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Brennstoffregelanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff
regelanlage zur Vermeidung des Pumpens des Kompressors bei Belastungsänderungen
für ein aus Kompressor und mit diesem auf der gleichen Welle sitzender Gasturbine
bestehendes Maschinenaggregat.
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Beim Auftreten des Pumpens des Kompressors eines derartigen Maschinenaggregats
können die Brennertemperaturen und die auf den Kompressor einwirkenden Schwingungskräfte
so groß werden, daß das Aggregat schweren Schaden erleidet, sofern nicht dieser
schädliche Zustand durch eine entsprechende Leistungssteuerung, beispielsweise durch
eine sofortige und weitgehende Verminderung der Brennstoffzufuhr zur Turbine, beseitigt
wird.
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Aus diesem Grunde sind auch bereits Maschinenaggregate mit in Abhängigkeit
von der Drehzahl sowie den vor und hinter dem Kompressor herrschenden Druckwerten
der vom Kompressor geförderten Luft gesteuerten Drosselvorrichtungen innerhalb einer
von der mit konstantem Druck fördernden Brennstoffpumpe zu den Brennkammern der
Gasturbine führenden Brennstoffdruckleitung bekannt.
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Bei einer dieser bekannten Vorrichtungen wird die Brennstoffmenge
derart geregelt, daß die maximale Brennstoffzuführung während der Beschleunigung
der Maschine erfolgt, wobei sie durch einen Anschlag bestimmt ist und eine Überhitzung
der Turbine verhindert. Die Brennstoffmenge wird also durch die Zumeßöffnung als
eine Funktion des Verdichterverhältnisses gesteuert, das in Abhängigkeit der Luftdichte
geändert wird. Diese Vorrichtung gestattet somit keine Regelung, die sich eng den
Beschleunigungsbedingungen anpaßt.
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Eine andere Einrichtung verwendet den Verdichtereinlaßdruck und die
Maschinendrehzahl, von welcher der Verdichterauslaßdruck abhängig ist, als Steuerfaktoren,
die zur Verstellung eines Schrägnockens benötigt werden, um damit den Brennstofffluß
zu regeln. Dabei können nur zwei Steuerparameter benutzt werden, die eine Verdrehung
und eine Längenverschiebung des Nockens bewirken. Falls mehrere Parameter in den
Regelkreis einbezogen werden sollen, müssen somit andere Vorrichtungen unabhängig
von dem Nocken in die Regelanlage eingebaut werden, was zu größeren Verwicklungen
führen kann.
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Eine weitere Einrichtung zur Brennstoffregelung enthält eine Nockeneinrichtung
zur Regelung des Brennstoffflusses während der Maschinenbeschleunigung, ohne aber
dem Bereich des Verdichterpumpens oder -abreißens entgegenzuwirken. Diese Nockeneinrichtung
schließt zwei drehbar miteinander verbundene Nocken ein, die in der Längsrichtung
in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verschiebbar sind. Einer dieser Nocken
ist drehbar auf dem Zapfen vorgesehen, der den Nocken mit dem anderen Nocken verbindet,
und zwar in Abhängigkeit von der Verdichtereinlaßtemperatur. Bei dieser bekannten
Vorrichtung ist kein Steuerdruckregler vorhanden, der einen Steuerdruck erzeugt
und für die Betätigung eines Steuergliedes benutzt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute
Brennstoffregelanlage für Gasturbinen-Triebwerke zu schaffen, die in einwandfreier
Weise bei größtmöglicher Annäherung den Pump- oder Schwellbereich des Kompressors
vermeidet. Auf diese Weise wird es dann möglich, ungefährdet wesentlich höhere Beschleunigung
zu erzielen, als dies bei den bisher bekannten Regelanlagen möglich war, bei denen
im Hinblick auf den Schwellbereich eine generelle Begrenzung des bei der Beschleunigung
maximal zuzuführenden Brennstoffes nötig war.
