die Polaritätsverhältnisse in der Düsenregelstufe sind so beschaffen, daß ein in der Leitung 58 erschei- ^ao nendes positives Potential für eine Bewegung des Düsenstellmotors 52 in der Öffnungsrichtung sorgt. Wie bereits erwähnt, hat eine derartige Vergrößerung des Düsenquerschnitts eine Erniedrigung der im Triebwerk herrschenden Temperatur zur Folge, was genau ^a5 dem Effekt entspricht, der bei Überschreitung der gewählten Höchsttemperatur erwünscht ist. _%

Ebenso tritt, wenn die Röhre 81 leitend ist, in der zur Anode der Diode 90 führenden Leitung 88 eine positive Spannung auf, die zur Folge hat, daß die Diode 90 leitet und in der Leitung 33 eine entsprechende positive Spannung auftritt. Diese Spannung sorgt dafür, daß das Kraftstoffventil 24 im Sinne einer Erniedrigung der Kraftstofförderung und damit gleichfalls einer Erniedrigung der Triebwerkstemperatur umgestellt wird. Diese durch den Düsenregler und den Nachbrennregler ausgelösten Temperaturbegrenzungseffekte sind im wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Einstellung des Düsenwählpotentiometers 53 bzw. des Nachbrennwählpotentiometers 27.

Aus der gezeigten Schaltungsanordnung geht hervor, daß das Potential in der Leitung 87 positiver ist als das in der Leitung 88, und zwar um den am Kathodenwiderstand 83 abfallenden Spannungsbetrag. Dies bedeutet, daß bei allmählicher Erhöhung des ⁴S Stromflusses in der Röhre 81 die Diode 89 früher leitend wird als die Diode 90, und mithin die Temperaturbegrenzungsregelung der Düsenstufe im Sinne einer Erweiterung der Düsenfläche wirksam wird, ehe in der Nachbrennregelstufe irgendein Regeleffekt ein- 5o tätigt, so setzt. Tritt in der Anlage ein Zustand ein, bei dem die tung unabhängig v Triebwerkstemperatur durch den Öffnungseffekt der Düsenregelstufe allein nicht mehr genügend eingeschränkt werden kann, so genügt bei einer nur ge-

brennertreibstoff erforderlich ist, tritt gewöhnlich dann ein, wenn die Düse maximal geöffnet ist. Es kann jedoch auch vorkommen, daß der Düsenaustrittsflächensteller sich verklemmt oder beschädigt wird, so daß die maximale öffnung der Düse nicht erreicht werden kann. In einem solchen Falle tritt die Nachbrennerregelstufe über die Diode 90 sofort in Tätigkeit und sorgt dafür, daß durch Drosselung der Zufuhr an Nachbrennertreibstoff die Temperatur des Triebwerks ohne Rücksicht auf die Düsenstellung gedrosselt wird. Schließlich wird die Temperaturerniedrigung durch den Einfluß der Nachbrennregelstufe auch dann wirksam, wenn die Temperatur sich so rasch erhöht, daß die Düse nicht schnell genug geöffnet werden kann, um die Erhöhung aufzufangen. Die selbsttätige Temperaturbegrenzungsstufe mit den Thermoelementen 75, dem Verstärker 78 sowie den dazugehörigen, über die Diode 89 mit dem Düsenregler und über die Diode 90 mit dem Nachbrennregler verbundenen Schaltungsorganen wird lediglich dann wirksam, wenn diejenige Höchsttemperatur erreicht ist, die durch entsprechende Einstellung des Bezugstemperaturpotentiometers 79 gewählt worden ist. Unter sämtlichen übrigen Betriebsbedingungen wird die Einstellung der Düsenöffnung und der Zufuhr an Nachbrennertreibstoff ausschließlich mit Hilfe der Wählpotentiometer 53 und 27, die beide über den Schubwähler 20 z. B. von Hand betätigt werden können, gesteuert. Durch die Anschlüsse der Temperaturstufe über die Dioden 89 und 90 wird eine Einweg-Begrenzungsreglung geschaffen. Das heißt, den Verstärkereingangsleitungen 58 und 33 kann über die entsprechenden Dioden 89 bzw. 90 lediglich eine positive Spannung zugeführt werden, was eine Temperaturerniedrigung zur Folge hat. Wird entweder das Wählpotentiometer 53 oder das Wählpotentiometer 27 unabhängig im Sinne einer Temperaturerniedrigung (Öffnung der Düse oder Erniedrigung der Zufuhr an Nachbrennertreibstoff) ζ. B. von Hand bedie betreffende Steuervorrichder selbsttätigen Temperaturselbst dann wirksam, wenn die Tiperaturbegrenzungsstufe gerade in -ausgesetzt, daß durch die unabhängige

