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Brennstoffregelanlage mit Nachregelvorrichtung für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelanlage mit N achregelvorrichtung für
Gasturbinentriebwerke, welche bei Beschleunigung aus dem Nichtbeharrungszustand
anspricht.
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Wenn die Brennstoffzufuhr zu einem Gasturbinentriebwerk die zur gewünschten
Beschleunigung erforderliche Menge übersteigt, kann es vorkommen, daß die Maschine
durch Überhitzung Schaden erleidet und beim Luftkompressor Pumpen auftritt.
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Beim Betrieb von Gasturbinentriebwerken für Militärflugzeuge, insbesondere
Jäger, wird es oft erforderlich, die Brennstoffregelung auf schnellstem Weg von
Leerlauf auf Maximaldrehzahl umzustellen und anschließend die Maschine, während
diese noch dabei ist, ihre Maximaldrehzahl zu vermindern, erneut wieder zu beschleunigen.
Es kann vorkommen, daß der Pilot, um sein Flugzeug bei einem Luftkampf in günstige
Lage zu bringen, dessen Maschine fortgesetzt von einer mittleren Drehzahl auf Maximaldrehzahl
beschleunigen möchte, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Beschleunigungsvorgängen
nur sehr geringe Zwischenzeiten liegen. Bei solchen Betriebsbedingungen können sehr
hohe Maschinentemperaturen auftreten, die nicht den Beharrungszustand erreichen.
Wegen der durch diese hohen Temperaturen auftretenden Ausdehnung der Metallteile
ergeben sich für die Maschine sehr kleine Arbeitsspiele; ferner erleiden die Strömungsquerschnitte
eine entsprechende Änderung. Dies stört besonders beim Kompressor, da der Kompressorauslaßdruck
unter anderem vom freien Querschnitt der Beschaufelung abhängt.
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Wenn man eine Turbine vom Leerlauf auf Maximaldrehzahl beschleunigt
und sie vor einem Verzögern kurzzeitig in diesem Betriebszustand hält, tritt bei
unmittelbar nachfolgender Wiederbeschleunigung auf Maximaldrehzahl ein Pumpen des
Kompressors auf. Einen solchen Vorfall erläutert Fig. 6 an Hand einer Kurve, in
der die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl aufgetragen ist.
Aus der Normalbeschleunigungskurve d, e ist zu ersehen, daß die normal bemessene
Brennstoffmenge für Wiederbeschleunigung wegen einer Verschiebung der normalen Pumpgrenze
gemäß der Kurve x zur Kurve y in Richtung auf niedrigere Brennstoffmengen zu groß
ist. Diese Verschiebung der Pumpgrenze rührt von inneren Temperaturen her, die hoch
und nicht im Beharrungszustand sind. Bei einer Wiederbeschleunigung im Nichtbeharrungszustand
wird die Temperatur höher, weil die Ausgangstemperatur schon höher ist. Es ist bekannt,
daß die Neigung des Verdichters, während der Beschleunigung zu pumpen, mit der Temperatur
ansteigt. Das bedeutet aber, daß bei einer bestimmten Drehzahl eine kleinere Luftmenge
gefördert wird und daher auch eine kleinere Brennstoffmenge erforderlich ist, wenn
die Temperatur ansteigt, wie dieses durch die Kurve y der Fig. 6 dargestellt ist.
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Weiterhin werden, wenn die Maschine im Verzögerungszustand beschleunigt
wird, die bereits hohen Temperaturen durch den notwendigen Energieaufwand zur Überwindung
der Trägheit der verzögerten 1Taschinenteile noch mehr erhöht.
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Eine Brennstoffregelung, die bei allen Beschleunigungen eine geringere
Brennstoffmenge zuteilt, ist unerwünscht, da hierdurch die Zeit bis zum Erreichen
der Maximaldrehzahl verlängert würde. Es ist also ein Verfahren zur Brennstoffregelung
erwünscht, mit dem bei der ersten Beschleunigung auf Maximaldrehzahl der Maschine
die normale Brennstoffmenge zugeführt wird, während bei unmittelbar anschließend
vorgenommenen weiteren Beschleunigungen eine geringere Brennstoffmenge zugeführt
wird.
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Bekannt ist eine Nachregelv orrichtung an einer Brennstoffregelanlage
für Gasturbinentriebwerke, welche oberhalb einer bestimmten Drehzahl bei Beschleunigung
die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk vergrößert, um eine maximale Turbinentemperatur
einzuhalten und um den Pumpbereich des Kompressors zu umgehen. Außerdem ist es bekannt,
eine Steuervorrichtung mit einem Regler vorzusehen, welcher den Druckabfall am Drosselventil
auf einem etwa konstanten Wert hält. Bei diesem bekannten Regler ist jedoch keine
Vorkehrung getroffen, um bei Nachbeschleunizunz des Triebwerkes aus dem Nichtbeharrungszüstand
den
Druckabfall am Drosselventil zu verändern. Die Betätigungsvorrichtung für das Drosselventil
ist hierbei so ausgebildet, daß eine ganz bestimmte Beschleunigungskurve durchlaufen
wird, bei welcher der Nichtbeharrungsbereich des Verdichters umgangen wird.-Darüber
hinaus sind auch Regelvorrichtungen mit zwei Relaisstufen je Regelkreis belcannt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die dem
Triebwerk bei einer I\Tachbeschleunigung aus dem Nichtbeharrungszustand, d. h. bei
sich ändernder Drehzahl, zugeführte Brennstoffmenge durch eine 1\Tachregelvorrichtung
zu verändern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Brennstoffregelanlage
mit einer Nachregelvorrichtung, welche bei Beschleunigung aus dem Nichtbeharrungszustand
anspricht, vor, daß die Nachregelvorrichtung ein Nachregelventil in einer Steuerleitung
enthält, deren Druck das Regelventil in der Brennstoffhauptleitung oder in -der
Brennstoffüberströmleitung verstellt, und zwar durch ein auf Drehzahländerungen
der Turbine oder auf eine sich als Funktion der Drehzahländerung .der Turbine ändernde
Regelgröße, wie beispielsweise den Verdichterdruck, ansprechendes Stellglied, welches
in einem zuvor festgelegten Drehzahlbereich der Turbine das Nachregelventil betätigt,
wobei ein Verzögerungsglied für die Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes vorgesehen
ist.