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Es wurde festgestellt, daß bei einer Brennstoffregelung entsprechend
der Gleichung
oder entsprechend der Gleichung
wobei Wf die den Brennern zugeführte Brennstoff=
menge, PR den Ansaugdruck
(Staudruck) des Kompressors, n die Maschinendrehzahl, fi und f2 eine je nach den
Erfordernissen veränderliche zuvor festgelegte Funktion und P, einen in einer bestimmten
Kompressorstufe, vorzugsweise an der Auslaßseite des Kompressors herrschenden Druck
bezeichnet, die Turbine so beschleunigt werden kann, daß ein unstabiler Zustand
des Kompressors bei allen Betriebszuständen verhindert wird, ohne daß dazu irgendeine
Regelung in Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur nötig ist.
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Die Lösung der genannten Aufgabe besteht nun unter Beachtung dieser
Erkenntnisse erfindungsgemäß darin, daß durch eine in der Brennstoffdruck-1_eitung
hinter einer drehzahlabhängig gesteuerten Drosselvorrichtung angeordnete weitere
Drosselvorrichtung, welche durch einen luftleeren, in einem abgeschlossenen Gehäuse
angeordneten sowie einem Steuerdruck ausgesetzten Faltenbalg verstellt wird, wobei
dieser Steuerdruck seinerseits durch einen Steuerdruckregler geregelt wird, der
eine mit dem den Faltenbalg umgebenden abgeschlossenen Gehäuse durch eine Leitung
verbundene Steuerdruckkammer sowie eine Zweitkammer aufweist, die über je eine durch
gemeinsam verstellbare Druckreduzierventile in ihrem Querschnitt veränderbare Öffnung
mit dem Kompressoreinlaß sowie über je eine Drosselöffnung konstanten Querschnitts
mit dem Kompressorauslaß verbunden sind, und der ferner eine als Vierfaltenbalgsystem
ausgebildete Verstellvorrichtung für die gemeinsam verstellbaren Druckreduzierventile
aufweist, bei der zwei Bälge luftleer und zwei Bälge im Innern dem Druck in der
Zweitkammer bzw. dem Kompressoransaugdruck ausgesetzt sind und die die Druckreduzierventile
unabhängig vom Außendruck im Sinne der Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses
der in den beiden innendruckbeaufschlagten Faltenbälgen herrschenden Innendrücke
einstellt, wobei die Oberflächen der Druckreduzierventile Konturen aufweisen, welche
in Anpassung an die Pumpkennliniencharakteristik des Kompressors derart gewählt
sind, daß die Betriebspunkte des Kompressors im Kennlinienfeld stets dicht unterhalb
der Pumplinie liegen.
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Als vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, daß die innendruckbeaufschlagten
Faltenbälge an einem einarmigen Hebel angreifen, welcher ein Steuerventil eines
Servomotors verstellt, wobei das Verhältnis der Abstände der Angriffspunkte der
Faltenbälge vom Drehpunkt des Hebels gleich dem einzuregelnden Verhältnis der die
Faltenbälge beaufschlagenden Drücke ist, daß ferner die beiden luftleeren, vom Außendruck
beaufschlagten Faltenbälge mit dem Hebel derart verbunden sind, daß sie die Wirkung
des Außendruckes bei den anderen Faltenbälgen eliminieren.
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In der Zeichnung ist eine Regelanlage der genannten Art schematisch
in Schnittansicht gezeigt. Die Gasturbine 10 ist mit einer Anzahl von Brennkammern
11 versehen, die in einem gemeinsamen Gehäuse mit einer Lufteinlaßöffnung 12 untergebracht
sind. Ein Axialkompressor 13 wird von einer Turbine 14 über eine Welle 15 angetrieben.
Jede der Brennkammern ist mit einer Brennstoffdüse 16 versehen, durch welche der
Brennstoff unter Druck über eine Brennstoffsammelleitung 17 und Einzelleitungen
18 zugeführt wird. Die Sammelleitung 17 erhält ihren Brennstoff aus einem nicht
dargestellten Brennstoffbehälter über Rohrleitungen 20 und 28, eine Kammer 34, Regelöffnungen
32, eine Kammer 36 und Leitungen 38 und 42. Eine Zahnradpumpe 22 mit konstanter
Fördermenge, die gegebenenfalls auch durch eine Pumpe mit variabler Förderung ersetzt
sein kann und zur Konstanthaltung des Druckes in einer Neben-3chlußleitung 26 ein
Druckregelventil 24 aufweist, ist in der Rohrleitung 20 angeordnet und fördert
den Brennstoff mit konstantem Druck durch die Rohrleitung 28 und zu einem ebenfalls
in der Leitung 28 angeordneten drehzahlabhängigen Regler 30, mit welchem entsprechend
der Turbinendrehzahl ein Druckgefälle an den Regelöffnungen 32 eingestellt wird.
