DE1044524B

DE1044524B - Control device for internal combustion turbines

Info

Publication number: DE1044524B
Application number: DED17312A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Neher
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1954-03-15
Filing date: 1954-03-15
Publication date: 1958-11-20

Description

Turbinenschaufeln von Brennkraftmaschinen sind vor allem durch die hohe Temperatur der die Turbine treibenden Brenngase gefährdet. Dies gilt sowohl für die Leitschaufeln als auch für die Laufschaufeln, wobei letztere zusätzlich durch hohe Fliehkräfte mechanisch beansprucht werden. Andererseits soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Betriebstemperatur möglichst hoch gewählt werden. Die Festigkeit des Schaufelwerkstoffes nimmt jedoch bei steigenden hohen Temperaturen stark ab, während gleichzeitig die durch das Fließen des Werkstoffes verursachten Verformungen mit steigender Temperatur stark zunehmen. Kurzzeitige thermische Überbeanspruchungen verursachen wegen der im allgemeinen schlechten Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes hohe örtliche Beanspruchungsspitzen und können auf diese Weise Anlaß zu Rißbildungen geben. Schaufelschwingungen, die bei unverletzter Schaufel ungefährlich sind, können in diesem Falle einen Bruch der Schaufel herbeiführen. Turbine blades of internal combustion engines are mainly due to the high temperature of the turbine driving fuel gases endangered. This applies to both the guide vanes and the rotor blades, with the latter are also mechanically stressed by high centrifugal forces. On the other hand should be off For reasons of economy, the operating temperature should be selected as high as possible. The strength the blade material, however, decreases sharply with increasing high temperatures, while at the same time the deformations caused by the flow of the material increase sharply with increasing temperature. Short-term thermal overloads cause because of the generally poor Thermal conductivity of the material high local stress peaks and can in this way cause to give cracks. Blade vibrations which are harmless if the blade is not damaged, can break the blade in this case.

Es sind bereits Temperaturregler bekannt, die das Überschreiten einer maximal zulässigen Temperatur verhindern und zumeist Thermoelemente als Wärmefühler verwenden. Um hierbei die sehr schwachen Thermoelementströme zu verstärken, sind bereits Verstärker verwendet worden.There are already temperature regulators known that exceed a maximum permissible temperature prevent and mostly use thermocouples as heat sensors. To this end, the very weak Amplifiers have been used to amplify thermocouple currents.

Es ist ferner bekannt, magnetische Verstärker vorzusehen, die aus einem Magnetkern mit einer Eingangsspule, einer Ausgangsspüle und einer Hilfswicklung zur Verlagerung der Verstärkercharakteristik bestehen. Vorzugsweise ist dabei für den Magnetkern ein Sonderwerkstoff zu verwenden, der bei sehr kleinen Feldstärken eine hohe Permeabilität besitzt.It is also known to provide magnetic amplifiers which consist of a magnetic core with an input coil, an output sink and an auxiliary winding to shift the amplifier characteristic. A special material is preferably to be used for the magnetic core, which is very small field strengths has a high permeability.

Die Erfindung bezweckt eine besonders wirksame und auch unter ungünstigen äußeren Umständen betriebssichere Verstärkung des Regelstromes und besteht im wesentlichen darin, daß als Verstärker ein hydraulischer Verstärker vorgesehen ist, welcher insbesondere als Doppelverstärker mit durch einen Waagebalken od. dgl. verbundenen, entgegengesetzt, z. B. durch Spulen, betätigten Kolbensteueraggregaten ausgebildet. Dies ist besonders wichtig zur Erzielung einer Lagenunabhängigkeit, was beim Einbau in Fahrzeugen und insbesondere Flugzeugen von großem Vorteil ist. Infolge der Betätigung der Steueraggregate durch entgegengesetzt wirkende Spulen und durch Anordnung eines Waagebalkens zwischen den beiden Steueraggregaten kann ein vollkommener Gewichtsausgleich erfolgen.The invention aims at a particularly effective and reliable operation even under unfavorable external circumstances Amplification of the control current and consists essentially in that as an amplifier hydraulic booster is provided, which in particular as a double booster with a Balance beam od. Like. Connected, opposite, z. B. by coils, actuated piston control units educated. This is particularly important to achieve a position independence, which is when installing in Vehicles and especially aircraft is of great advantage. As a result of the actuation of the control units by opposing coils and by placing a balance beam between the two Control units can be completely counterbalanced.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem hydraulischen Verstärker ein an sich bekannter magnetischer Verstärker mit einer zusätzlichen Hilfswicklung zur Verlagerung der Verstärkercharakteristik vorgeschaltet ist. Es lassen sich hierdurch in besonders wirk-It is particularly advantageous if the hydraulic booster is a known magnetic booster Amplifier with an additional auxiliary winding to shift the amplifier characteristics upstream is. It can be used in a particularly effective

Regelvorrichtung für BrennkraftturbinenControl device for internal combustion turbines

Anmelder:Applicant:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136Daimler-Benz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Dr.-Ing. Eugen Neher, Stuttgart-Ob ertürkheim, ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Eugen Neher, Stuttgart-Ob ertürkheim, has been named as the inventor

samer und verhältnismäßig einfacher Weise insgesamt die Regelimpulse auf einen für die Praxis brauchbaren hohen Wert erreichen.s more and relatively simple way, the control impulses in total on a usable for practice achieve high value.

Zur Stabilisierung der Kraftstoffregelung, also· um ein Pendeln zu verhüten, ist vorzugsweise zwischen dem hydraulischen Verstärker und dem an sich bekannten, den Brennstoffregelhahn verstellenden Servomotor eine Rückführungseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise aus einem durch Federn in seiner Mittelstellung gehaltenen Kolben besteht, dessen beide Seiten durch eine mit verstellbarer Drossel versehene Umlaufleitung verbunden ist. Dieser Kolben bedient zugleich eine Einrichtung, die der Verstellwirkung der Verstärker entgegenwirkt.To stabilize the fuel regulation, that is · um to prevent oscillation, is preferably between the hydraulic booster and the known per se, the servomotor adjusting the fuel control valve is provided with a feedback device which consists for example of a piston held in its central position by springs, both of which Pages is connected by a circulation line provided with an adjustable throttle. This piston served at the same time a device that counteracts the adjustment effect of the amplifier.

Eine andere Ausführungsart der Rückführeinrichtung besteht darin, daß der genannte Kolben mit einem Schleifer zur Regelung eines Widerstandes in einer Wheatstoneschen Brücke verbunden ist, die ihrerseits mit einer in der Diagonalverbindung der Brücke angeordneten Spule auf den magnetischen Verstärker bzw. auf eine Stufe, vorzugsweise die erste Stufe, des magnetischen Verstärkers einwirkt und durch einen neben- oder vorgeschalteten Regelwiderstand regelbar ist.Another embodiment of the return device is that said piston with a Grinder for regulating a resistance in a Wheatstone bridge is connected, in turn with a coil arranged in the diagonal connection of the bridge to the magnetic amplifier or acts on a stage, preferably the first stage, of the magnetic amplifier and by a adjacent or upstream rheostat is controllable.