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Gemäß der Erfindung ist dabei das Stellglied druckempfindlich und
betätigt das Ventil entgegen einer Federkraft, wobei das Verzögerungsglied als Drossel
ausgebildet ist, die den Ausgleich am Stellglied verzögert.
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Durch diese Ausbildung der Regelanlage wird die Brennstoffzufuhr zum
Triebwerk so beeinflußt, daß bei einer Nachbeschleunigung aus dem Nichtbeharrungszustand
ein Durchlaufen des Pumpbereiches des Verdichters verhindert wird.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung und den Zeichnungen einiger Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig.
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerkes in Verbindung
mit einer Brennstoffregelanlage, Fig. 2 eine geschnittene Darstellung der Brennstoffregelanlage
gemäß Fig. 1, wobei der Erfindungsgegenstand von der Hauptregelanlage abgetrennt
und vergrößert dargestellt ist, Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer abgewandelten
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, in der nur die zur Angabe der Leitungsverbindung
erforderlichen Teile der in Fig. 2 dargestellten Hauptregelanlage dargestellt sind,
Fig.4 eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffregelanlage, bei
der ein anders ausgeführter Erfindungsgegenstand von der Hauptregelanlage abgetrennt
und vergrößert dargestellt ist, Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren Brennstoffregelanlage
gemäß Fig. 1, bei der ein abgewandelter Erfindungsgegenstand von der Hauptregelanlage
abgetrennt und vergrößert dargestellt ist, und Fig. 6 eine graphische Darstellung
mit einer Mehrzahl von Kurven, bei denen die Ordinatenwerte die Brennstoffzufuhr
und die Abszissenwerte die Maschinendrehzahl angeben, wobei die Kompressorpumpgrenze
x für eine Normalbeschleunigungskurve d, e aus dem Beharrungszustand und
die Kompressorpumpgrenze y für eine - Beschleunigungskurve a, b, c aus dem
Nichtbeharrungszustand ein-2ezeichnet ist. Das' in Fig.'1 dargestellte Gasturbinentriebwerk
10 weist eine Reihe von Brennkammern 11 auf, die im Eingangsabschnitt 12 eines Gehäuses
angeordnet sind, in das ein Strömungskompressor 13, der als Axialkompress6r dargestellt
ist und der über eine Welle 15 von einer Turbine 14 angetrieben wird, Luft fördert.
In jeder der Brennkammern 11 ist eine Brennerdüse 16 angeordnet, der Brennstoff
unter Druck über die Leitung 17, die Verteilerleitung 18 und Einzelleitungen 19
zugeführt wird. Die Leitung 17 enthält den Brennstoff von einer Brennstoffregelanlage,
die in Fig. 1 schematisch als Rechteck 20 dargestellt ist. Diese Brennstoffregelanlage
wird nunmehr an Hand der teils schematischen und teils geschnittenen Ansicht der
Fig. 2 ausführlicher beschrieben.
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Fig.2 zeigt in geschnittener Ansicht die Brennstoffregelanlage20 mit
der Hauptregelvorrichtung 20a und einer Nachregelvorrichtung 20 b. In der Hauptregelvorrichtung
20a sind zwei Kammern 23 und 25 vorgesehen, welche durch eine Membran
27 voneinander getrennt sind. Ein Regelventil 29 mit einer Reihe von Durchlässen
31 ist mit der Membran 27 verbunden. Der Regelventilkörper ist hohl ausgebildet
und gleitbar innerhalb eines Gehäuses 33 angeordnet. Dem Regelventil wird der Brennstoff
aus einer nicht dargestellten Brennstoffquelle über eine Leitung 35 und eine Kammer
37 zugeführt. In dieser wird der Brennstoff durch das Nebenschlußventil 39 durch
Umleiten. des Brennstoffes zur Ansaugseite der Pumpe bei berschreiten eines vorgegebenen
Druckes auf diesem vorgegebenen Druck gehalten. In einem Ventilkörper 43 mit einem
rohrförmigen Abschnitt 45 ist ein Drosselventil 41 gleitend angeordnet, welches
mit Öffnungen 47 versehen ist, die mit Öffnungen 49 des Ventilkörpers zusammenwirken
können. Der in der Kammer 51 unter dem Druck P2 stehende Brennstoff tritt in den
rohrförmigen Abschnitt 45 ein und gelangt dann von dort über die Öffnungen 47 und
49 zur ringförmig ausgebildeten Kammer 53. Von dieser fließt er über ein Absperrventil
55 und die Leitung 57 zur Leitung 17 der Fig. 1.