Der zwischen den Leitungen 38 und 42 angeordnete, schematisch dargestellte Hauptdrehzahlregler
40 kann beliebig ausgebildet sein.
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Der drehzahlabhängige Regler 30 besteht aus einem hin- und herverschieblichen
Brennstoffventil 44, welches in der Brennstoffleitung 28 angeordnet und an einem
vorspringenden Ansatz 46 mit einer Membran 48 verbunden ist. Die Membran 48 weist
geeichte Durchlässe 50 auf, welche die zwei durch die Membran gebildeten Kammern
52 und 54 des Reglergehäuses 56 miteinander verbinden. Am rückwärtigen Ende des
Ventils 44 ist ein Stutzen 58 mit einem Flansch 60 befestigt. In einer Kammer 64
des Gehäuses 56 ist ein Paar von der Turbine angetriebene, bei 66 verschwenkbar
gelagerte Fliehgewichte 62 so angeordnet, daß sie über den Flansch 60 und den Stutzen
58 auf das Ventil 44 eine Kraft in Öffnungsrichtung des Ventils ausüben können.
Die Kammer 52 steht mit der Brennstoffleitung 28 in Verbindung und ist dem gleichen
Druck ausgesetzt wie die Kammer 34. Über die Durchlässe 50 steht die Kammer 52 über
die Rohrleitungen 67 und 38 weiterhin mit der Kammer 36 in Verbindung. Somit wird
die Membran 48 entsprechend dem Druckabfall an den Regelöffnungen 32 beaufschlagt
und kann entgegen der Kraft der Fliehgewichte 62 das Ventil schließen. Bei jeder
Drehzahl wird durch den Druckabfall an der Membran 48 und damit auch durch den Druckabfall
an den Regelöffnungen 32 auf die Membran eine Kraft ausgeübt, die der von den Fliehgewichten
62 hervorgerufenen Kraft gleich, jedoch entgegengerichtet ist, so daß sich am Ventil
44 ein Gleichgewichtszustand einstellt. Wenn aus irgendwelchen Gründen eine Änderung
der Drehzahl auftritt, ändert sich die von den Fliehgewichten 62 hervorgerufene
Kraft mit dem Quadrat der Drehzahländerung, wodurch die Einstellung des Ventils
44 und der Druckabfall an der Membran 48 so geändert werden, daß sich wieder ein
Gleichgewicht mit den Zentrifugalgewichten 62 und eine neue Stellung des Ventils
44 einstellt. Somit wird durch den drehzahlabhängigen Regler 62, 44
der Druckabfall
an den Regelöffnungen 32 proportional dem Quadrat der augenblicklichen Drehzahl
verändert, so daß letztlich, da sich die Brennstoffmenge mit der Quadratwurzel des
Druckabfalles an einem gegebenen Drosselquerschnitt ändert, die durch die Öffnungen
32 hindurchfließende Menge direkt proportional der Drehzahl geändert wird.
