-
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.