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Das bei sämtlichen Drehzahlen arbeitende Drosselventil 41 ist mit
einer Feder 59 versehen, deren Vorspannung vom Piloten mit Hilfe eines Gestänges
über einen Hebel 61, einen Drehzapfen 63, eine einstellbare Stange 65, einen Hebelarm
67, einen Drehzapfen 69 und einen Hebel 71 eingestellt werden kann. Wird der Hebel
61 in Uhrzeigerrichtung verschwenkt, wird die Feder 59 gespannt und gleichzeitig
das Ventil 41 in solcher Richtung verstellt, daß sich der Durchflußquerschnitt der
Öffnungen 47, 49 vergrößert. Mit Hilfe eines einstellbaren Anschlags 72 wird die
Bewegung des Ventils 41 in Schließstellung auf einen minimalen Durchflußquerschnitt
beschränkt. Das rechte Ende des Steuerschiebers des Ventils 41 dient zur Rückstellung
zweier Fliehgewichte 73 (von denen nur eines dargestellt ist), die durch die von
der Maschine angetriebene Welle 75 in Umlauf versetzt werden. Sobald die gewählte
Drehzahl erreicht ist, halten die Fliehgewichte der Feder das Gleichgewicht, worauf
die Maschine mit konstanter Drehzahl arbeitet.
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Das Regelventil 29 wird selbsttätig in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl
eingestellt und bewirkt, daß innerhalb festgelegter oberer und unterer Temperaturgrenzwerte
am Drosselventil 41 ein Brennstoffdruck aufrechterhalten bleibt. In dem dargestellten
Beispiel erfolgt die Einstellung des Regelventils 29 mit Hilfe zweier Fliehgewichte
77 (von denen -nur eines dargestellt ist), die einen Schub auf das Reglerventil
29
und die mit ihm zusammenhängende Membran 27 ausüben. Diese Fliehgewichte 77 werden
ebenfalls durch die von der Maschine angetriebene Welle 75 in Umlauf versetzt, lösen
aber unabhängig von den Fliehgewichten 73 ihre Steuerwirkungen aus. Während die
Fliehgewichte 73 am Steuerschieber des Ventils 41 angreifen, verschieben die Fliehgewichte
77 eine Hülse 79, an welche ein Hebel 81 angelenkt ist. Der Hebel 81 ist bei 83
schwenkbar gelagert und greift mit seinem gabelartig ausgestalteten unteren Ende
an einem Bund 85 des Schiebers des Regelventils 29 an. Wenn die Drehzahl der Welle
75 ansteigt, werden die Fliehgewichte 77 radial nach außen bewegt und üben auf das
Regelventil 29 eine Kraft in Öffnungsrichtung aus. Dieser Kraft wirkt jedoch der
Brennstoffdruck an der Membran 27 entgegen, welcher bestrebt ist, das Ventil zu
schließen. Der hieraus resultierende Differenzdruck ist dem OOuadrat der Maschinendrehzahl
und dem Druckabfall bzw. Druckanstieg am Drosselventil 41 proportional, und es ergibt
sich für jede gegebene Ventileinstellung unter der Voraussetzung einer konstanten
Dichte, daß die Durchflußgeschwindigkeit und damit auch die Durchflußmenge des Brennstoffes
durch die Öffnungen 47 und 49 der Quadratwurzel dieses Differenzdrucks und damit
unmittelbar der Maschinendrehzahl proportional ist.
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Durch einen verstellbaren Anschlag 87 wird die maximal und durch eine
Feder 89, welche auf die Membran 27 einwirkt, die minimal geöffnete Stellung des
Regelventils 29 festgelegt.
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Da sich die Luftmenge nicht nur mit der lIaschinendrehzahl ändert,
sondern auch von der Dichte abhängt, die durch Druck, Temperatur und Fluggeschwindigkeit
(Staudruck) beeinflußt wird, ist eine Dichteausgleichsvorrichtung vorgesehen. Diese
besteht aus einer Einstellnadel 91, welche eine Öffnung 93 steuert, die in Reihe
geschaltet ist mit einem oder mehreren Steueröffnungen 95, die die Kammer 51 durch
die Reglermembran 27 hindurch mit der Kammer 25 verbinden. Von der Kammer 25 kann
der Brennstoff über den Kanal 97, die Ventilkammer 99, die Öffnung 93 und den Kanal
101 zur Kammer 53, die unter dem Druck P4 steht, weitergeleitet werden. Die Dichterreglernade191
ist so gelagert, daß sie in der Büchse 103 längs verschoben werden kann. An ihrem
unteren Ende ist sie an einem Hebel 105 angeschlossen, welcher mit einem Ende der
Welle 107 verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende dieser Welle ist mit Hilfe eines
Hebels 111 und einer Stange 112 an einen mit Federn vorgespannten Balg 109 angeschlossen,
welcher auf Dichteänderungen anspricht. Dieser Balg 109 ist von einem Gehäuse 113
umschlossen, das bei 115 eine Öffnung aufweist. Dieser Balg wird dem Druck und der
Temperatur der dem Kompressor zugeführten Luft ausgesetzt.