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Der wirksame Querschnitt der Regelöffnungen 32 wird von einem Doppelsitz-Regelventil
68 gesteuert, dessen axial verschieblicher Ventilkegel 70 in Lagerr 72 und 74 geführt
und bei 76 in einem geschlitztes Hebelarm 78 eines um den Drehpunkt 80 vei
schwenkbaren
Winkelhebels gelagert ist. Der andere Hebelarm 84 des Winkelhebels ist gelenkig
an einem Ansatzstutzen 86 eines evakuierten Faltenbalges 82 angeschlossen. Der ausdehnbare
Faltenbalg 82 ist in einer Kammer 88 eines Faltenbalggehäuses 90 untergebracht und
an seiner einen Stirnfläche mit der Gehäusewand fest verbunden, während seine gegenüberliegende
Stirnfläche zur Einstellung des Ventils 68 in die erforderliche Regelstellung beweglich
ausgebildet ist. Der Faltenbalg steuert damit den Querschnitt der Regelöffnungen
32 entsprechend den Schwankungen des Steuerdruckes P.> welcher die Kammer 88 und
den Faltenbalg 82 über die Leitung 92 beaufschlagt. Während einer Beschleunigung
der Turbine wird durch den Hauptdrehzahlregler 40 die Brennstoffmenge, die den Regler
passiert, erst dann beschränkt, wenn die Turbine die neugewählte Drehzahl erreicht
hat. Somit wird während der Beschleunigung die Brennstoffmenge zu den Brennstoffdüsen
16 allein in Abhängigkeit vom wirksamen Querschnitt der Regelöffnungen 32 gesteuert,
so daß die Brennstoffmenge Wf vom Steuerdruck P. und der Drehzahl n abhängt
und Wf proportional Pmn ist.
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Der Steuerdruck P. innerhalb der Kammer 88 kann so eingestellt werden,
daß er sich direkt proportional einem Produkt aus dem Kompressoransaugdruck
PR und einer zuvor festgelegten Funktion des Kompressionsdruckverhältnisses
oder direkt proportional einem Produkt aus P, und einer anderen zuvor festgelegten
Funktion des Kompressionsdruckverhältnisses ändert; d. h., P", kann sich ändern
entsprechend
oder entsprechend
wobei
ist. Die Steuervorrichtung, mit der der Steuerdruck Pm in der gewünschten Weise
geändert wird, ist in der Zeichnung innerhalb des strichpunktierten eingezeichneten
Rechteckes 94 dargestellt. Diese Steuervorrichtung, die nachfolgend als Steuerdruckgeber
bezeichnet werden soll, ändert den Druck eines Strömungsmediums entsprechend dem
Produkt aus dem Druck eines Strömungsmediums und einer zuvor festgelegten Funktion
eines Druckverhältnisses.
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Der Steuerdruckgeber besteht aus einem äußeren Ventilgehäuse 96, das
an seinem einen Ende mit einer Leitung 98 versehen ist, die zu einer vorzugsweise
im Bereich der Brennerköpfe 12 an der Druckseite des Kompressors 13 angeordneten
Verdichtungsdruck-Impulsleitung 100 führt. Das entgegengesetzte Ende des äußeren
Gehäuses 96 ist über eine Impulsleitung 102 mit einer Ansaugdruck-Impulsleitung
104 an der Saugseite des Kompressors verbunden. Die Leitung 98 steht über parallele
Kanäle 106 und 108, welche innerhalb des äußeren Ventilgehäuses 96 durch eine Zwischenwand
110 gebildet sind, und das innere Ventilgehäuse 112 mit der Leitung 102 in
Verbindung, wobei sich die beiden parallelen Kanäle in Strömungsrichtung hinter
zwei Steueröffnungen 116 und 118 mit den wirksamen Querschnitten A:, bzw. A4 in
einer Kammer 114 vereinigen, die über einen Durchlaß 120 des Ventilgehäuses 96 mit
der Leitung 102 in Verbindung steht. In dem Kanal 106 ist eine geeichte Durchtrittsöffnung
122 mit festem Querschnitt As und im Kanal 108 eine Dui-clitrittsöffnung IM mit
einem festen Quersclinitt A, angeordnet. Der wirksame Querschnitt der Üllnung 118
wird nun einem prohlierten @ enLilkörper 126 gesteuert, welcher mit einem zweiten
profilierten Ventilkörper 128, der den wirksamen Querschnitt der Öffnung 116 steuert,
mittels einer hin und her verschieblichen Ventilstange 130 starr verbunden ist.