Zur Regelung der vorzuwählenden Temperatur und damit der Maschinenleistung ist beispielsweise ein Regelwiderstand angeordnet, welcher zweckmäßig derart an die Spule eines z. B. über einen Gleichrichter gelieferten Hilfsstromes angeschlossen ist, daß ein über den Regel wider stand, z. B. über eine Brücke, geleiteter regelbarer Hilfsstrom in der Spule dem konstanten Hilfsstrom teilweise gleichgerichtet und teilweise entgegengerichtet ist.To regulate the temperature to be preselected and thus the machine power, for example Arranged rheostat, which expediently in such a way to the coil of a z. B. via a rectifier supplied auxiliary current is connected that a was on the rule against, z. B. over a bridge, guided adjustable auxiliary current in the coil partially rectified and partly rectified to the constant auxiliary current is opposite.

Erfindungsgemäß sind ferner Einrichtungen vorgesehen, welche ein Pumpen der Turbine bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur innerhalb der Drehzahl-Temperatur-Charakteristik verhindert. Ein solches Pumpen, das vor allem in unkontrollierbarenAccording to the invention, devices are also provided, which pump the turbine when exceeded a certain temperature within the speed-temperature characteristic. A such pumping, especially in uncontrollable

£09 679/536£ 09 679/536

Kreisströmungen innerhalb der Turbinenschaufeln besteht, tritt dann auf, wenn bei plötzlichen Regelimpulsen die eingestellte Temperatur stark zunimmt, ohne daß die Drehzahl der Turbine diesem Regeliinpuls schnell genug folgt.There is circular flow within the turbine blades, occurs when there are sudden control pulses the set temperature increases sharply without the speed of the turbine being affected by this control pulse follows quickly enough.

Dieser beim Betrieb der Gasturbinen auftretenden Gefahr des Pumpens durch zu rasche Bedienung des Gashebels bzw. durch zu häufige Betätigung des Drosselorgan wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, daß man in Reihe mit dem Regelwiderstand, durch welchen der Hilfsstrom für die Regelung der höchstzulässigen Temperatur fließt, eine Spule mit genügend großer Induktivität legt. Bei plötzlicher Betätigung des Regelwiderstandes folgt der Hilfsstrom einem durch die Induktivität vorgeschriebenen Verlauf. Dieser kann durch richtige Dimensionierung so gewählt werden, daß der Stromanstieg und damit die Betätigung des Drossel- oder Absperrorgans für den Brennstoff so langsam erfolgt, daß ein Pumpen nicht auftritt. Gleichzeitig kann die erwähnte zusätzliche Drosselspule den Schutz der Turbinenschaufeln gegen zu hohe mechanische Spannungen, welche durch plötzliche Temperaturveränderungen entstehen, übernehmen. Da ihre Zeitkonstante in diesem Falle stets höher zu wählen ist, als wenn sie die Turbine nur gegen das Pumpen zu ~ schützen hat, so wird der Schutz gegen das Pumpen automatisch mit übernommen. ; j-This occurring during the operation of the gas turbines risk of pumping due to too rapid operation of the According to the invention, the throttle lever or too frequent actuation of the throttle element is countered by that one in series with the rheostat, through which the auxiliary current for the regulation of the maximum permissible temperature flows, a coil with a sufficiently large inductance is placed. In the event of sudden actuation of the control resistor, the auxiliary current follows a course prescribed by the inductance. This can be selected by correct dimensioning so that the current rise and thus the Actuation of the throttle or shut-off element for the fuel takes place so slowly that pumping does not occur occurs. At the same time, the mentioned additional choke coil can protect the turbine blades against too high mechanical stresses, which arise from sudden temperature changes, take over. Since in this case your time constant should always be chosen to be higher than if you were only using the turbine has to protect against pumping, the protection against pumping is automatically taken over. ; j-

Die Wirksamkeit einer _ solchen verzögernden Gegenwirkung kann noch erhöht werden, wenn statt einer Drosselspule ein Transformator benutzt wird, bei dem die Primärseite die Eigenschaften der erwähnten Drosselspule besitzt, während die Sekundärseite parallel zum Thermoelement an den Eingang des Verstärkes gelegt wird und dadurch bei richtiger Polung ein verzögertes Ansprechen des Drosselorgans über den Verstärker verursacht.The effectiveness of such a delaying counteraction can be increased if it takes place a choke coil a transformer is used, in which the primary side has the properties of the mentioned Has choke coil, while the secondary side is parallel to the thermocouple to the input of the amplifier is placed and thus with correct polarity a delayed response of the throttle body caused the amplifier.

Zur Erzielung einer linearen Abhängigkeit zwischen Gastemperatur der Turbine und Verstellweg des Kraftstoffregelorgans ist des weiteren zweckmäßig eine Einrichtung, z. B. ein mit dem Kraftstoffregelglied verstellbares Potentiometer, vorgesehen, welches auf einen zusätzlichen Stromkreis des Verstärkers, z. B. über einen in einer Wheatstoneschen Brücke angeordneten Regelwiderstand, einwirkt, insbesondere derart, daß unterhalb einer bestimmten Drehzahl dem Stromkreis ein zusätzlicher Stromimpuls zugeführt wird, welcher dem Verstärkerstrom mit abnehmender Drehzahl zunehmend entgegenwirkt.To achieve a linear relationship between the gas temperature of the turbine and the adjustment path of the Fuel regulating element is further expediently a device such. B. one with the fuel control member adjustable potentiometer, which is connected to an additional circuit of the amplifier, z. B. via a rheostat arranged in a Wheatstone bridge, acts, in particular such that below a certain speed the circuit is supplied with an additional current pulse which increasingly counteracts the amplifier current with decreasing speed.

In den Ausführungsbeispielen zeigtIn the embodiments shows

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung eines magnetischen Verstärkers sowie einer Kompensationsschaltung im Stromkreis eines Thermoelmentes,Fig. 1 shows the basic arrangement of a magnetic amplifier and a compensation circuit in the circuit of a thermocouple,

Fig. 2 die Charakteristik eines magnetischen Verstärkers für verschiedene Hilfsströme,2 shows the characteristics of a magnetic amplifier for different auxiliary currents,

Fig. 3 das Schema eines hydraulischen Verstärkers,3 shows the diagram of a hydraulic booster,

Fig. 4 ein Gesamtschaltbild eines Temperaturbegrenzers, 4 shows an overall circuit diagram of a temperature limiter,

Fig. 5 ein Regelschema eines solchen Temperaturbegrenzers, 5 shows a control diagram of such a temperature limiter,

Fig. 6 ein Gesamtschaltbild eines Temperaturreglers, 6 shows an overall circuit diagram of a temperature controller,

Fig. 7 eine Regelcharakteristik des Temperaturreglers, 7 shows a control characteristic of the temperature controller,

Fig. 8 ein Regeldiagramm für zwei entgegengesetzt wirkende Verstärker undFig. 8 is a control diagram for two oppositely acting amplifiers and

Fig. 9 ein Regelschema eines solchen Temperaturreglers. 9 shows a control diagram of such a temperature controller.

In Fig.l ist mit 11 eine Leitschaufel der Turbine und sind mit 12 zwei Leitschaufeln derselben bezeichnet. Die Schaufeln sind einer links von ihnen anzunehmenden Brennkammer nachgeschaltet. Der Brennstoff wird in beliebiger geeigneter Weise durch eine Pumpe einer Einspritzdüse der Brennkammer der Turbine zugeführt, welcher die Luft über einen nicht dargestellten Verdichter zuströmt. In der Brennstoffleitung ist z. B. ein Drossel- oder Absperrorgan angeordnet, welches in der nachfolgend beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Gas- bzw. Schaufeltemperatur der Turbine geregelt wird.In Fig.l, 11 is a guide vane of the turbine and 12 are two guide vanes of the same. The blades are connected downstream of a combustion chamber to the left of them. The fuel is in any suitable manner by a pump of an injection nozzle of the combustion chamber of the Turbine supplied to which the air flows through a compressor, not shown. In the fuel line is z. B. arranged a throttle or shut-off device, which is described below in the Way is regulated depending on the gas or blade temperature of the turbine.