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Der Brennstoffregler und die mit ihm zusammengeschaltete Dichteausgleichsvorrichtung
arbeitet wie folgt: Die Brennstoffdruckdifferenz an der Reglermembran 27 ist bei
einer vorgegebenen Reglereinstellung und konstanten Dichte unter Berücksichtigung
des Übersetzungsverhältnisses am Hebel 81 gleich der von den Fliehgewichten 77 aufgebrachten
Kraft. Diese Brennstoffdruckdifferenz ist dem Quadrat der jeweiligen Maschinendrehzahl
proportional. Wenn bei einer vorgegebenen Maschinendrehzahl das Drosselventil 41
rückgestellt wird, erfolgt auch eine Rückstellung des Regelventils 29, weil in einem
solchen Fall auch das Gleichgewicht zwischen dem Differenzwert am Regler und dem
Differenzwert am Drosselventil gestört wird. Wenn das Drosselventil 41 geöffnet
oder geschlossen wird, um die von der Einstellung der Steuerung ausgewählte Drehzahl
beizubehalten, öffnet oder schließt sich das Reglerventil 29, um den Brennstoffdruck
oder die Druckdifferenz am Ventil 41 in Übereinstimmung mit der bestimmten Drehzahl,
mit der die Maschine arbeitet, beizubehalten: Die Dichteausgleichsvorrichtung ist
parallel geschaltet zu dem Hauptbrennstoffdurchfluß von den Kammern 23 und 51 über
die Öffnungen 47 und 49 zum Drosselventil. Der gesamte Durchfluß durch den Dichteregler
muß durch die Steueröffnungen 95 und die von der Nadel 91 gesteuerte Öffnung 93
erfolgen. Da bei einer vorgegebenen Maschinendrehzahl die Druckdifferenz an der
Reglermembran konstant bleibt, bleibt auch der Durchfluß durch die Steueröffnungen
95 konstant, und der Druckabfall ändert sich an der veränderlichen Öffnung 93 bei
konstanter Durchflußmenge entgegengesetzt zum Quadrat der Durchflußquerschnittsfläche,
und es wird bei einer vorgegebenen Einstellung der Nadel 91 (konstante Dichte) der
Druckabfall an der Öffnung 93 dem Druckabfall an den Steueröffnungen 95 proportional.
Die Summe des Druckabfalls an der Öffnung 93 und des Druckabfalls an den Steueröffnungen
95 ist gleich dem Druckabfall am Drosselventil 41; bei jeder festen Einstellung
der \?adel 91 ist somit der gesamte Druckabfall etwa dem Quadrat der Maschinendrehzahl
proportional.
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Jede Änderung des Kompressoreinlaßdruckes und oder der Kompressoreinlaßtemperatur
verändert die Einstellung der Nadel 91. Sollte sich die Dichte der eintretenden
Luft vermindern, dehnt sich der Balg 109 aus, und die Nadel 91 wird nach unten bewegt.
Durch diese Abwärtsbewegung der Nadel 91 wird die freie Fläche der Öffnung 93 vergrößert,
so daß der Druckabfall vermindert wird. Hierdurch erhöht sich der Differenzdruck
P2-P3 an der Reglermembran 27 bei der dann vorherrschenden Drehzahl, so daß das
Gleichgewicht der Druckdifferenzen mit den Fliehgewichten 77 gestört und das Regelventil
29 in schließender Richtung verstellt wird, wodurch auch die Brennstoffzufuhr und
die Maschinendrehzahl vermindert werden, bis das Gleichgewicht zwischen dem Differenzdruck
und der Betätigungskraft der Fliehgewichte wiederhergestellt ist. Für den Fall,
daß die Dichte der zugeführten Luft ansteigt, ergibt sich eine entsprechende Regelung
mit umgekehrten Vorzeichen. Es ist somit ersichtlich, daß mit der Dichteregelvorrichtung
die Druckdifferenz am Steuerventil erfaßt wird, um die Einstellung des Reglerventils
zu korrigieren, wenn Änderungen der Kompressoreinlaß-Lufttemperatur oder des dort
herrschenden Luftdruckes auftreten. Bei jeder durch die Einstellung der Steuerung
festgelegten Maschinendrehzahl bleibt die Einstellung des Drosselventils 41 unabhängig
von Änderungen der Dichte der zugeführten Luft konstant, doch wird der Brennstofffluß
entsprechend geändert, da der Druck in der Brennstoffzuteilvorrichtung verändert
wird. Die Nachregelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 116, welches durch eine
Trennwand 121 mit einer mittleren Durchlaßöffnung 123 in zwei Kammern 117 und 119
unterteilt ist. Mit einem längs verschieblich in der Kammer 19 gelagerten Kolben
125 wird die Kammer 119 in zwei Kammern 127 und 129 unterteilt. Eine Leitung 131,
die in eine Eintrittsöffnung 133 der Kammer 127 eingeschraubt ist, stellt eine Verbindung
zwischen der Kammer 51 und der Kammer 127 her. In der Durchlaßöffnung 123 ist eine
Ventilführung 135 angeordnet, die sich mit einem Ringflansch 137
an
der Trennwand 121 abstützt. Dieser Flansch 137 liegt dichtend an der Trennwand 121
.an, so daß der größte Teil der Ventilführung 135 in die Kammer 127 hineinragt.
Eine in der Seitenwandung der Ventilführung 135 angeordnete Drosselöffnung 139 stellt
eine Verbindung zwischen .der Kammer 127 und der Kammer 117 her. Ein Ventil
141 mit einer Ventilstange 143 ist gleitend in der Ventilführung 1.35 gelagert,
um mit einem Ventilsitz 145 der Ventilführung 135 zusammenzuarbeiten. Die Ventilstange
143 ist auf ihrem freien Ende mit einer einstellbaren Mutter 147 versehen, die eine
Unteriegseheibe 149 auf - der Ventilstange hält. Mit Hilfe .einer Feder 151, die
zwischen dem Flansch 137 und der Unterlegscheibe 149 vorgesehen ist, wird das Ventil
141 auf den Ventilsitz 145 gedrückt. Der Kolben 125 ist so angeordnet, daß er unter
dem Einfluß einer Feder 153 zwischen der inneren Kolbenfläche 125 und dem .Gehäuse
116 an der Ventilstange 143 zur Anlage kommt. Eine Anschlußöffnung 155 in der Seitenwandung
des Gehäuses 116 im Bereich der Kammer 117 dient zum Einschrauben einer Leitung
157, welche den Druck zwischen der Kammer 117 und der Kammer 99 überträgt. Eine
ähnliche Anschlußöffnung 159 ist im Bereich der Kammer 129 in der Stirnfläche des
Gehäuses 116 angeordnet. In diese Öffnung 159 ist ein rohrförmiger Fortsatz 161
mit einer auswechselbaren Drossel 163 eingeschraubt. Eine lösbar am Fortsatz 161
befestigte Leitung 165 überträgt den Druck von der Kammer 53 zur Kammer 129. Die
einzelnen Drücke sind wie folgt bezeichnet P1 = Auslaßdruck der Brennstoffpumpe.