Die Ventilstange 130 verläuft koaxial zu den Ventilen 126 und 128 und ist in der
Zwischenwand 110 in einer druckdichten Öffnung 131 gelagert. Die lagenmäßige Einstellung
der Ventilkörper 126 und 128 erfolgt durch einen Servomotorkolben 132, der
mittels einer Kolbenstange 136 starr mit dem Ventilkörper 128 verbunden und längsverschieblich
in einem Zylinder 134 gelagert ist. Der Steuerkolben 132 unterteilt den Zylinder
134 in zwei Kammern 138 und 140. Die lagenmäßige Einstellung des Kolbens 132 innerhalb
des Zylinders 134 erfolgt durch ein Steuerventil 143, welches hin und her verschieblich
in einem Servoventilzylinder 144 gelagert ist. Der Zylinder 144 ist mit Steueröffnungen
146 und 148 versehen, die entsprechend den Steuerventilkolben 142' bzw. 142" angeordnet
sind. Auslaßöffnungen 150 und 152 an den geschlossenen Enden des Zylinders
144 stehen über die Niederdruckabflußleitungen 154 bzw. 156 miteinander und
mit der Niederdruckzufuhrleitung 20 der Brennstoffpumpe 22 in Verbindung. Eine Hochdruckzuführungsleitung
158 für die Servoflüssigkeit verbindet die Kammer 160 zwischen den Steuerventilkolben
142' und 142" mit der Brennstofförderleitung 28 hinter der Pumpe 22.
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Eine Anordnung von Faltenbälgen 162, 164, 166 und 168 mit den beweglichen
Stirnflächen 170, 172, 174 bzw. 176 sind mit ihren Grundflächen, wie dargestellt,
an den sich gegenüberliegenden Sockeln 178 und 180 befestigt. Die Faltenbälge arbeiten
paarweise zusammen und steuern das Steuerventil 142 und damit den Servomotorkolben
132 und die Ventile 126 und 128 mittels eines Verbindungshebels 182, der
bei 184 verschwenkbar gelagert ist und über eine Betätigungsstange 186 mit
dem Servoventil in Verbindung steht. Alle Faltenbälge können von außen dem Atmosphärendruck
ausgesetzt sein, da die Faltenbälge 164 und 166 evakuiert sind und somit bei Betätigung
der Bälge 162 und 168 der Einfluß von atmosphärischen Druckschwankungen eliminiert
wird. Der Faltenbalg 162 ist mit dem unter dem Druck Px stehenden Kanal 108 über
eine Leitung 188 verbunden, während der Faltenbalg 168 mit dem unter dem Druck Pn
stehenden Durchlaß 120 über die Leitung 190 verbunden ist. Die Bälge 162 und 166
sind miteinander über ein starres Verbindungsglied 192, welches mit einem
Zapfen 194 in einem Schlitz 196 des Hebels 182 gelagert ist, fest miteinander
verbunden, während die Bälge 164 und 168 in ähnlicher Weise an dem Hebel
182 mit einem Verbindungsglied 198 und einem Zapfen 200, der in einem zweiten
Schlitz 202 des Hebels 182 vorgesehen ist, miteinander verbunden sind.
Die Leitung 92 verbindet die dem Steuerdruck Pm ausgesetzte Kammer 88 mit der Leitung
106 zwischen den Durchlaßöffnungen 122 und 118.
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Der soeben beschriebene Teil des Steuerdruckgebers 94 mit den Faltenbälgen
und die Betätigungsvorrichtung, über welche die Bälge mit dem Steuerventi
1128
verbunden sind, können als Druckverhältnisgeber angesprochen werden.
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Das von der zuvor beschriebenen Servovorrichtung gesteuerte Steuerventil
128 wird so betätigt, daß das Druckverhältnis an der Öffnung 116 auf einem
zuvor festgelegten
konstanten Wert verbleibt. Wenn in einer Leitung, an deren einem Ende der veränderliche
hohe Druck P, und an deren anderem Ende der veränderliche geringe Druck PR herrscht,
zwei enge Durchlässe in Reihe geschaltet sind, wie es bei den Durchlässen
124 mit dem Querschnitt A, und 116 mit dem Querschnitt A2 der Fall ist, dann
hat die Einregelung des Druckverhältnisses an der zweiten in Reihe liegenden Durchlaßöffnung
auf einen im wesentlichen konstanten Wert zur Folge, daß das Verhältnis der Querschnitte
der Durchlässe 116 und 124 dem Druckverhältnis
gleich ist und sich nur entsprechend einer bestimmten Funktion des vorgenannten
Druckverhältnisses ändert. Unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung verwendeten
Bezeichnungen und Symbole kann die zuvor genannte Relation wie folgt ausgedrückt
werden:
sofern
eine Konstante ist, wobei f3 eine bestimmte funktionelle Beziehung bezeichnet.