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geringen zusätzlichen Stromfluß in der Röhre 81 entspricht, die in der Leitung 88 auf Grund des Spannungsabfalls am Kathodenwiderstand 84 verfügbare Spannung, um die Diode 90 zu entriegeln und damit die Nachbrennregelstufe im Sinne einer Begrenzung der Triebwerkstemperatur in Tätigkeit zu setzen. Der Temperaturanstieg von dem Punkt, bei dem die Höchsttemperaturbegrenzung noch durch Öffnung der Düse allein erreicht wird, bis zu dem Punkt, bei dem die weitere Höchstbegrenzung durch Drosselung der Zufuhr an Nachbrennertreibstoff erreicht wird, kann normalerweise so gewählt werden, daß er weniger als 2^fl/a des gesamten Anstieges der Triebwerkstemperatur über die Außentemperatur ausmacht. Dieser _{der selbst}. hinabgeführt

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Spannung nicht nur durch die positive Spannung vom Nachlaufpotentiometer 66, sondern auch durch einen Spannunigsabf all aufgehoben wird, der sich, infolge des Stromflusses durch die Diode 89 und damit durch den Koppelwiderstand 57 ergibt; und zwar ruft dieser Stromfluß im Widerstand 57 eine größeren Spannungsabfall hervor als im Widerstand 70, so daß damit die Verstärkereingangsspannung in der Leitung 58 Null wird. Anders ausgedrückt: Wegen des zusätzlichen Spannungsabfalls am Widerstand 57 infolge der Stromleitung durch die Diode 89 sorgt das Nachlaufpotentiometer 66 für eine Nachstellung des Düsenbetätigungssystems auf eine größere Düsenöffnung, als sie bei kleinerem Spannungsabfall am Widerstand 70 gewählt ist.