P2 = Druck des undosierten Brennstoffes.
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P3 = Brennstoffdruck in der Dichtekompensationsvorrichtung.
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Pg = abgewandelter P3 Brennstoffdruck. P4 = Druck des dosierten Brennstoffes.
In Fig.3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die bei dieser Ausführungsform vorgesehene Nachregelvorrichtung 20c besteht aus
einem Gehäuse 167 mit zwei Abschnitten 169 und 171, die durch eine Wand 173 voneinander
getrennt sind. Der Abschnitt 169 ist durch eine Membran 179, die mit ihren Außenrändern
am Gehäuse 167 befestigt ist, in zwei Kammern 175 und 177 unterteilt. Eine Anschlußleitung
181 überträgt den Druck von der Kammer 51 über eine Anschlußöffnung 183 zur Kammer
175. Eine zwischen der Membran 179 und der Trennwand 173 angeordnete Feder 185 beaufschlagt
die Membran so, daß diese von der Trennwand weg bewegt wird. Der Abschnitt 171 ist
durch eine Membran 191, die mit ihrem Außenrand am Gehäuse 167 befestigt ist, in
zwei Kammern 187 und 189 unterteilt; eine Feder 193 zwischen der Membran 191 und
der Trennwand 173 drückt die Membran von der Trennwand weg. Über eine Leitung 195
wird der Druck P3 von der Kammer 25 über den Anschluß 197 in den Abschnitt 171 hineingeleitet.
Der Anschluß 197 steht über Durchlässe 199 und 201 mit den beiden durch die Membran
getrennten Räumen in Verbindung. Der Durchlaß 199 stellt über eine Drosselöffnung
203 eine Verbindung mit der Kammer 187 und der Durchlaß 201 eine unmittelbare Verbindung
mit der Kammer 189 her. Ein neben der Drosselöffnung 203 angeordnetes federbelastetes
Rückschlag venti1205 dient als Parallelverbindung zwischen der Kammer 187 und der
Leitung 195. Der Endabschnitt des..£'zehäuses 167 neben der Kammer 189 ist mit einem
nach außen gerichteten Rohrfortsatz 207 versehen, welcher mit der Kammer 189 über
den Mittelkanal 209 eines Ventilsitzes 211, welcher in eine Öffnung 213 des Gehäuses
167 eingeschraubt ist, in Verbindung steht. Ein Ringflansch 215 am äußeren Ende
des Ventilsitzes 211 begrenzt die Einschraubtiefe des Ventilsitzes in die Öffnung
213. Innerhalb des Rohrfortsatzes 207 ist eine einstellbare Drossel 217 befestigt,
welche den Durchfluß des Strömungsmittels regelt. Über eine Leitung 219 steht der
Rohrfortsatz 207 reit der Kammer 53 für den zugeteilten Brennstoff in Verbindung.
Im Mittelabschnitt der Membran 191 ist auf einer Halterung 191' ein halbkugelförmiger
Ventilkörper 221 befestigt, der bei Betätigung durch die Membran 191 gegenüber seinem
Ventilsitz 211 bewegt werden kann. In einer Aussparung 225 des Ventilsitzes 211
ist eine Feder 223 angeordnet, die den halbkugelförmigen Ventilkörper 221 vom Ventilsitz
abdrücken kann. Eine in die Trennwand 173 eingeschraubte einstellbare Hülse 227
dient dazu, die Bewegungen der Membran 191 und damit auch die Bewegungen des Ventilkörpers
221 in öffnender Richtung zu begrenzen. In der einstellbaren Hülse 227 sind Öffnungen
227' vorgesehen, über die das Strömungsmittel zwischen den beiden Kammern 187 und
177 hin und her strömen kann.
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In Fig. 4 ist mit dem Bezugszeichen 22 eine Brennstoffregelanlage
für konstanten Druck und veränderlichen Durchströmquersehnitt bezeichnet. Die Kammer
229 erhält über eine Zuflußleitung 233 von der Pumpe 231 den Brennstoff unter einem
Druck P1. Der gesamte Zufluß zur Kammer 229 ist in zwei Wege unterteilt, von denen
der eine einen Teil des Brennstoffes über Nebenschlußöffnungen 237 und 239 und eine
Nebenschlußkammer 241 zur Pumpensaugleitung 235 zurückleitet. Über den anderen Weg
wird der Rest des Brennstoffes zu den in Fig. 1 dargestellten Brennerdüsen 16 weitergeleitet.
Dieser Weg verläuft über eine Leitung 243, einen zwischen einem Gehäuse und einer
festen zylindrischen Hülse 247 angeordneten Einlaßringraum 245 zu einer Kammer 249,
welche von einem axial verschiebbaren und drehbaren hohlzylindrischen Ventil 251
gebildet wird, das über Öffnungen 253 an den Einlaßringraum 245 angeschlossen ist.
Von der Kammer 249 führt der Weg über die Ventil- und Hülsenauslaßöffnungen 255
und 257 zu einer Leitung 259, die mit einem Auslaßringraum 261 an die Öffnungen
angeschlossen ist. Die Leitung 259 führt dann über eine den minimalen Durchfluß
begrenzende Drossel 263 zur Abflußleitung 265 und von dort zu den in Fig. 1 dargestellten
Anschlußstutzen und Brenneranschlußleitungen. Die Nebenschlußöffnungen 237 und 239
werden von einem Doppelsitzventi1267 gesteuert, welches so eingestellt wird, daß
an der Öffnung 253 ein konstanter Differenzdruck aufrechterhalten wird. Zur Einstellung
des Ventils 267 dient ein Regler 269 mit einer Reglerkammer 270.