Die Thermoelemente können an den Schaufeln selbst oder im Gasstrom liegen. In Fig. 1 ist das Thermoelement T am Turbinenaustritt angeordnet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß hier eine höhere Gasgeschwindigkeit und eine wesentlich gleichmäßigere Temperaturverteilung als am Brennkammeraustritt herrscht. Außerdem sind die Austrittstemperaturen nicht mehr so hoch wie an Turbineneintrittstemperaturen. Nachteilig ist jedoch die bei konstanter Leistung vom Quadrat der Drehzahl abhängige Temperaturdifferenz zwischen Turbineneintritt und -austritt. Mit steigender Drehzahl erzeugt daher der Temperaturfühler an den Anschlüssen 60, 61 eine zu hohe Spannung und zeigt damit eine zu hohe Temperatur an.The thermocouples can be on the blades themselves or in the gas flow. In Fig. 1, the thermocouple T is arranged at the turbine outlet. Such an arrangement has the advantage that there is a higher gas velocity and a much more uniform temperature distribution than at the combustion chamber outlet. In addition, the outlet temperatures are no longer as high as at turbine inlet temperatures. The disadvantage, however, is the temperature difference between the turbine inlet and outlet, which depends on the square of the speed at constant power. As the speed increases, the temperature sensor therefore generates an excessively high voltage at the connections 60, 61 and thus indicates an excessively high temperature.

Fig. 1 zeigt, wie dieser Einfluß der Drehzahl dadurch kompensiert werden kann, daß von der Thermosparmung eine mit der Drehzahl quadratisch sich ändernde Spannung, die aus einem kleinen Wechselspannungsgenerator über E₁ und einen Gleichrichter G₁ leicht herstellbar ist, durch Gegenschaltung bei 62, 63., z. B. beiderseits eines Widerstandes R₁, subtrahiert wird. Bei geeigneter Bemessung der Belastungswiderstände des Gleichrichters G₁ kann erreicht werden, daß der Strom in R₁ einen quadratischen Verlauf nimmt und der Regler auf die gewählte Temperatur der Schaufeln anspricht.Fig. 1 shows how this influence of the speed can be compensated by the fact that from the thermal insulation a voltage that changes quadratically with the speed, which can be easily produced from a small alternating voltage generator via E ₁ and a rectifier G ₁ , by counter-connection at 62, 63., e.g. B. on both sides of a resistor R _{1 is} subtracted. With a suitable dimensioning of the load resistances of the rectifier G _{1 it} can be achieved that the current in R _{1 takes} a quadratic course and the controller responds to the selected temperature of the blades.

In Fig. 1 ist nur ein Thermoelement T als Temperaturfühler gezeigt. In der Regel wird man jedoch mehrere, z. B. fünf bis acht Fühler parallel schalten, um auch über längere Zeiten stets die gleichen Verhältnisse an der Maschine halten zu können.In Fig. 1 only one thermocouple T is shown as a temperature sensor. As a rule, however, you will have several, z. B. connect five to eight sensors in parallel so that the same conditions on the machine can always be maintained over long periods of time.

Die Verstärkung des Thermostrom.es erfolgt zweckmäßig mittels eines magnetischen und hydraulischen Verstärkers. Das Prinzip des magnetischen Verstärkers V_m, der keinerlei Röhren oder bewegliche Teile enthält, ist in Fig. 1 dargestellt. Ein aus geschlossenen Blechringen eines Sonder werkstoff es, z. B. Mumetall, Permaloy C usw., gefertigter Körper 64 trägt die Wicklungen S₁, S₂ und s_s. Das Eigentümliche der genannten Werkstoffe besteht darin, daß sie bei sehr kleinen magnetischen Feldstärken eine hohe Permeabilität aufweisen, die durch geringe Feldstärkeänderungen fast zum Verschwinden gebracht werden kann.The amplification of the Thermostrom.es is expediently carried out by means of a magnetic and hydraulic amplifier. The principle of the magnetic amplifier V _m , which does not contain any tubes or moving parts, is shown in FIG. A closed sheet metal rings of a special material it, z. B. Mumetall, Permaloy C, etc., manufactured body 64 carries the windings S ₁ , S ₂ and s _s . The peculiarity of the materials mentioned is that they have a high permeability at very low magnetic field strengths, which can be made almost disappear by small changes in field strength.

Proportional mit der Permeabilität ändert sich aber der Blindwiderstand und damit die von der Spule aufgenommene Leistung. Beschickt man die Wicklung S₂ mit einem Wechselstrom, der den Ring 64 so magnetisiert, daß das Permeabilitätsmaximum erreicht wird, so ändert sich, sobald durch die Wicklung S₁ der vom Thermoelement erzeugte schwache Gleichstrom fließt, wegen der dadurch verursachten Feldstärkeänderung die Permeabilität und damit der Blindwiderstand der Wicklung S₂. Diese Änderung wird durch die Gleich-However, the reactance changes proportionally with the permeability and thus the power consumed by the coil. If the winding S _{2 is} charged with an alternating current which magnetizes the ring 64 in such a way that the maximum permeability is reached, then as soon as the _{weak direct current generated by the thermocouple flows through the winding S 1} , the permeability and thus the change in the field strength caused by it the reactance of winding S ₂ . This change is made possible by the

Stromkomponente des durch den Gleichrichter G₂ gleichgerichteten, bei 65., 66 angelegten Wechselstromes /₀ unterstützt. Der neue Ausgangsstrom J₂ ist dann wesentlich größer als der bei 65, 66 angelegte Wechselstrom J₀. Ist .R₁ der Widerstand der Eingangsseite und R₂ der Widerstand der Ausgangsseite., so er-Current component of the _{alternating current / 0} rectified by the rectifier G ₂ and applied at 65, 66 is supported. The new output current J ₂ is then significantly greater than the alternating current J ₀ applied at 65, 66. If .R _{1 is} the resistance on the input side and R _{2 is} the resistance on the output side., Then

gibt sich als Verstärkung das Leistungsverhältnisthe performance ratio is the reinforcement

Eine Kennlinie des Verstärkers, d. h. den Zusammenhang zwischen Eingangsstrom J₁ und Ausgangsstrom J₂, zeigt Fig. 2. Normalerweise liegt entsprechend der Kurve J₂ das Minimum des Ausgangsstromes im negativen Bereich des Eingangsstromes. Bei Z₁ = O hat J₂ bereits einen beträchtlichen Wert erreicht, wodurch ein großer Teil des für die Verstärkung in Betracht kommenden Bereiches verlorengehen würde. Dieser Nachteil kann jedoch durch die Wicklung s_s behoben werden, indem diese bei 67, 68 mit einem konstanten Hilfsstrom /₃ beschickt wird. Die Kennlinie J₂ kann dadurch parallel zur Abszisse verschoben werden, wie z. B. in Fig. 2 für verschiedene Hilfsströme J₃, J₃, J₃" und J₃" angedeutet ist.A characteristic curve of the amplifier, ie the relationship between input current J ₁ and output current J ₂ , is shown in FIG. 2. Normally, corresponding to curve J _2, the minimum of the output current is in the negative range of the input current. At Z ₁ = O, J _{2 has} already reached a considerable value, as a result of which a large part of the range that is considered for the amplification would be lost. This disadvantage can, however, be remedied by the winding s _{s in} that it is supplied with a constant auxiliary current / _{3 at 67, 68.} The characteristic curve J ₂ can thereby be shifted parallel to the abscissa, such as. B. in Fig. 2 for different auxiliary currents J ₃ , J ₃ , J ₃ " and J ₃ " is indicated.