An sich soll die Düsenstufe so schnell als irgend möglich., und zwar ungehemmt durch merkliche Stahilisierungseffekte, ansprechen. Es kann, jedoch unter Umständen erforderlich sein, zwischen dem Motor 52 und dem Verstärker 59 eine gewisse Stabilisierung vorzusehen. Eine derartige Stabilisierung kann auf verschiedene Weise mit üblichen Mitteln bewerkstelligt werden. Sobald allerdings die Temperaturbegrenzung der Düsenstufe wirksam wird, kann die Stabilität der Anordnung zu einem Problem werden, und zwar hauptsächlich wegen des thermischen Zeitverzuges in den Thermoelementen. Es ist daher erwünscht, daß die Anordnung unter normalen Betriebsbedingungen sehr rasch anspricht, wohingegen für die Düsenstufe eine vorgreifende Stabilisierung dann wirksam sein sollte, wenn die Stufe im Sinne einer selbsttätigen Temperaturbegrenzung tätig ist. Zu diesem Zweck ist vom Nachlauf potentiometer 66 über einen Kondensator 95 und einen Widerstand 96 eine Verbindung nach dem Gitter 80 der Röhre 81 vorgesehen. Über diese Verbindung wird bei irgendwelchen Änderungen in der Einstellung der Düse 50 ein »vorgreifendes« Sprungsignal geliefert, das für eine Stabilisierung der Düsensitufe sorgt; und zwar ist diese Stabilisierung während der temperaturbegrenzenden selbsttätigen Arbeitsphase wirksam, da lediglich, während dieser Phase das Gitter 80 auf die Stufe eine Regelwirkung ausübt. Unter allen übrigen Betriebsbedingungen kann der Düsensteller völlig frei und unbeeinflußt bzw. ungehemmt durch derartige Stabilisierungssignale mit großer Sprungansprechgeschwindigkeit arbeiten. Eine entsprechende Stabilisierung für das Nachbrennsystem ist in Form der früher beschriebenen Anordnung aus dem Widerstand 45 und dem Kondensator 46 vorgesehen. Eine Unterdrückung dieses Stabilisierungseffektes in Fällen, wo die Temperaturbegrenzung der Nachbrennstufe nicht wirksam ist, ist in diesem Falle nicht erforderlich.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die vom Schubwähler 20 nach den drei verschiedenen Einheiten der Anordnung geführten und durch die Wellen 54, 28 und 19 angedeuteten Verbindungen eine gegebene Umschaltbewegung des Schubwählers 20 auf diese drei Einheiten in der Weise übertragen, daß diese Einheiten der Wählerbewegung streng linear folgen. Vielmehr können innerhalb dieser Verbindungen (nicht gezeigte) mechanische Nocken vorgesehen sein, die den genannten Einheiten der Anordnung nach einem vorbestimmten Schema bei jeweils verschiedenen Verstellwinkeln des Schubwählers unterschiedliche Einstellungen erteilen. Eine solche Nichtlinearität ist besonders in den elektrisch gesteuerten Düsen- und Nachbrenneinheiten der Anlage angebracht; und zwar kann man zu diesem Zweck Wählpotentiometer 53 und 27 verwenden, die eine dem gewünschten Schema entsprechende nichtlineare Widerstandscharakteristik haben. Eine derartige Maßnahme ist insofern von Vorteil, als keine Nocken benötigt werden und dadurch für den gesamten Apparat eine Einsparung an Umfang und Gewicht erreicht wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ferner auf elektrischem Wege für ein gewisses »Spiel« insofern gesorgt, als das Nachbrennwählpotentiometer 27 einen widerstandslosen Teil 97 aufweist.

Bei normalem Vorschub des Schubwählers 20 kann der Haupttreibstoffregler über die Verbindung 19 bis zu dem Punkt gehoben werden, wo die Höchstdrehzahl erreicht ist. Zugleich kann die Düsenöffnung durch Drehung der Welle 54 im Uhrzeigersinne allmählich verringert werden, und zwar durch eine entsprechende Änderung der Einstellung des Wählpotentiometers 53. Das Potentiometer 27 wird über die Wellenverbindung 28 gleichfalls im Uhrzeigersinne nach vorwärts so lange gedreht, bis auf diesem Potentiometer der widerstandslose Teil 97 vom Gleitkontakt überfahren wird. In diesem Augenblick wird die Zufuhr an Nachbrennertreibstoff ausgelöst. An einem bestimmten Punkt dieser auf Schuberhöhung gerichteten Tätigkeit der Anordnung wird die Höchsttemperatur des Triebwerks erreicht, und die in diesem Augenblick einsetzende Stromleitung durch die Diode 89 löst den Temperaturbegrenzungseffekt der selbsttätigen Düsenregelstufe im Sinne einer allmählichen Wiederöffnung der Düse aus, und zwar entgegen den auf weitere Schließung der Düse gerichteten Forderungen des Wählpotentiometers 53. Ist der Punkt erreicht, wo der Düsenöffnungseffekt nicht mehr ausreicht, um die Temperatur des Triebwerks weiter zu begrenzen, so wird die Diode 90 leitend und veranlaßt, daß die Einstellung des Nachbrennertreibstoffventils unter denjenigen Wert, der durch das Wählpotentiometer 27 vorgeschrieben ist, herabgedrückt wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   -1. Elektrische Regeleinrichtung zur Verhütung von Übertemperaturen in Rückdruckbrennkraftmaschinen, insbesondere Gasturbinen-Strahltriebwerken mit querschnittsveränderlicher Schubdüse und Nachbrennereinrichtung, mit einer ersten von Hand einstellbaren Spannungsquelle zur Erzeugung einer einen ersten Temperatursteuermechanismus betätigenden Spannung, einer zweiten von Hand einstellbaren Spannungsquelle zur Erzeugung einer einen zweiten Temperatursteuermechanismus betätigenden Spannung und einer auf die momentan herrschende Triebwerkstemperatur ansprechenden dritten Spannungsquelle zur Erzeugung einer auf die erste bzw. die zweite Spannungsquelle im temperaturregelnden Sinne einwirkenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Spannungsquelle eine elektrische Schleuse (81) vorhanden ist, die bei Abweichen der Triebwerkstemperatur von einem vorbestimmten Höchstwert lediglich solche Spannungen durchläßt, deren Polarität auf Temperaturerniedrigung gerichtet ist, wobei am Ausgang der dritten Spannungsquelle ein Spannungsteiler (83, 84) liegt, an dessen einer Abnahmeklemme eine einem ersten Höchsttemperaturwert entsprechende höhere Ausgangsspannung und an dessen zweiter Abnahmeklemme eine einem etwas höheren zweiten Höchsttemperaturwert entsprechende niedrigere Ausgangsspannung auftritt, und daß die beiden Ab-