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Eine rechteckige Öffnung 271 in der Wandung des Ventils 251 kann gegenüber
einer Rechtecköffnung 273 in der Wandung der festen Hülse 247 verstellt werden,
um den freien Querschnitt der Öffnung 253, welche den Einlaßringraum 245 mit der
Ventilkammer 249 verbindet, zu verändern. Die Durchströmöffnung 253 hat entweder
quadratische oder rechteckige Form; eine ihrer Seiten ändert sich, wenn das Ventil
verdreht und die andere, wenn das Ventil in axialer Richtung verschoben wird.
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Ein bei allen Drehzahlen arbeitender Regler, welcher auf die Triebwerksdrehzahl
und die Einstellung
des vom Piloten zu verstellenden Gestänges 275
anspricht, und eine Beschleunigungs-Brennstoffregelung, welche auf die Triebwerksdrehzahl
und die Verdichter-Einlaßtemperatur anspricht, sind in Fig. 4 schematisch als Rechteck
277 dargestellt. Der Regler und die Beschleunigungs-Brennstoffregelung können zusammen
und gegeneinander arbeiten und sind so zusammengeschaltet, daß derjenige der beiden
Regler, welcher die geringste Brennstoffmenge durch die Öffnung 253 einregelt, das
Ventil in axialer Richtung verstellt. Dieser Reglerteil steuert damit den freien
Ouerschnitt der Öffnung 271 bei abgeschaltetem Regler und beim Beharrungsbetrieb
der Maschine, während der bei der Beschleunigung den Brennstoff dosierende Teil
der Regelanlage. die axiale Einstellung des Ventils bewirkt. Die Vorrichtung 277
ist über eine Stange 279 und ein Kugelgelenk 281 mit dem Ventil 251 verbunden. Ein
einstellbarer Anschlag 283 im Gehäuse 285 zur Festlegung des minimalen Durchflusses
liegt an der einen Stirnfläche eines Ritzels 287 an, welches über eine Welle 289
mit dem Ventil 251 verbunden ist. Das Ritzel 287 berührt den Anschlag 283 nur während
der Verzögerung des Triebwerkes, die dadurch hervorgerufen werden kann, daß der
Reglerteil der Vorrichtung 277 auf eine Drehzahl eingestellt wird, die geringer
als die augenblicklich herrschende ist. Die Einleitung einer Verzögerung hat ein
Schließen des Ventils 251 in die dargestellte Stellung zur Folge, die so lange beibehalten
wird, bis der Regler das Triebwerk wieder bei der neuen Drehzahl in einen Gleichgewichtszustand
einregelt.
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Die Verdrehung des Ventils 251 erfolgt mit einem evakuierten Balg
291, an dem eine Zahnstange 293 befestigt ist, welche mit dem Ritzel287 im Eingriff
steht. Der Balg 291 ist in einer Kammer 295 angeordnet, die über die Leitung 299
an die Auslaßseite des Verdichters 13 angeschlossen ist. Eine Veränderung des Verdichterauslaßdruckes
hat eine Druckänderung in der Kammer 295 und damit auch eine proportionale Längenänderung
des Balges 291 zur Folge. Diese Längenänderung bewirkt über die Zahnstange 293 und
das Ritzel 287 eine Verdrehung des Ventils 251. Wenn beispielsweise der Verdichterauslaßdruck
ansteigt, wird der Balg 291 zusammengedrückt, so daß eine Verdrehung des Ritzels
287 und des Ventils 251 entgegengesetzt dem Uhrzeiger erfolgt, wenn das Ventil von
der Ritzelseite aus betrachtet wird. Hierdurch wird der freie OOuerschnitt der Öffnung
253 um einen Betrag vergrößert, der der Erhöhung des Verdichterauslaßdruckes proportional
ist.
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Das Nebenschlußventil 267 wird- von Differenzdruck Pi-P4, welcher
auf eine Membran 301 einwirkt, betätigt. Es dient dazu, am Ventil251 unabhängig
von den Querschnitten 271- und 273 eine konstante Druckdifferenz Pi-P4 aufrechtzuerhalten.
Die Kammer 270 steht über eine Leitung 303 und der darin angeordneten Drossel 305
mit -der Abflußleitung 265 in Verbindung. Die Drossel 305 dient zur Einstellung
der Empfindlichkeit des Nebenschlußventils 267. Die Feder 307, die als Vorspannung
für das Nebenschlußventil267 dient, arbeitet zusammen mit dem Druck P4 gegen den
auf der anderen Seite der Membran 301 herrschenden Druck P1. Eine Verminderung des
Druckes P4 hat eine Erhöhung der Druckdifferenz Pi-P4 zur Folge, so daß das Nebenschlußventil
267 geöffnet wird und genügend Strömungsmittel über die Öffnungen 237 und 239 und
die Leitung 235 zur Ansaugseite der Pumpe zurückleitet, um wieder die ursprüngliche
Druckdifferenz Pi-P4 am Ventil 251 einzustellen. Wenn der Druck P4 ansteigt, vermindert
sich die Druckdifferenz PI-P4, so daß das Nebenschlußventi1267 geschlossen und der
Zufluß zum Ventil 251 so lange erhöht wird, bis dort der Differenzdruck Pi-P4 wieder
auf seinen gewünschten Wert eingestellt ist.