Um die erforderliche etwa 10⁶fache Leistungsver-Stärkung zu erhalten, werden zweckmäßig zwei magnetische Verstärker hintereinandergeschaltet, was zugleich den Vorteil ergibt, daß man ohne Verstärkungsverlust durch geeignete Bemessung eine Speisespannungsunabhängigkeit erreichen kann.In order to obtain the required approximately 10 ^6- fold power amplification, two magnetic amplifiers are expediently connected in series, which at the same time has the advantage that one can achieve a supply voltage independence without loss of gain by suitable dimensioning.

Dem magnetischen Verstärker V_m kann genügend Leistung entnommen werden, um einen hydraulischen Verstärker Vj₁ zu betätigen. Das Schema eines solchen Verstärkers zeigt Fig. 3. Der mit dem Regler vereinigte Verstärker ist hierbei als Doppelaggregat ausgebildet, um ihn lageunempfmdlich zu machen. Der vom magnetischen Verstärker abgenommene Strom wird hierbei in einander umgekehrter Schaltung bei 65, 66' bzw. 65", 66" den beiden Spulen S₅ bzw. S₅ zugeführt, die in das Feld von Elektromagneten 67, 68 eintauchen und sich je nach Höhe und Wirkung des Stromes im Luftspalt des Magneten bewegen. Mit den Spulen sind die Kolben 69, 70 verbunden, welche in den Zylindern 71, 72 gleiten, in denen sich ferner die durch einen Waagebalken 73 miteinander gekuppelten Steuerschieber 74 und 75 bewegen können. Das Drucköl fließt, z. B. durch eine nicht dargestellte Pumpe gefördert, bei 76 zu und kann bei 77 abfließen. Leitungen 78, 79 führen zum Servomotor M mit dem Flügelkolben 80, auf dessen Welle das Kraftstoffregelglied 81 mit dem Drosselelement 82 eines Hahnes H für die Kraftstoffleitung 83 und z. B. das Regelglied eines später noch näher erläuterten Potentiometers P_m angeordnet sind.Sufficient power can be drawn from the magnetic booster V _m to operate a hydraulic booster Vj _1. The diagram of such an amplifier is shown in FIG. 3. The amplifier combined with the controller is designed as a double unit in order to make it insensitive to its position. The current taken from the magnetic amplifier is fed to the two coils S ₅ and S ₅ in a reversed circuit at 65, 66 'or 65 ", 66", which are immersed in the field of electromagnets 67, 68 and depending on the height and effect of the current move in the air gap of the magnet. The pistons 69, 70 are connected to the coils and slide in the cylinders 71, 72 in which the control slides 74 and 75, which are coupled to one another by a balance beam 73, can move. The pressure oil flows, e.g. B. promoted by a pump, not shown, at 76 and can flow out at 77. Lines 78, 79 lead to the servomotor M with the vane piston 80, on whose shaft the fuel control element 81 with the throttle element 82 of a cock H for the fuel line 83 and z. B. the control element of a later explained in more detail potentiometer P _m are arranged.

Die Kolben 69, 70 weisen Bohrungen 69", 70" auf, welche die beiden Kolbenseiten 84, 84" bzw. 85, 85" miteinander verbinden.The pistons 69, 70 have bores 69 ", 70" which the two piston sides 84, 84 "and 85, 85" connect with each other.

Wird z. B. die Spule S₅ mit einer Kraft P nach aufwärts verschoben, so bildet sich von 76 her oberhalb und unterhalb des Kolbens ein Druck p aus. Ist D der Durchmesser des Kolbens 69 und d der Durchmesser der Kolbenstange 69', so wird auf den Kolben 69 eineIs z. If, for example, the coil S _{5 is} moved upwards with a force P , a pressure p is formed from 76 above and below the piston. If D is the diameter of the piston 69 and d is the diameter of the piston rod 69 ', a

der Bewegung entgegenwirkende Kraft -yd² · p ausgeübt, während auf den Steuerschieber 71 eine Kraftthe movement counteracting force -yd ² · p exerted, while a force on the control slide 71

6060

—D^ai> -wvrkt. Es ergibt sich hieraus eine Druckverstärkung von D²Zd². —D ^a i> -wvrkt. This results in a pressure gain of D ² ^{Zd 2} .

Je nach den durch die Kräfte und Gegenkräfte bewirkten Bewegungen der Steuerschieber 74, 75 werden die Leitungen 78,79 wechselweise mit» + «(76) oder » — « (77) verbunden und dadurch der Kolben 80 des Servomotors M bewegt bzw. die Kraftstoffleitung mehr oder weniger gedrosselt oder freigegeben.Depending on the movements of the control slides 74, 75 caused by the forces and opposing forces, the lines 78, 79 are alternately connected with "+" (76) or "-" (77), thereby moving the piston 80 of the servo motor M or the fuel line more or less throttled or released.

Damit beim Arbeiten des als Regler wirkenden hydraulischen Verstärkers keine Schwingungen auftreten, ist eine elastische Rückführung Z vorgesehen. Sie wirkt vom Servomotor zurück auf den Eingang des magnetischen Verstärkers (Fig. 1). Zu diesem Zweck ist in der Leitung 79 ein Zylinder 86' eingebaut, in welchem ein Kolben 86 gleitet, der durch Federn 87, 87' im Gleichgewicht gehalten wird und dessen beide Kolbenseiten durch eine Umlaufleitung 88 mit z. B. einstellbarer Drossel 89 untereinander verbunden sind. Die Kolbenstange 90 trägt einen Schleifer 91, der einen Widerstand i?₄ einer Wheatstoneschen Brücke verstimmen kann (Fig. 4).An elastic return Z is provided so that no vibrations occur when the hydraulic booster acting as a regulator is working. It acts back from the servomotor on the input of the magnetic amplifier (Fig. 1). For this purpose, a cylinder 86 'is installed in the line 79, in which a piston 86 slides which is held in equilibrium by springs 87, 87' and whose two piston sides are connected by a circulation line 88 with e.g. B. adjustable throttle 89 are interconnected. The piston rod 90 carries a wiper 91, which has a resistance i? ₄ can detune a Wheatstone bridge (Fig. 4).

Sobald dem Kolben 80 des Verstellmotors M Öl zugeleitet wird, drückt das Öl gleichzeitig im einen oder anderen Sinn auch auf den Kolben 86, der normalerweise durch die Federn 87, 87' in seiner Mittellage gehalten und durch den Druck in der einen oder anderen Richtung verstellt wird. Dadurch wird eine der Wirkung des Eingangsstromes entgegengesetzte Wirkung im magnetischen Verstärker erzeugt, welche die über die Spulen S₅, S₅ auf den hydraulischen Verstärker Vj₁ und damit auf den Motor M ausgeübte Verstellkraft aufzuheben sucht. Die Regelung der Rückführzeitkonstante geschieht durch Verändern der Drossel 89, während die Höhe der Rückführung durch den Widerstand R₀ (Fig. 4) bestimmt wird.As soon as oil is fed to the piston 80 of the adjusting motor M , the oil simultaneously presses in one sense or another also on the piston 86, which is normally held in its central position by the springs 87, 87 'and is adjusted in one direction or the other by the pressure will. As a result, an effect opposite to the effect of the input current is generated in the magnetic amplifier, which seeks to cancel the adjustment force exerted on the hydraulic amplifier Vj ₁ and thus on the motor M via the coils S ₅ , S _5. The feedback time constant is regulated by changing the throttle 89, while the level of the feedback is determined by the resistor R ₀ (FIG. 4).

