DE1137267B - Regeleinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Regeleinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke

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Publication number
DE1137267B
DE1137267B DEU3763A DEU0003763A DE1137267B DE 1137267 B DE1137267 B DE 1137267B DE U3763 A DEU3763 A DE U3763A DE U0003763 A DEU0003763 A DE U0003763A DE 1137267 B DE1137267 B DE 1137267B
Authority
DE
Germany
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valve
speed
control device
blow
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
DEU3763A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Paul Farkas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Aircraft Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Aircraft Corp filed Critical United Aircraft Corp
Publication of DE1137267B publication Critical patent/DE1137267B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/32Control of fuel supply characterised by throttling of fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Regeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke, bei der die Brennstoffzufuhr von einem Regelventil mittels einer Servoeinrichtung in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck eingestellt wird, der durch ein erstes Ventil in Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur beeinflußt wird.
  • Bei einer bekannten Regeleinrichtung wird die Verdichter- oder Turbinendrehzahl verwendet, um ein zusätzliches Brennstoffregelventil direkt zu steuern. Dadurch werden wenigstens zwei Brennstoffregelventile in Reihenschaltung benötigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Regeleinrichtung der obigen Art, die bei Verwendung eines einzigen Brennstoffregelventils einwandfrei arbeitet.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem ersten Ventil ein Abblasventil nachgeschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl verstellt wird.
  • Das Abblasventil kann aus zwei parallelgeschalteten Ventilen bestehen, von denen das eine bei Drehzahlzunahme zuerst öffnet und bei weiterer Drehzahlzunahme wieder schließt, während das zweite bei Drehzahlzunahme über einen durch einen Handhebel eingestellten Wert öffnet.
  • Das Brennstoffregelventil kann mittels eines Faltenbalges zusätzlich vom Umgebungsluftdruck beeinflußt werden.
  • Bei Anwendung der Regeleinrichtung auf ein Zweiwellen-Gasturbinentriebwerk kann dem erwähnten Abblasventil ein weiteres Abblasventil parallelgeschaltet sein, das durch Öffnen die Höchstdrehzahl der anderen Turbine begrenzt.
  • Bei der Regeleinrichtung nach der Erfindung sind alle Betriebskenngrößen in dem Luftdruck enthalten, der das Regelventil direkt einstellt. Die regelnde Membran ist dem Verdichtungsenddruck, der Drehzahl, dem Verdichteransaugdruck und der Temperatur unterworfen. Dies wird durch die geeignete Anordnung der parallelgeschalteten Ventile des Abblasventils erreicht. Dabei wird ein konstanter Druckabfall in dem Regelventil aufrechterhalten. Die zum Einstellen des Luftdruckes notwendigen Ventile bilden mit dem drehzahlabhängigen Mechanismus einen einheitlichen Bestandteil.
  • In der Zeichnung ist ein Gasturbinentriebwerk 10 dargestellt, das aus einem Verdichter, einem Brennkammerteil und einem Turbinenteil besteht. Verdichter und Turbinen sind jeweils unterteilt. Darstellungsgemäß wird der Niederdruckverdichter 12 von der zweiten Turbinenstufe 14 angetrieben, während der Hochdruckverdichter 16 von der ersten Turbinenstufe 18 angetrieben wird. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß die eine Turbinenstufe eine Luftschraube oder einen Hubschrauberrotor antreibt, während die andere Turbinenstufe den Verdichter antreibt. Die Erfindung ist im folgenden so beschrieben, daß sie gleichermaßen für diese andere Anordnung Anwendung finden kann.
  • Die Regeleinrichtung nach der Erfindung regelt die Brennstoffzufuhr gemäß der Drehzahl des Verdichters 16 und der Turbine 18. Diese Drehzahl wirkt über die Verbindung 22 auf den Drehzahlregler 24.
  • Über die Leitung 26 wirkt die Verdichtereinlaßtemperatur auf den Temperaturregler der Regeleinrichtung.
  • Aus einem Tank 32 wird Brennstoff mit einer Pumpe 34 gesaugt, unter Druck gesetzt und durch ein Filterelement 36 gepreßt, das ein bekanntes Umgehungsventil mit der Feder 38 aufweist. Der Brennstoff strömt in jedem Fall durch die Leitung40 zu dem Einlaß 42 des Regelventils 44 und dann durch die Auslaßleitung 46 zu dem Brennkammerteil des Triebwerks 10.
