-
Einrichtung zum Regeln der Kraftstoffzufuhr in Gasturbinen-Strahltriebwerke
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Kraftstoffzufuhr in Strahltriebwerke.
-
Kraftstoffregeleinrichtungen, wie sie normalerweise für die Verwendung
in Strahltriebwerken konstruiert werden, führen gewöhnlich die Maschinenregelung
im stationären Betrieb durch einen Triebwerksdrehzahlregle.r aus. der die Triebwerksdrehzahl
auf dem durch die Gashebelstellung gewählten Wert hält. Eine Arbeitsweise auf dieser
Grundlage ergibt wesentliche Wechselbeziehungen zwischen der Gashebelstellung und
der Triebwerksleistung durch die angenäherte Proportionalität, welche im Fall von
Drehmoment erzeugenden Maschinen gewöhnlich zwischen der Triebwerksdrehzahl und
-leistung besteht oder welche bei Strahltriebwerken zwischen Drehzahl und Schub
besteht. Um übermäßig scharfe Wechsel in der Kraftstoffzufuhr für das Triebwerk
während der Drehzahländerungen durch Änderung der Gashebelstellung zu vermeiden,
ist es üblich, in Regelanordnungen dieser Art geeignete Mittel einzuschalten, welche.
die zulässige Geschwindigkeit des Zunehmens oder Abnehmens der Kraftstoffzufuhr
während der Drehzahländerungen des Triebwerkes automatisch begrenzen. Eine derartige
automatische Festlegung der Kraftstoffgrenzwerte ist besonders erwünscht im Falle
von Flugzeugtriebwerken, weil dies den Piloten der Notwendigkeit enthebt, die Kraftstoffzufuhrmenge
während der Beschleunigung und Verzögerung zu überwachen, und zugleich sicherstellt,
daß die Geschwindigkeit der Änderung der Kraftstoffzufuhr das Maximum ist, das innerhalb
der Grenzen erreichbar ist, die erforderlich sind, um das Triebwerk gegen Übertemperatur
oder Abdrosseln infolge übermäßiger Kraftstoffzufuhr und gegen ein Erlöschen der
Flamme infolge unzureichender Kraftstoffzufuhr zu schützen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtungen
in Gasturbinen-Strahltriebwerken der zuvor beschriebenen Art und hat die Aufgabe,
eine neue und verbesserte Einrichtung zu schaffen, welche sich durch eine einfache
Konstruktion mit entsprechender Betriebssicherheit und durch billige Herstellung
auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regeleinrichtung
für die Kraftstoffzufuhr in Triebwerken zu schaffen, welche einen gedrängten Aufbau
und eine große Einfachheit in der Konstruktion aufweist und dadurch für Turbinentriebwerke
kleiner Größe und niedriger Preislage besonders geeignet ist.
-
Die Erfindung betrifft also eine Einrichtung zur Kraftstoffregelung
für Gasturbinen-Strahltriebwerke mit einem Dosierorgan zum Regeln der in veränderlichen
Zufuhrmengen entsprechend der Stellung des Gashebels erfolgenden Kraftstoffzufuhr
in die Bren-n kammer der Turbine und mit einem dreidimensionalen Kurvenelement,
welches wenigstens zwei Kurvenflächen aufweist und in einer Richtung als Funktion
der Triebwerksdrehzahl und in anderer Richtung als Funktion eines anderen Betriebskennwertes
des Triebwerkes verschoben wird und welches zwei Mitnehmer und damit verbundene
Hebel zur Steuerung des Dosierorgans einstellt. Die Erfindung ist gekennzeichnet
durch einen federbelasteten, festpunktlos gelagerten Hebel, der an einer Zwischenstelle
an einem einstellbaren Auflagepunkt anliegt, an einem Ende mit einer an sich bekannten
Vorrichtung zum Ändern von Kräfteverhältnissen verbunden ist, die den Ausgleich
für die Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Kompressorauftrittsdruck für
das Dosierorgan herstellt, und am anderen Ende mit einer axial verschiebbaren Stange
verbunden ist, die zwei oder mehr Anschläge gemäß der gewünschten Regelung durch
Betriebskennwerte des Triebwerkes aufweist, die mit wenigstens einem der eingestellten
Mitnehmerhebel zusammenarbeiten, wodurch die axiale Lage der Stange zum Regeln der
Kraftstoffzufuhr durch das Dosierorgan bestimmt wird.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Dies zeigt ein Flugzeug-Strahltriebwerk
11 mit einer Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtung.