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild des Temperaturbegrenzers unter Verwendung der beschriebenen Einrichtung, jedoch unter Fortlassung der in Fig. 1 dargestellten Kompensationsschaltung E₁, G₁. FIG. 4 shows a circuit diagram of the temperature limiter using the device described, but omitting the compensation circuit E ₁ , G ₁ shown in FIG. 1.

Bei T sind fünf parallel geschaltete Thermoelemente angedeutet, welche auf die Spule S₁ in einer ersten Verstärkerstufe I arbeiten. Die Ausgangsspule S₂' wird durch die Spule s_e eines Transformators von einer Wechselstromquelle W gespeist. Mit ihr ist die Gegenkopplungsspule S₂" verbunden, welche einerseits an die Mitte der Spule S₂' und andererseits an die Eingangsspule S₁ der zweiten Verstärkerstufe II angeschlossen ist, deren anderes Ende mit der Mitte der Spule s_e verbunden ist. Die Ausgangsspule S₂ der zweiten Stufe II ist entsprechend der Spule S₂' der ersten Stufe an eine Speisespule s₇ angeschlossen, während im Stromkreis der Gegenkopplungsspule S₂" die Spule S₅ des hydraulischen Verstärkers angeordnet ist. Die Gegenkopplungsspulen S₂" und S₂" werden so abgestimmt, daß die Verstärkung ihren gewünschten Wert erhält. Sie dienen in Verbindung mit den Spulen s_s und S₃ gleichzeitig zur Kompensation des Spannungseinflusses auf die Verstärkung. Der im übrigen ebenso wie der Servomotor M in Fig. 4 nicht dargestellte hydraulische \^erstärker ist hierbei als einfaches Kolben-Steuerschieber-Aggregat 69, 74 angenommen. Bei G₂ und G₂' sind die erforderlichen Gleichrichter in den Stromkreisen der Ausgangsspulen S₂ bzw. S₂ angedeutet.At T five thermocouples connected in parallel are indicated, which work on the coil S ₁ in a first amplifier stage I. The output coil S ₂ ' is fed from an alternating current source W through the coil s _{e of a transformer.} With it, the negative feedback coil S is connected to ₂ ", which of the second amplifier stage is the one at the center of the coil S ₂ 'and on the other hand to the input coil S ₁ is connected II, whose other end is connected to the center of the coil s _e. The output coil S _{2 of} the second stage II is connected to a supply coil S ₇ _{corresponding to the coil S 2} 'of the first stage, while the coil S _{5 of} the hydraulic amplifier is arranged in the circuit of the negative feedback _{coil S 2} ″. The negative feedback coils S ₂ " and S ₂ " are tuned so that the gain is given its desired value. In connection with the coils s _s and S _3, they serve at the same time to compensate for the influence of voltage on the gain. The hydraulic booster, like the servomotor M in FIG. 4, is assumed to be a simple piston-control slide unit 69, 74. At G ₂ and G ₂ ' the necessary rectifiers in the circuits of the output coils S ₂ and S _{2 are} indicated.

Die vom Hilfsstrom belieferten Spulen S₃ und S₃ sind durch eine Spule S₈ an das Wechselstromnetz angeschlossen, wobei ein Gleichrichter G₃ den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Jeder Spulenhälfte ist ein Ohmscher Widerstand R₃ bzw. R₃ in Reihe zugeordnet. _{The coils S 3} and S ₃ supplied by the auxiliary current are connected to the alternating current network by a coil S ₈ _{, a rectifier G 3} converting the alternating current into direct current. Each coil half is assigned an ohmic resistor R ₃ or R ₃ in series.

Die Rückführung Z wirkt auf die Spule J₄ der ersten Verstärkerstufe I. Der vom Schleifer 91 geregelte Widerstand R₁ bildet einen Teil einer Wheatstoneschen Brücke B, die außer dem Regelwiderstand¹ i?₄ die weiteren Widerstände i?/ und i?₄" aufweist und in deren Diagonalverbindung die Spule J₄ mit vorgeschaltetem Widerstand i?₄'" und hierzu paralleler Kapazität C₄ angeordnet ist. Über einen regelbarenThe feedback Z acts on the coil J _{4 of} the first amplifier stage I. The resistor R ₁ regulated by the wiper 91 forms part of a Wheatstone bridge B, which apart from the variable resistor ¹ i? ₄ the other resistors i? / And i? ₄ "and in the diagonal connection of which the coil J _{4 is arranged} with an upstream resistor i? ₄ '" and a capacitance C ₄ parallel thereto. Via an adjustable

Widerstand R₀ in der Speisestromleitung der Brücke kann der durch ^₄ fließende Strom und damit die Höhe der Rückführung geregelt werden.Resistance R ₀ in the power supply line of the bridge can be used to regulate the _{current flowing through ^ 4} and thus the level of the return.

In Fig. 5 ist das Regelschema des Temperaturbegrenzers an der zu regelnden Maschine X dargestellt. Eine Gleichstromquelle Q, z. B. ein Akkumulator, treibt einen Wechselstromgenerator W an, der seinerseits den oder die magnetischen Verstärker V_m (bzw. I und II in Fig. 4) beliefert. Auf den Verstärker V_m wirken die Thermoelemente T. Der hydraulische Verstärker V₁₁ wird durch eine Ölpumpe Ö beliefert und wirkt über die Rückführung Z auf den magnetischen Verstärker V_m zurück. Er betätigt gemäß Fig. 3 den Servomotor M, der seinerseits den Kraftstoffhahn H für die über die Thermoelemente T zu regelnde Maschine X regelt.In Fig. 5 the control scheme of the temperature limiter on the machine X to be controlled is shown. A direct current source Q, e.g. B. an accumulator, drives an alternating current generator W , which in turn supplies the magnetic amplifier or amplifiers V _m (or I and II in Fig. 4). The thermocouples T act on the amplifier V _m . The hydraulic amplifier V ₁₁ is supplied by an oil pump Ö and acts back on the magnetic amplifier V _{m via the feedback Z.} According to FIG. 3, it actuates the servomotor M, which in turn controls the fuel valve H for the machine X to be controlled via the thermocouples T.