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In Fig.4 besteht die Nachregelvorrichtung aus einem Gehäuse 309, dessen
Innenraum mit Membranen 319, 321 und 323, die mit ihren Außenrändern am Gehäuse
309 befestigt sind, in eine Anzahl von Kammern 311, 313, 315 und 317 unterteilt
ist. In einer Bohrung 335 des Gehäuses 309 ist eine rohrförmige Ventilführungsbüchse
329 lösbar angeordnet, welche mit einer Bohrung 331 und einer Öffnung 333 in ihrer
Seitenwand versehen ist. Ein Teil dieser Büchse 329 mit der Öffnung 333 erstreckt
sich in die Kammer 311 hinein. An einem Ende der Büchse 329 sind ein Ansatz 339
und ein Durchlaß 337 vorgesehen. Über einen Durchlaß 341 und den Durchlaß 337 steht
die Bohrung 331 ständig mit der Leitung 235 in Verbindung. Innerhalb der Ventilführungsbüchse
329 ist längs verschiebbar ein Ventilkörper 342 gelagert, welcher eine Axialbohrung
343 und eine Radialbohrung 345 aufweist. Das innere Ende der Axialbohrung 343 mündet
so in die radiale Bohrung 345, daß ein durchgehender Durchflußkanal im Ventilkörper
342 vorhanden ist. Die radiale Bohrung 345 arbeitet zu gewissen Zeitpunkten mit
der Öffnung 333 zusammen; es ergibt sich eine maximale Durchflußöffnung, wenn der
Ventilkörper 342 am Ansatz 339 anliegt. Durch eine Leitung 347 ist die Reglerkammer
270 über die parallel zueinander angeordneten Anschlußleitungen 349 und 351 mit
den Kammern 311 und 317 verbunden. Die Kammer 313 ist über die Leitung 297 mit dem
Verdichter 13 verbunden. Eine Öffnung 353 mit einer darin auswechselbar angeordneten
Drossel 355 ermöglicht eine Verbindung zwischen den Kammern 313 und 315. Parallel
zur Öffnung der Drossel 355 ist ein Durchflußkanal 357 mit einem Rückschlagventil
358 vorgesehen, um einen schnellen Durchfluß zur Kammer 315 zu ermöglichen, damit
jederzeit während der Beschleunigung dort ein maximaler Druck P,' sichergestellt
wird. Eine am geschlossenen Ende des Ventils 342 befestigte Ventilstange 359 ist
mit den Membranen 319, 321 und 323 an deren Mittelabschnitt lösbar verbunden. Eine
schwache Feder 361 mit niedriger Federkonstante ist zwischen dem Gehäuse 309 und
der Membran 321 angeordnet, um das Ventil 342 in die geschlossene Stellung zu drücken.
Ein einstellbarer Anschlag 363, welcher in das Gehäuse 309 eingeschraubt ist, verhindert,
daß das Ventil 342 über seine geschlossene Stellung hinaus bewegt wird. Mit Hilfe
einer Einstellschraube 365, welche ebenfalls in das Gehäuse 309 hineingeschraubt
ist, kann der Durchfluß durch den Kanal 367 beschränkt werden.
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Die bei den Brennstoffregelanlagen gemäß Fig.4 anal 5 auftretenden
Drücke sind mit P bezeichnet, wobei den einzelnen Indices folgende Bedeutung zukommt
P1 = Pümpenauslaßdruck. Po = Pumpeneinlaßdruck.
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P4 = Druck des dosierten Brennstoffes. P, = Kompressorauslaßdruck.
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P,'= abgewandelter Kompressorauslaßdruck. Pl = Kompressoreinlaßdruck.
In Fig. 5 ist ein Brennstoffregler, welcher mit veränderlichem Brennstoffdruck und
veränderlichem Regelquerschnitt arbeitet, dargestellt. Er ist mit einer
Vorrichtung
versehen, welche in Abhängigkeit von dem Verdichterdruckverhältnis
einen Steuerdruck einstellt.
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Dieser Regler besteht aus einem Gehäuse 369 mit zwei Kammern 371 und
373, welche durch eine Trennwand 375 mit einer Mittelöffnung 377 voneinander getrennt
sind. Eine mit dem Ventil 381 verbundene Ventilstange 379 erstreckt sich
in axialer Richtung durch eine Öffnung 383 des Gehäuses 369 in eine Kammer 385 hinein,
wo sie mit einem in dieser Kammer angeordneten Balg 387 verbunden ist. Das entgegengesetzte
Ende des Balges 387 ist fest mit dem Gehäuse 369 verbunden. Der Ventilkörper 381
ist so angeordnet, daß er mit Hilfe des Balges 387 in bezug auf die Öffnung 377
hin und her bewegt werden kann, um den Durchfluß durch diese Öffnung zu verändern.
Ein in einer Aussparung 391 des Gehäuses 369 angeordneter Dichtungsring 389 dient
als Packung zwischen dem Gehäuse 369 und der Ventilstange 379. In die Kammer 385
münden mehrere Anschlüsse 393, 395 und 397. Eine im Anschluß 393 angeordnete Drossel
399 begrenzt den Abfluß aus der Kammer 385. In dem Anschluß 395, über welchen der
Verdichtereinlaßdruck P1 in die Kammer 385 hineingeleitet wird, ist eine abgestimmte
Drossel 401 angeordnet. Im Anschluß 397, welcher über eine Leitung 405 vom Verdichterauslaßdruck
P, beaufschlagt wird, ist eine abgestimmte Drossel 403 angeordnet. In dem Gehäuse
369 ist eine Dosieröffnung 407 vorgesehen, welche mit dem Inneren der Kammer
373 in Verbindung steht. Zwischen einer Pumpe 411, die das unter Druck stehende
Strömungsmittel fördert, und der Öffnung 407 ist eine Leitung 409 vorgesehen. Über
eine Abflußleitung 413 wird das dosierte Strömungsmittel von der Kammer 371 zu den
nicht dargestellten Treibwerksanschlußstutzen weitergeleitet. Eine in den Anschluß
417 des Gehäuses 369 eingeschraubte Rohrleitung führt den Druck P4 der schematisch
dargestellten Regelanlage 419 zu, welche in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem
Druck den Betriebszustand und die Beschleunigung einregelt. Der Druck P1 wird der
Regelanlage 419 über eine Leitung 421 zugeführt, welche in einen Anschluß 423 der
Leitung 409 eingeschraubt ist. Eine Leitung 425 zwischen der Regelanlage und dem
Pumpeneinlaß dient zur Rückleitung des Strömungsmittels.