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Der konstruktiven Ausbildung des Druckgebers 94 wurde diese zuvor
erwähnte Beziehung zugrunde gelegt, so daß der Verschiebungsweg des Servomotorkolbens
132 und der miteinander verbundenen Ventile 126 und 128 gegenüber den Querschnittsflächen
A4 bzw. A2 der zuvor festgelegten Funktion des Druckverhältnisses
des Kompressors entspricht, wobei die Funktion entsprechend den Erfordernissen durch
entsprechende Profilierung der Ventilkörper 126 und 128 abgewandelt werden kann.
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Um die vorgenannte Wirkung hervorzurufen, ist bei der Darstellung
jeder der Bälge l62, 164, 166 und 168 ein gleich großer Wirkungsquerschnitt
gewählt, wodurch dann das einzuregelnde konstante Druckverhältnis
dem Verhältnis der Momentenarme der Bälge 168 und 162 gegenüber dem festen Drehpunkt
184 proportional wird. Der speziell gewünschte Wert des Druckverhältnisses
kann bei einer vorgegebenen Anlage ausgewählt werden und beispielsweise wunschgemäß
dadurch verändert werden, daß man das Verhältnis der Momentenarme und/oder das Flächenverhältnis
der Bälge 168 und 162 ändert. Wenn bei der dargestellten Anordnung am Hauptdrehzahlregler
40 von Hand eine höhere Drehzahl eingestellt wird, wird durch die Brennstoffmenge
zur Turbine augenblicklich deren Beschleunigung erhöht, und es steigt dann auch
der Druck P, entsprechend einer von der Drehzahl und dem an der Ansaugseite des
Kompressors 13 herrschenden Druck- und Temperaturzustand abhängigen Funktion. Während
der Beschleunigung der Turbine wird der Druck Px ebenfalls erhöht. Dadurch wird
der Balg 162, der auf jede Erhöhung des Druckes P., anspricht, kurzzeitig den Balg
168 zusammendrücken und den Hebel 182 aus seiner Gleichgewichtslage herausbringen,
wodurch dann das Steuerventil 142 nach rechts bewegt und der Zylinderraum 140 an
die Hochdruckbrennstoff Leitung 158 und der Zylinderraum 138 über die Leitung 154
an die Pumpenansaugleitung angeschlossen wird. Hierdurch wird dann wiederum der
Steuerkolben 132 nach links geführt und der Ventilquerschnitt A2 vergrößert und
somit der Druck Px vermindert, so daß wieder ein Gleichgewichtszustand der Balganordnung
hergestellt wird und das Servoventil 142 in seine Ruhestellung gelangt. Jedesmal,
wenn das Servoventil 142 in seiner Ruhestellung ist, sind die Ventilquerschnitte
A2 und A4 konstant.
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Wenn sich der Druck P, aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise während
einer Verzögerung der Maschine, vermindert, läuft der vorbeschriebene Regelvorgang
entgegengesetzt ab, und es wird ein neues und geringeres Verhältnis
hergestellt. In gleicher Weise wird bei einer Erhöhung oder Verminderung des Druckes
PR der Gleichgewichtszustand der Servovorrichtung gestört und eine solche Neueinstellung
des Ventils 128 bewirkt, daß das Druckverhältnis konstant bleibt. Aus der vorstehenden
Erläuterung
ergibt sich auch, daß bei gleichzeitiger Änderung der Drücke P, und PR
in
gleicher oder entgegengesetzter Richtung eine Betätigung und Steuerung des Servoventils
142 hervorgerufen wird, welche das Ventil 128 so verstellt, daß das Druckverhältnis
stets auf einem im wesentlichen konstanten und vorbestimmten Wert verbleibt.