Fig. 6 zeigt ein der Fig. 4 entsprechendes Schaltbild, bei welcher die Einrichtung nicht nur zur Temperaturbegrenzung, sondern zur allgemeinen Regelung der Maschine benutzt wird. Dieses ist insbesondere dann möglich, wenn die Gasturbinen normalerweise mit konstanter oder annähernd konstanter Drehzahl betrieben werden oder bei denen ein fester Zusammenhang zwischen Drehzahl und Belastung wie z. B. bei Strahltriebwerken oder Schiffsgasturbinen besteht. Die Regelung erfolgt hierbei vorzugsweise derart, daß bei Vollast die höchstzulässige Temperatur, bei Teillast jedoch eine entsprechend niedrigere Arbeitstemperatur eingestellt wird. Dies geschieht z. B. dadurch, daß dem durch die Festwiderstände R₃ gegebenen konstanten Hilfsstrom in der Spule S₃ der ersten Verstärkerstufe I ein zweiter veränderlicher Hilfsstrom überlagert wird. Dadurch werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Kennlinien der beiden Verstärker I, II und damit auch ihre Schnittpunkte parallel zur Abszisse, und zwar proportional dem Verstärker-Eingangsstrom J₁, verschoben. Da der Regler aber jetzt die Temperatur einregelt, die dem Schnittpunkt der beiden Kennlinien entspricht, wird sich beim Ändern des Hilfsstromes auch die Betriebstemperatur der Turbine ändern.FIG. 6 shows a circuit diagram corresponding to FIG. 4, in which the device is used not only for temperature limitation but also for general control of the machine. This is particularly possible when the gas turbines are normally operated at a constant or approximately constant speed or where there is a fixed relationship between speed and load such as e.g. B. in jet engines or ship gas turbines. The regulation is preferably carried out in such a way that the maximum permissible temperature is set at full load, but a correspondingly lower working temperature is set at part load. This happens e.g. B. in that the constant auxiliary current given by the fixed resistors R ₃ in the coil S _{3 of} the first amplifier stage I, a second variable auxiliary current is superimposed. As a result, as shown in FIG. 2, the characteristics of the two amplifiers I, II and thus also their points of intersection are shifted parallel to the abscissa, namely proportionally to the amplifier input current J _1. However, since the controller now regulates the temperature that corresponds to the intersection of the two characteristics, when the auxiliary flow changes, the operating temperature of the turbine will also change.

Die Anwendung des Reglers ist nicht nur auf den Dauerbetrieb beschränkt, sondern kann auch während der Anlaßperiode der Maschine deren Schutz gegenüber Übertemperatur übernehmen. Durch geeignete Drosselvorrichtungen kann man hierbei die maximal zulässige Beschleunigung oder Verzögerung in der Belastung wählen. Dadurch kann die örtliche Überbeanspruchung des Schaufelwerkstoffes durch zu hohe Temperaturgradienten vermieden werden. Durch die Begrenzung der höchstzulässigen Temperaturänderung kann außerdem ein wirksamer Pumpschutz für die Maschine erreicht werden.The use of the controller is not only limited to continuous operation, but can also be used during protect the machine against overtemperature during the start-up period. Through suitable One can use throttling devices here the maximum allowable acceleration or deceleration in the load Select. As a result, the local overstressing of the blade material can be caused by excessive Temperature gradients can be avoided. By limiting the maximum permissible temperature change effective pump protection for the machine can also be achieved.

Ist, wie im Falle des Temperaturbegrenzers nach Fig. 4, ein regelbarer Widerstand R_t in den Stromkreisen der Hilfsströme beider Stufen nicht vorhanden, so sind diese Hilfsströme in den Spulen S₃ und S₃ durch die Spule S₈ über den Gleichrichter G₃ und die Widerstände R₃ und R₃ bestimmt. Da in diesem Falle keinerlei Änderungsmöglichkeit vorhanden ist, ist der in Fig. 8 als Schnittpunkt der beiden Kennlinien /_S3 und J_Ss gezeigte Arbeitspunkt /„ gegeben. Um nun die Turbine über die Temperatur regeln zu können, d. h. den Arbeitspunkt, wie in Fig. 8 gezeigt, zu verschieben, kann der durch die Spule ^₃ fließende Strom beispielsweise auf die in Fig. 6 gezeigte Art zusätzlich geregelt werden. Bei der dort gezeigten Schaltung fließen einerseits die auch für den Fall des Begrenzers vorgesehenen Ströme aus G₃ über R₃ in Richtung der voll ausgezogenen Pfeile durch die Spulen s_s, indem sie zusammen mit der Windungszahl von s._z" und S„" die Spannungsunempfindlichkeit der Verstärkung sichern. Andererseits wird jedoch zur Steuerung der Maschine, also zur Verschiebung des Arbeitspunktes J₀ (Fig. 8), aus einer Brücke B' über die Widerstände R_t, R und einen Transformator Tr ein weiterer Strom durch die Spulen S₃ in Richtung der gestrichelten Pfeile geleitet, wobei sich dieser Strom dem von G₃ kommenden Strom überlagert. Wegen der gegensinnigen Polung der Verstärker addieren sich die Wirkungen der beiden Ströme in einem Teil des Verstärkers (gleiche Richtung der voll ausgezogenen und gestrichelten Pfeile), während sie sich im anderen Teil der Verstärker subtrahieren (Pfeile mit verschiedener Richtung) .If, as in the case of the temperature limiter according to FIG. 4, a controllable resistor R _{t is} not present in the circuits of the auxiliary currents of both stages, these auxiliary currents are in the coils S ₃ and S ₃ through the coil S ₈ via the rectifier G ₃ and the resistances R ₃ and R _{3 are} determined. Since there is no possibility of change in this case, the operating point / shown in FIG. 8 as the intersection of the two characteristics / _S3 and J _{Ss is given.} In order to be able to regulate the turbine via the temperature, ie to shift the operating point, as shown in FIG. 8, the _{current flowing through the coil ^ 3} can be additionally regulated, for example, in the manner shown in FIG. In the circuit shown there, on the one hand, the currents provided for the case of the limiter flow from G ₃ via R ₃ in the direction of the solid arrows through the coils s _s by, together with the number of turns of s. _Z " and S"" die Ensure that the amplification is insensitive to voltage. On the other hand, however, to control the machine, i.e. to shift the operating point J ₀ (FIG. 8), a bridge B ' via the resistors R _t , R and a transformer Tr is turned into a further current through the coils S ₃ in the direction of the dashed arrows passed, this stream being superimposed on the current coming _{from G 3.} Because of the opposite polarity of the amplifiers, the effects of the two currents add up in one part of the amplifier (same direction of the solid and dashed arrows), while they subtract in the other part of the amplifier (arrows with different directions).

Durch Änderung von R_t kann nun die Größe des Hilfsstromes und damit der zugelassenen Temperatur der Turbinenschaufeln bzw. der Turbinenleistung gewählt werden. Der Widerstand R in Fig. 6 hat hierbei die Aufgabe, den Strom aus der Brücke B' (gestrichelte Pfeile) zu begrenzen, auch wenn R_t auf den Wert Null geregelt wird.By changing R _t , the size of the auxiliary flow and thus the permitted temperature of the turbine blades or the turbine power can now be selected. The resistor R in FIG. 6 has the task of limiting the current from the bridge B ' (dashed arrows), even if R _t is regulated to the value zero.

Die Brücke B', welche parallel zur Brücke B an ein Gleichstromnetz W₀ angeschlossen ist, ist aus linearen und nichtlinearen Widerständen aufgebaut, wobei die linearen Widerstände normalerweise aus einer A¥iderstandslegierung gefertigt sind, während als nichtlineare Widerstände z. B. ein Gleichrichter, ein Heißleiter oder auch eine Glühlampe Verwendung finden kann. Diese Widerstände werden in der Brücke zweckmäßig so abgestimmt, daß die Diagonalspannung bei starker Änderung der Speisespannung praktisch konstant bleibt.The bridge B ', which is connected in parallel to the bridge B to a direct current network W ₀ , is made up of linear and non-linear resistors, the linear resistors are usually made of an A ¥ resistance alloy, while as non-linear resistors z. B. a rectifier, a thermistor or an incandescent lamp can be used. These resistances are appropriately matched in the bridge so that the diagonal voltage remains practically constant in the event of a large change in the supply voltage.