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Die Kammer 385 für die Erzeugung des eingestellten Steuerdrucks empfängt
über die Drossel 403 den Verdichterauslaßdruck P, und über die Drossel 401 den Verdichtereinlaßdruck
Pl. Die Abmessungen der Drosseln 401 und 403 sind so ausgewählt, daß
ein bestimmtes Querschnittaverhältnis besteht. Die Auswahl dieses Verhältnisses
wird mit Rücksicht auf die spezielle Pumpgrenze des Verdichters festgelegt. Es konnte
festgestellt werden, daß bei geeignet ausgewählten Drosselquerschnittsverhältnissen
der modulierte Verdichterauslaßdruck P," sich proportional zum Druckverhältnis -
oder aber entsprechend einer zuvor festgelegten Funktion
dieses Verhältnisses ändert. Die speziell gewünschte Funktion des Druckverhältnisses
bei einem vorgegebenen Triebwerk, wie sie effektiv durch den Druck P," gemessen
wird, wird durch das ausgewählte Verhältnis der Drosselquerschnitte festgelegt.
Die Drosselquerschnitte sind so ausgewählt, daß die Durchflußgeschwindigkeit des
Strömungsmittels durch die Drossel 401 für den Einlaßdruck Pl bei einem zuvor festgelegten
Verdichterdruckverhältnis die Schallgeschwindigkeit erreicht, wodurch der resultierende
Druck P," sich bei allen Druckverhältnissen oberhalb dieses vorgegebenen Druckverhältnisses
als ein zuvor festgelegter fester Bruchteil des Druckes P, einstellt.
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Wenn beispielsweise bei der Beschleunigung der eingestellte Steuerdruck
P," ansteigt, wird auf den Balg 387 eine Kraft ausgeübt, die den Balg zusammendrückt
und das Dosierventil 381 weiter öffnet. Jedem vorgegebenen Wert des modulierten
Steuerdruckes P" entspricht eine bestimmte Einstellung des Dosierventils in der
Öffnung 377.
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Das mit mehreren Anschlüssen 429, 431 und 433 versehene Gehäuse 427
ist mit beweglichen Membranen 441 und 443 in drei Kammern 435, 437 und 439 unterteilt.
In einer Öffnung 449 des Gehäuses 427 ist lösbar eine rohrförmige Ventilführung
445 mit einer Bohrung 447 befestigt. Mit Hilfe einer Schulterfläche 453, die sich
von der Innenfläche der Ventilführung 445 radial nach innen erstreckt, wird ein
Durchlaß 451 geschaffen. An einem Teil der Ventilführung 445 ist in der Seitenwand
eine Auslaßöffnung 455 vorgesehen, die in die Kammer 435 hineinführt. Längs verschieblich
in der Ventilführung 445 ist ein Ventilkörper 457 mit einer Axialbohrung 459 und
einer Radialbohrung 461 angeordnet. Die Axialbohrung 459 mündet in die radiale Bohrung
461, so daß ein Kanal innerhalb des Ventilkörpers 457 entsteht. Die Radialbohrung
461 kann zu gewissen Zeitpunkten mit der Öffnung 455 zusammenwirken. Der Kammer
435 wird der Steuerdruck P," über eine Drossel 399, eine Leitung 463 und einen Anschluß
429 zugeführt. Innerhalb des Gehäuses 427 ist eine Trennwand 465, die sich radial
nach innen erstreckt, angeordnet und mit einer Mittelöffnung 467 versehen. In dieser
Mittelöffnung sind die Außenränder der Membran 441 befestigt. An den Membranen 441
und 443 ist eine Ventilstange 469 befestigt, die an ihrem Ende das geschlossene
Ende des Ventilkörpers 457 trägt. Die Membran 443 ist mit ihrem Außenrand am Gehäuse
427 befestigt. Zwischen den beiden Kammern 435 und 437 besteht über den Durchlaß
471 und die darin befestigte Drossel 473 eine Verbindung. Ein Durchlaß 472 mit einem
Rückschlagventil 474 ist der Drossel 473 parallel geschaltet, um während der Beschleunigung
in der Kammer 439 einen maximalen Druckanstieg zu ermöglichen. Der Druck aus der
Kammer 435 kann über die Öffnung 455, die Bohrungen 461 und 459, den Durchlaß 451
und den Anschluß 431 je nach Wunsch auf den Druck P, oder den Atmosphärendruck abgesenkt
werden. Der Anschluß 433 dient dazu, der Kammer 437 über eine Leitung 457 den Verdichterauslaßdruck
P, zuzuführen. Zwischen der Membran 443 und der Trennwand 465 ist eine Feder 477
mit kleiner Federkonstante eingesetzt, welche die Ventilstange gegen einen einstellbaren
Anschlag 479 drückt, welcher in das Gehäuse 427 eingeschraubt ist. Wenn die Ventilstange
469 an dem einstellbaren Anschlag 479 zur Anlage kommt, befindet sich das
Ventil 457 in geschlossener Stellung.