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Da, wie zuvor erläutert, das Querschnittsverhältnis
einer Funktion des Kompressordruckverhältnisses
gleich ist, sofern das Druckverhältnis
konstant gehalten wird, wird die Querschnittsfläche A2, sofern die Querschnittsfläche
Al
konstant ist, allein eine Funktion des Druckverhältnisses
Da die Querschnittsfläche A2 durch das Ventil 128 gesteuert wird, ergibt
sich, daß die lineare Verschiebung der beiden Ventile 128 und 126 und damit auch
die Querschnittsfläche A.1 der Öffnung 118 einer Funktion des Kompressionsverhältnisses
gleich ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei jedem Druck
PR sich der Steuerdruck P.. und damit auch der Querschnitt der Regelöffnung
32 und die Brennstoffmenge zur Turbine entsprechend dem Produkt aus einer zuvor
festgelegten Funktion des Kompressordruckverhältnisses und einem Druck am Kompressor
ändert. Da der Kanal 106 unter dem Druck P. steht und über die Ventilöffnung
118 mit der unter dem Druck PR stehenden Leitung 120 verbunden ist, ergibt
sich, daß die Größe des Druckes Pm bei einem gegebenen Kompressionsverhältnis eine
Funktion einer Größe ist, die man auf den Kompressoransaugdruck PR oder den Kompressorenddruck
P, beziehen kann. Das heißt mit anderen Worten, der Steuerdruck P. und damit die
wirksame
Regelstellung des Ventils 68 sind nur eine Funktion der Größe PR - fi
(PR) oder P, f2 ( PR , wobei jede dieser Größen so gewählt werden kann, daß
sie der Pumpgrenze des Kompressors einer vorgegebenen Gasturbinenanlage entspricht,
wenn diese vorübergehend auf eine bestimmte Drehzahl gebracht wird. Andererseits
können die genannten Größen aber auch je nach der wünschenswertesten Steuerungsart
zur Regelung der Brennstoffmenge einer vorgegebenen Gasturbinenanlage entlang der
Pumpgrenze ihres Kompressors verwendet werden. Somit kann gemäß der Erfindung jede
beliebige Brennstoffregelung entwickelt werden, welche eine der vorgenannten Größen
verwendet, wobei die Auswahl dieser Größe von der günstigsten Steuerungsart der
jeweils betrachteten Turbine abhängt. Hierbei muß jedoch unabhängig von der letztlich
ausgewählten Betriebsgröße bezüglich der besonderen Turbinenausbildung darauf geachtet
werden, daß die Größe PR - fi
stets gleich P, - f2 ist;
d. h., die Funktion f, oder f2 wird so ausgewählt, daß der Druck Pm stets dem besonderen
Kompressor-Pumpgrenzenverlauf entspricht, ohne Rücksicht darauf, welche der zuvor
genannten Betriebsgrößen letztlich ausgewählt wurde.
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Die ausgewählte Umrißlinie des Ventilkörpers 128 legt die speziell
gewünschte, durch die Verschiebung der Ventile 128 und 126 bemessene Funktion des
Kompressionsverhältnisses fest. Somit kann die Querschnittsfläche A2 durch eine
Profilgebung des Ventils 128 so geändert werden, daß die gewünschte Verschiebung
der Anordnung 132, 128 und 126 entsprechend einer Funktion des Kompressionsverhältnisses
erfolgt, während man zur Erzielung einer beliebigen Grenzfunktion des kritischen
Kompressordruckverhältnisses die Querschnittsfläche A4 verändern kann, indem man
den Ventilkörper 126 so profiliert, daß
wird. Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß, wenn der Querschnitt
der Regelöffnungen 32 als Funktion eines Steuerdruckes P. und der drehzahlabhängige
Regler 30 proportional dem Quadrat der Drehzahl gesteuert wird, die durch den Regler
zu den Brennstoffdüsen 16 fließende Brennstoffmenge bei einer Beschleunigung und
einem beliebigen Druck- und Temperaturzustand am Kompressoreingang entsprechend
einer Formel
geregelt wird. Dadurch, daß min für eine vorgegebene Anlagenbauart die geeignete
Funktion des Kompressionsverhältnisses auswählt, kann man mit der erfindungsgemäßen
Regelanlage der Anlage während der Beschleunigung in einem solchen Maße Brennstoff
zuführen, daß die Turbine in unmittelbarer Nähe der Pumpgrenze des Kompressors beschleunigt.