Der Widerstand R_t ist mit der Primärspule des Transformators Tr in Reihe geschaltet, welcher z. B. durch einen Schalter k kurzgeschlossen werden kann. Die Aufgabe des Transformators ergibt sich aus folgendem:The resistor R _t is connected in series with the primary coil of the transformer Tr , which z. B. can be short-circuited by a switch k. The task of the transformer results from the following:

Da sowohl der magnetische als auch besonders der hydraulische Verstärker nur sehr kleine Zeitkonstanten hat, erfolgt die Betätigung des Servomotors praktisch mit der Geschwindigkeit, mit der sich der durch den Regel widerstand R_t bestimmte, die Spule S₃ durchfließende Hilfsstrom für die Temperaturwahl ändert. Dieses schnelle Ansprechen des Servomotors und die dadurch hervorgerufene plötzliche Steigerung der eingespritzten Kraftstoffmenge bei noch unveränderter Drehzahl ist jedoch unerwünscht.Since both the magnetic and especially the hydraulic amplifier have only very small time constants, the actuation of the servomotor takes place practically at the speed at which the auxiliary current flowing through the coil S ₃ for the temperature selection changes, determined by the rule resistance R _t. This rapid response of the servomotor and the resulting sudden increase in the amount of fuel injected while the speed is still unchanged is undesirable.

In Fig. 7 ist die Spannung E des Verstärkers bzw. der eingestellten Temperatur t (Kurve t_x) in Abhängigkeit von der Drehzahl η der Turbine bzw. des Regelgliedes (Verstellhahnes H bei proportional zu η abgestimmter Verstellung desselben) aufgetragen. Mit P_g ist die Pumpgrenze bezeichnet, oberhalb der ein Pumpen der Turbine eintritt. Ist z. B. mit P₀ der augenblickliche Arbeitspunkt der Turbine bezeichnet, welchem eine Temperatur i₀ entspricht, und soll auf einen Punkt P₁ entsprechend der Temperatur t_± übergegangen werden, so würde bei sofortigem Ansprechen des Reglers, da die Drehzahl infolge der Massenträgheit der Turbine nicht sofort folgt, zunächst ein Punkt P₁ eingestellt und damit ein Pumpen verursacht werden. Dieses Pumpen macht sich insbesondere dadurch bemerkbar, daß z. B. innerhalb der Schaufeln lokale Wirbelströme auftreten, die starke Leistungsverluste und unter Umständen eine Gefährdung der Maschine hervorrufen.In Fig. 7, the voltage E of the amplifier or the set temperature t (curve t _x ) is plotted as a function of the speed η of the turbine or of the control element (adjusting valve H with adjustment of the same proportional to η). The surge limit above which pumping of the turbine occurs is denoted by P _g. Is z. B. P ₀ denotes the instantaneous working point of the turbine, to which a temperature i ₀ corresponds, and if a transition is to be made to a point P ₁ corresponding to the temperature t _± , then with immediate response of the controller, the speed would be due to the inertia of the turbine does not follow immediately, a point P _{1 is first} set and this causes pumping. This pumping is particularly noticeable in that, for. B. local eddy currents occur within the blades, which cause severe power losses and possibly a hazard to the machine.

Durch die Einschaltung des Transformators Tr kann jedoch die Zeitkonstante beliebig groß gewähltBy switching on the transformer Tr , however, the time constant can be selected as large as desired

werden, da diese mit der Induktivität der Primärseite wächst. Man wird also diese Induktivität möglichst groß wählen. Die hierdurch erzielte Wirkung eines verlangsamten Regelvorganges und damit eines Schutzes gegen Pumpen kann noch dadurch verstärkt werden, daß, wie in Fig. 6 dargestellt, die Sekundärseite des Transformators Tr, richtig gepolt, an den Verstärkereingang S₁ (statt an ^₃) gelegt ist. Durch Kurzschließen des Transformators mittels des Schalters k kann die durch den Transformator hervorgerufene Verzögerung jederzeit außer Betrieb gesetzt werden, so daß nötigenfalls die Maschine auch wesentlich schneller bedient werden kann.as this increases with the inductance of the primary side. So you will choose this inductance as large as possible. The effect of a slowed control process achieved in this way and thus protection against pumping can be increased by the fact that, as shown in FIG. 6, the secondary side of the transformer Tr, with correct polarity, is connected to the amplifier input S ₁ (instead of ^ ₃ ) . By short-circuiting the transformer by means of the switch k , the delay caused by the transformer can be put out of operation at any time, so that, if necessary, the machine can also be operated much faster.

Um eine einwandfreie Regelung der Turbine durch Regelung der Schaufeltemperaturen zu ermöglichen, ist es notwendig, daß die Stellung des Kraftstoff regelgliedes mindestens annähernd proportional der eingestellten Temperatur entspricht. Die höchstzulässige Temperatur ist hierbei durch die Endstellung des Regel Widerstandes R_t, der auch in beliebiger Entfernung angeordnet sein kann, bestimmt.In order to enable proper control of the turbine by regulating the blade temperatures, it is necessary that the position of the fuel control member corresponds at least approximately proportionally to the set temperature. The maximum permissible temperature is determined by the end position of the standard resistor R _t , which can also be arranged at any distance.

Eine solche Proportionalität ist jedoch nicht ohne weiteres vorhanden. Wie Fig. 7 zeigt, steigt kurz vor dem endgültigen Schließen der Kraftstoffzufuhr, z. B. im Punkt 0, die Temperatur in Abhängigkeit von der Stellung α des Kraftstoffregelorgans bzw. η bei niederer Drehzahl n entsprechend der Kurve t_y wieder an, wodurch für eine vorgeschriebene Temperatur zwei Regelstellungen des Regelgliedes H möglich werden. Der Regler würde, wenn durch die Verminderung· der Drehzahl die Temperatur wieder ansteigen würde, den Hahn schließen. Um dies zu verhindern, ist ein zweiter Regelimpuls vorgesehen, der von dem Punkt an, wo mit kleiner werdender Drehzahl der Temperaturverlauf flacher wird, zur Wirkung gebracht wird.However, such proportionality is not readily available. As FIG. 7 shows, shortly before the final closing of the fuel supply, z. B. at point 0, the temperature as a function of the position α of the fuel control element or η at low speed n according to the curve t _y again, whereby two control positions of the control element H are possible for a prescribed temperature. If the temperature would rise again due to the reduction in speed, the controller would close the valve. To prevent this, a second control pulse is provided, which is brought into effect from the point where the temperature curve becomes flatter as the speed decreases.