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   nahmeklemmen dieses Spannungsteilers über Leitungsverbindungen (87 bzw. 88) je an die erste (58...).. bzw. an die zweite Spannungsquelle - (33 ...) oder umgekehrt angeschlossen sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Temperatursteuermechanismus den Schubdüsenquerschnitt verstellt und der zweite Temperatursteuermechanismus den Nachbrennertreibstofffluß reguliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (83, 84) über seine die höhere Ausgangsspannung führende Abnahmeklemme an die erste Spannungsquelle (58 ...) und über seine die niedrigere Ausgangsspannung führende Abnahmeklemme an die zweite Spannungsquelle (33 .. .) angeschlossen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungsverbindungen (87 bzw. 88) zwischen den Spannungsteiler-Abnahmeklemmen und der ersten (58 . . .) bzw. zweiten Spannungsquelle (33 .. .) Dioden (89 bzw. 90) liegen, die so gepolt sind, daß sie vom Spannungsteiler her lediglich die auf Temperaturerniedrigung gerichteten Ausgangsspannungen durchlassen.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die dritte Spannungsquelle eine Brückenschaltung aufweist, in der eine durch im Schubrohr des Triebwerks angeordnete Thermoelemente od. dgl. erzeugte Spannung mit einer der gewünschten Höchsttemperatur entsprechenden voreinstellbaren Normalspannung verglichen und die resultierende Kompensationsspannung der elektrischen Schleuse zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse (81) eine Elektronenröhre ist, deren normalerweise bis zum Verriegelungspunkt vorgespanntes Steuergitter (80) die Kompensationsspannung empfängt, und daß der Spannungsteiler (83, 84) durch die Reihenschaltung zweier Kathodenwiderstände gebildet wird, wobei die Röhre als Kathodenverstärker arbeitet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige (83) der beiden Kathodenwiderstände, an dessen beiden Klemmen die verschieden hohen Ausgangsspannungen abgenommen werden, klein gegenüber dem anderen Kathodenwiderstand (84) ist.
6. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zwischen die dritte Spannungsquelle (78) und eine der beiden anderen Spannungsquellen (58 .. . oder 33 .. .) ein aus einem i?C-Glied (95, 96) od. dgl. bestehendes Stabilisierungsnetzwerk zur stabilisierenden Dämpfung des Regelverhaltens der Einrichtung geschaltet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 301 913;
   französische Patentschrift Nr. 1 066 580;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 705 864.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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