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Wenn der drehzahlabhängige Regler 30 so ausgebildet ist, daß er neben
einer Steuerung der Regelöffnungen 32 entsprechend einer Funktion der Drehzahl noch
in Abhängigkeit von einer Funktion Flug- bzw. Meereshöhe einregelt, kann das Steuerventil
128 unmittelbar oder über eine Servovorrichtung mit dem Regelventil 68 verbunden
werden, um das letztere so zu verschieben, daß es sich nur entsprechend einer zuvor
festgelegten kritischen Grenzfunktion des Kompressionsverhältnisses ändert, wobei
dann die Steuerung des Ventils 32, 68 durch den Druck P. fortfallen kann.
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Bei Betrieb arbeitet die gesamte Regleranlage wie folgt: Eine Beschleunigung
wird dadurch eingeleitet, daß man den Hauptdrehzahlregler 40 auf eine höhere Drehzahl
einstellt, wodurch sich das' hier nicht dargestellte Drehzahlregelventil öffnet
und den Brennstoffdüsen 16 augenblicklich eine erhöhteBrennstoffmenge zugeführt
wird. Während einer solchen Beschleunigung arbeiten die Pumpe 22 und das dazugehörige
Nebenschlußventi124 so zusammen, daß in der Leitung 28 zum Drehzahlreglerventil
44 ein konstanter Förderdruck aufrechterhalten bleibt, wobei der drehzahlabhängige
Regler 30 so arbeitet, daß die.Durchflußmenge an den Regelöffnungen 32 stets proportional
dem Quadrat der jeweiligen Drehzahl ist. Währenddessen erhöht sich der Kompressorenddruck
P, entsprechend der Auslegung der Gasturbinenanlage. Ein Teil der die Gasturbinenanlage
10 mit einem Druck P, durchströmenden Luftmenge wird von der Impulsleitung 100 für
den Hochdruck über die Leitung 98 und die parallelen Kanäle 106 und 108 und die
Leitungen 120 und 102 zur Impulsleitung 104 für den Ansaugdruck geführt. Die Faltenbälge
162, 164, 166 und 168 arbeiten dann so zusammen, daß das Steuerventil
128 und die Kanäle 108 und 120 so beeinflußt werden, daß das Druckverhältnis
im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei die lineare Verschiebung der Steuerventile
128 und 126 entsprechend einer zuvor festgelegten Funktion des ausgelegten Kompressionsdruckverhältnisses
erfolgt. Das Steuerventil 126 weist eine solche Umrißlinie auf, daß die Querschnittsfläche
A4 der Öffnung 118 in Übereinstimmung mit einer zuvor ausgewählten Funktion des
kritischen Kompressionsdruckverhältnisses so verändert wird, daß bei einer Beschleunigung
der Ventilkörper 126 zusammen mit dem Ventilkörper 128 nach links bewegt und damit
die Querschnittsfläche A4 vermindert und der Steuerdruck Pm entsprechend dem Produkt
aus der gewünschten Funktion des Kompressionsverhältnisses und der Höhe des Druckes
PR erhöht wird. Der Druck P. wird über die Leitung 92 zur Kammer 88 übertragen,
wodurch dann der Balg 82 zusammengedrückt und die Hebel 84 und 78 um ihren Drehzapfen
80 im Uhrzeigersinn verschwenkt werden, so daß sich das Regelventil 68
nach
links bewegt, und die Regelöffnungen 32 entsprechend der zuvor festgelegten Funktion
des kritischen Kompressionsdruckverhältnisses und dem Flugzustand des Luftfahrzeuges
vergrößert werden. Somit ändert sich während der Beschleunigung die
Brennstoffmenge
unmittelbar entsprechend P. - n,
wobei je nach der konstruktiven Ausbildung
der Steuerung
sein kann, bis die eingestellte Drehzahl erreicht ist und dann der Hauptdrehzahlregler
40 wirksam wird, um die Brennstoffmenge so zu verringern, daß die Turbine mit der
eingestellten Drehzahl läuft. Das Regelventil 68 regelt die Brennstoffmenge,
die der Turbine während ihrer Beschleunigung auf die eingestellte Drehzahl zugeführt
wird, während nach Erreichen der eingestellten Drehzahl der Hauptdrehzahlregler
40 die Brennstoffmengenregelung übernimmt.