  • Dem Filter 36 ist ein Überdruckventil 50 nachgeschaltet, das Brennstoff beim überschreiten eines vorbestimmten Druckes zu der Leitung 52 und dem Pumpeneinlaß umleitet.
  • Je eine Seite einer federbelasteten Membran 56 ist dem Druck an der Einlaß- bzw. Auslaßseite des Regelventils 44 durch Kanäle 58 bzw. 60 ausgesetzt. Die Feder 62 ist so eingestellt, daß die Membran beim Überschreiten eines bestimmten Druckabfalls am Regelventil 44 ein Umleitungsventil 66 öffnet, wodurch Brennstoff über die Leitung 68 zu dem Pumpeneinlaß zurückgeleitet wird. Die obere Spindel des Regelventils 44 steht mit einer Feder 70 und einem evakuierten Faltenbalg 72 im Eingriff. Die den Faltenbalg 72 umgebende Kammer ist durch die Leitung 74 dem Umgebungsluftdruck ausgesetzt, so daß das Regelventil gemäß den Höhenänderungen vorgespannt wird. Diese Höhenkompensation ist nicht in allen Anlagen erforderlich und kann wahlweise vorgesehen werden.
  • Das Regelventil 44 wird hauptsächlich von dem Drehzahlregler 24 und dem Temperaturregler 28 gesteuert. Die direkte Betätigung des Regelventils 44 erfolgt durch die Membran 80, deren obere Seite durch die Leitung 82 dem Umgebungsluftdruck und deren untere Seite dem änderbaren Verdichtungsdruck ausgesetzt sind. Der Verdichtungsdruck wird über eine Leitung 90 durch eine einstellbare Öffnung 92 an die Leitung 94 und dann an die Kammer 96 auf der unteren Seite der Membran 80 geliefert und in der Leitung 94 durch den Drehzahlregler 24 geändert. Eine Feder 100 des Drehzahlreglers 24 wird von dem Handhebel 102 des Piloten über die Nockenscheibe 104 und den Hebel 106 eingestellt. Ein Fliehgewicht 108 spricht auf Änderungen der Drehzahl der zweiten Triebwerkwelle an und ändert dadurch die Abblasmenge an der öffnung 110. Dieser Abblasvorgang ändert den Wert des jeweiligen Verdichtungsdrucks. Infolgedessen liefert die Größe der Öffnung 110 ein Signal, dessen Wert eine Funktion der Drehzahlabweichung vom Sollwert ist.
  • Ein drehzahlempfindliches Ventil 114 wirkt in der Weise, daß eine bestimmte Druckluftmenge lediglich als Funktion der Drehzahl abbläst. Das Ventil 114 kann eine Abblasöffnung mit wachsender Drehzahl zunächst öffnen und dann wieder schließen, so daß bei einer allmählichen Erhöhung der Drehzahl zuerst immer mehr und dann schließlich immer weniger Luft aus der Leitung 94 abgeblasen wird. Wenn die eingestellte Drehzahl annähernd erreicht ist, öffnet das Ventil 110, um mehr Luft aus der Leitung 94 abzublasen, wodurch die Brennstoffzufuhr vermindert wird.
  • Zur genaueren Anpassung der Brennstoffregelung an eine gewünschte Betriebskurve dient der Temperaturregler28, wobei die Temperatur der Verdichtereinströmluft über die Leitung26 zu der Kammer 130 gelangt. In dieser ist ein temperaturempfindlicher Faltenbalg 132 angeordnet, der der Feder 134 entgegenwirkt und ein Paar Ventile 136 und 138 betätigt. Das Ventil 136 ist in Reihe und das Ventil 138 parallel zu den drehzahlabhängigen Ventilen 114 und 110 angeordnet.
  • Wenn die Öffnungen, die von den Ventilen 136 und 138 eingestellt werden, entgegengesetzt den Änderungen der Lufttemperatur ansprechen, kann eine genauere Annäherung an eine gewünschte Betriebskurve erhalten werden. Beispielsweise hat die von dem Ventil 138 geregelte parallele Öffnung sehr geringe Wirkung, wenn das Ventil 114 ziemlich weit geöffnet ist. Andererseits hat das von dem Ventil 138 geregelte Venti1110 eine verhältnismäßig große Wirkung, wenn sich das Ventil 114 in der Nähe der geschlossenen Stellung befindet.