Zu diesem Zweck ist z. B. mit dem Kraftstoffhahn H das bereits erwähnte Potentiometer Pm (Fig. 3) gekuppelt, dessen Schleifer von einer Feder in seiner Nullstellung gehalten wird, solange der Hahn im geradlinigen Teil seiner Kennlinie t_x arbeitet. Kommt dieser jedoch in den Bereich, wo der Temperaturverlauf sich abzuflachen beginnt (Punkt 0), dann verstellt ein auf der Drehachse des Servomotors befestigter Finger den Schleifer des Potentiometers und gibt dadurch einen Teil der angelegten Spannung über R₀', J₄ (Fig. 6) so auf den Verstärkereingang, daß sich seine Wirkung von der der Thermospannung subtrahiert. Durch geeignete Anpassung läßt sich so die resultierende Kennlinie des Regelgliedes bis in Drehzahlgebiete, wo die Maschine ohne Fremdantrieb nicht mehr betriebsfähig ist, annähernd geradlinig gestalten.For this purpose z. B. with the fuel tap H, the aforementioned potentiometer Pm (Fig. 3) is coupled, the slider is held by a spring in its zero position, as long as the tap works in the straight part of its characteristic curve t _x . However, if this comes into the area where the temperature curve begins to flatten out (point 0), then a finger attached to the axis of rotation of the servomotor adjusts the wiper of the potentiometer and thereby transfers part of the applied voltage via R ₀ ', J ₄ (Fig. 6) on the amplifier input in such a way that its effect is subtracted from that of the thermal voltage. By suitable adaptation, the resulting characteristic curve of the control element can be made approximately straight up to speed ranges where the machine can no longer be operated without an external drive.

In Fig. 6 ist ferner — im Gegensatz zu Fig. 4 — das Ausgangsspulenpaar J₂', J₂" der ersten Verstärkerstufe I sowie die Spulen S₂, S₂" der zweiten Verstärkerstufe II doppelt ausgeführt, wobei die beiden letzteren in entgegengesetztem Sinne auf die Spulen S₅ und S₅' des in Fig. 3 dargestellten hydraulischen Verstärkers arbeiten. Durch Verstellung des Regelwider-Standes R_t werden die Kennlinien /_S3 und Jg₃ (Fig. 8) für den durch die Spulen s_s bzw. S_s fließenden Hilfsstrom entsprechend Fig. 8 parallel verschoben, wobei die Schnittpunkte (z. B. /_obzw. I₀) jeweils die Gleichgewichtsstellung der Spulen s_s, S₅' bzw. der Kolben 69, 70 des hydraulischen Verstärkers V_n bestimmen.In Fig. 6 - in contrast to Fig. 4 - the output _{coil pair J 2} ', J ₂ "of the first amplifier stage I and the coils S ₂ , S ₂ " of the second amplifier stage II are duplicated, the latter two in opposite directions on the coils S ₅ and S ₅ 'of the hydraulic booster shown in FIG. 3 work. By adjusting the control resistor R _t , the characteristics / _S3 and Jg ₃ (FIG. 8) for the auxiliary current flowing through the coils s _s and S _{s are} shifted in parallel as shown in FIG. 8, the intersection points (e.g. / _o and I ₀ ) each determine the equilibrium position of the coils s _s , S ₅ ' and the pistons 69, 70 of the hydraulic booster V _n .

Fig. 9 zeigt das Regelschema des mittels der Temperatureinstellung arbeitenden Reglers gemäß Fig. 6, das sich von dem Schema nach Fig. 5 lediglich durch die zusätzliche Anordnung des die Temperaturwahl bestimmenden Regelwiderstandes R_t des Pumpschutzes (Transformator Tr) und des zweiten Regelimpulses (Potentiometer Pm) für die Erzielung eines linearen Temperatur-Drehzahl-Diagramms (Fig. 11) unterscheidet. Fig. 9 shows the control scheme of the working means of the temperature setting regulator is shown in FIG. 6, which differs from the scheme of Fig. 5 only by the additional arrangement of the temperature selection-determining feedback resistor R of the pump protection (transformer Tr) and of the second control pulse _t (potentiometer Pm) for achieving a linear temperature-speed diagram (FIG. 11) differs.

Claims

Patent claims:

1. Control device for internal combustion turbines, in which the energy of a z. B. control current generated by thermocouples is amplified by means of an amplifier and the amplifier unit serves as a controller for actuating a servo device regulating the fuel supply to the machine, characterized in that a hydraulic amplifier (V ^) is provided as the amplifier, which in particular to achieve a position independence as Double amplifier with or by a balance beam (73). The like. Connected, opposite, z. B. is formed by appropriate coils (s ₅ , S ₅ ), actuated piston control units (69 and 74, 70 and 75).

2. Control device according to claim 1, characterized in that the hydraulic amplifier is preceded by a known magnetic amplifier consisting of a magnetic core with input coil (^ ₁ ), output coil (s ₂ ) and an auxiliary winding (s ₃ ) for shifting the amplifier characteristics .

3. Control device according to; Claims 1 and 2, characterized in that a return device (Z) is provided to stabilize the fuel control between the hydraulic booster (V _h ) and the servomotor (M) adjusting the fuel control valve (H) , which is composed of a spring (87, 87 ') there is a piston (86) held in a central position, the two sides of which are connected by a circulation line (88) provided with a regulating throttle (89) and which operates a device which counteracts the adjustment effect of the amplifiers.

4. Control device according to claim 3, characterized in that the piston (86 _{) adjusts a wiper (91) for controlling a resistance (i? 4} ) in a Wheatstone bridge (B) , which in turn is adjusted by means of a coil arranged in the diagonal connection of the bridge (j ₄ ) acts on the magnetic amplifier (V _m ) or on a stage, preferably the first stage (I), of the magnetic amplifier and can be regulated by an adjacent or upstream variable resistor (R ₀ , R ₀ ').

5. Control device according to claim 1 to 4, characterized in that a control resistor (R _t ) is arranged in the circuit for the auxiliary current (S ₃ ) of the magnetic amplifier (V _m ) for setting the temperature to be preselected and thus the machine power, which is in such a way the coil (s ₃ ) of the z. B. via a rectifier (G ₃ ) supplied constant auxiliary current (solid arrows in Fig. 4) is connected that a via the variable resistor (Rt), z. B. via a bridge (B '), directed controllable auxiliary current (dashed arrows) in the coil (s ₃ ) of the constant auxiliary current is partially rectified and partially opposed.

6. Control device according to claim 1 to 5, characterized in that in particular to achieve protection of the turbine against pumping in the circuits of the auxiliary current (coil S ₃ ) or /

ETO 679,536

and in the input circuit (SpUIeJ ₁ ) of the amplifier (V _m ) a device for increasing the time constants for the response of the control, in particular an inductive coupling by means of a transformer (Tr) , is provided.

7. Control device according to claim 1 to 6, characterized in that to achieve a linear dependence between the gas temperature (t) of the turbine (thermocouples T) and the adjustment path of the fuel control element (H) a device, for. B. a with the fuel control element (H) adjustable potentiometer (Pm, Fig. 3) is provided, which is connected to an additional circuit of the amplifier (coil sj, e.g. via a variable resistor (R ₀ ) arranged in a Wheatstone bridge (B) , R ₀ ) acts, in particular in such a way that below a certain speed (point 0) the circuit (s ₄ ) receives an additional current pulse

is supplied, which increasingly counteracts the amplifier current with decreasing speed (Figures 4, 6 and 9).

Considered publications:

German Patent No. 632 316;
German patent application K 4182 I a / 46 f (published May 15, 1952);

Swiss patents No. 288 251,268 941 _; ίο 268 646, 268 645, 268 283, 262 383, 251222, 244 431, 211543;

French Patent No. 992396;
British Patent No. 692 666:
Elektrotechnische Zeitschrift, Ed. A, No. 22, 1954, pp. 753 to 759;

Supplement electronics, 1953, no.

8, pp. 61 to 63, on Funkschau 1953, no. 23;

Archive for technical measurement, Z634-6,1952, p. 142.

For this purpose 2 sheets of drawings