  • Die Verwendung eines in Reihe und eines parallelgeschalteten Ventils ermöglicht die Verwendung verschiedener Temperaturausgleichfunktionen bei hohen und niedrigen Drehzahlen.
  • In einem Doppelwellentriebwerk der dargestellten Art spricht der Hauptbrennstoffregler nur auf die Drehzahl der zweiten Welle an, d. h. auf die Drehzahl der ersten Turbinenstufe oder des Hochdruckverdichters. Es soll angenommen werden, daß aus konstruktiven oder anderen Begrenzungsgründen der Hauptbrennstoffregler so eingestellt ist, daß die Drehzahl der zweiten Welle beispielsweise 9000 U/min nicht überschreitet. In einem Triebwerk dieser Bauart kann die konstruktive oder betriebsbedingte Begrenzung für den Niederdruckverdichter so gewählt sein, daß seine Drehzahl 6000 Uimin nicht überschreitet. Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist es möglich, daß bei Betrieb der zweiten Welle unter ihrer Grenze von 9000 U/min die erste Welle oberhalb ihrer Grenze von 6000 U/min zu arbeiten sucht. Um eine übermäßige Drehzahl der ersten Welle zu vermeiden, könnte man die Höchstdrehzahl der zweiten Welle erniedrigen. Jedoch würde man mit einer solchen Einstellung dem Triebwerk die Möglichkeit nehmen, seine maximale Schubleistung zu erzeugen.
  • Zu diesem Zweck wird ein Abblasventi1150 verwendet. Dieses stellt die Drehzahl der ersten Welle über die Leitung 152 fest und enthält Reglerfliehgewichte 154, die gegen ein Paar Federn 156 und 158 arbeiten, bei hohen Drehzahlen ein Ventil 160 von seinem Sitz abheben, so daß Luft aus der Leitung 164 nach außen durch eine Öffnung 166 strömen kann. Die Leitung 164 ist mit der Leitung 94 des HauptbrennstoffregIers verbunden. Auch wenn der Hauptbrennstoffregler eine größere Brennstoffzufuhr und einen größeren Druck in der Leitung 94 anfordern würde, wird der darin entstehende Druck immer dann vermindert, wenn die Drehzahl der ersten Welle den eingestellten Höchstwert überschreitet. Auf diese Weise ist auch eine Drehzahlbegrenzung der ersten Welle eingebaut.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Regeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke, bei der die Brennstoffzufuhr von einem Regelventil mittels einer Servoeinrichtung in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck eingestellt wird, der durch ein erstes Ventil in Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Ventil (136) ein Abblasventil nachgeschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl verstellt wird.
  2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasventil aus zwei parallelgeschalteten Ventilen besteht, von denen das eine (114) bei Drehzahlzunahme zuerst öffnet und bei weiterer Drehzahlzunahme wieder schließt, während .das zweite (110) bei Drehzahlzunahme über einen durch einen Handhebel (102) eingestellten Wert öffnet.
  3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffregelventil (44) mittels eines Faltenbalges (72) zusätzlich vom Umgebungsluftdruck beeinflußt wird.
  4. 4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis, 3 für Zweiwellen-Gasturbinentriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abblasventil ein weiteres Abblasventil (150) parallelgeschaltet ist, das durch Öffnen die Höchstdrehzahl der anderen Turbine begrenzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 884131, 859 697; französische Patentschriften Nr. 1062 946, 1062072.
DEU3763A 1955-02-24 1956-02-22 Regeleinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke Pending DE1137267B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE859697C (de) * 1950-06-01 1952-12-22 Oerlikon Maschf Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen
DE884131C (de) * 1950-11-17 1953-07-23 English Electric Co Ltd Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Lastregelung
FR1062072A (fr) * 1951-06-14 1954-04-20 Bendix Aviat Corp Perfectionnements aux dispositifs d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance de moteurs à turbines à gaz
FR1062946A (fr) * 1951-09-15 1954-04-28 Gen Motors Corp Dispositif perfectionné pour le réglage de la vitesse d'écoulement d'un liquide

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