Das dargestellte Triebwerk ist von üblicher Konstruktion und enthält einen Kompressor
13, welcher Luft unter Druck in eine Anzahl von Verbrennungskammern 15 drückt. Die
entstehenden Verbrennungsgase strömen durch eine Turbine 17 und treten aus einer
Strahldüse 19 aus, wobei sie einen Antriebseffekt verursachen. In Triebwerken dieses
Typs muß die Kraftstoffzufuhr in die Verbrennungskammern 15 durch die Zufuhrleitung
21 auf einem Wert gehalten werden, der die richtige Regelung des Betriebs des Triebwerkes
sowohl während des stationären Betriebs als auch bei Übergangszuständen ergibt,
und nach der Erfindung erfolgt diese Regelung durch die allgemein mit 23 bezeichnete
Regeleinrichtung.
-
Es seien der Beschreibung des Aufbaus und des Betriebs der Regeleinrichtung
23 zunächst einige Bemerkungen über die Regelung von Triebwerken vorangestellt.
Normalerweise sind die Regeleinrichtungen solcher Triebwerke zur Einhaltung einer
verlangten Drehzahl eingerichtet und arbeiten einfach als Drehzahlregler während
des stationären Betriebs, d. h., der Zustand des Triebwerkes ist anders als in den
Perioden, die unmittelbar auf einen Wechsel der Stellung des Gashebels folgen, und
während der Beschleunigung oder Verzögerung, welche durch eine solche Verstellung
des Gashebels bewirkt werden. Während der Beschleunigung des Triebwerkes ist es
erwünscht, für die jeweils erlaubten Zuwachsraten der Kraftstoffzufuhr Begrenzungen
einzuführen, um grundsätzlich Übertemperaturen und ein Abwürgen des Kompressors
zu vermeiden, welche durch übermäßig große Kraftstoffmengen entstehen können. Ebenso
ist es während der Verzögerung des Triebwerkes erforderlich, die zulässige Abnahmerate
der Kraftstoffzufuhr zu begrenzen, um einen Ausfall der Verbrennung in den Brennkammern
des Triebwerkes durch unzureichende Kraftstoffzufuhr zu verhindern. Die Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtung
nach der Erfindung arbeitet entsprechend diesen Forderungen und regelt die Förderung
des Kraftstoffs von einer Pumpe 25 über eine Kraftstoffleitung 21 in das Triebwerk
11 entsprechend der Stellung eines Gashebels 27 beim Piloten und in übereinstimmung
mit den für das Triebwerk gewähltenKennwerten, wie nachfolgend beschriebenwird.
-
Die Kraftstoffzufuhr von der Pumpe 25 in das Triebwerk wird durch
ein Kraftstoffdosierorgan 29 eregelt, welches einen Schiebe.rkolben 31 enthält,
g g
der in einem in dem Gehäuse befindlichen Zylinder 33 gleitet. Der Schieberkolben
31 steuert die Verbindung zwischen einer Einlaßkammer 35, die an einem Ende des
Zylinders 33 angeordnet ist und mit unter dem Austrittsdruck der Pumpe stehendem
Kraftstoff über eine Leitung 37 gespeist wird, und einer Kraftstoffleitung 39, die
über die Kraftstoffleitung 21 mit dem Triebwerk direkt in Verbindung steht.
-
Der Schieberkolben 31 wird durch ein mit Abflußdrosselung arbeitendes
Servosystem verstellt, wobei der Schieberkolben selbst den Servokolben bildet. Somit
wirkt der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 35 gegen die linke Seite des Schieberkolbens
31 entgegen dem Flüssigkeitsdruck in der Kammer 41 auf der rechten Seite des Schieb
.rkolbens. Der Druck in der Kammer 41 ist bestimmt durch die relativen Größen einer
konstanten Öffnung 43, die in dem Schieberkolben 31 gebildet sein kann, und einer
veränderlichen Öffnung, welche durch ein Steuerventil 45 gebildet wird. Die Druckflüssigkeit
fließt aus der Kammer 35 durch die Öffnung 43 in die Kammer 41, um deren Druck auf
einem geregelten Niveau unter dem der Kammer 35 zu halten. Das Druckniveau, welches
in der Kammer 41 gehalten wird, ändert sich mit einer Änderung der Größe des offenen
Querschnitts der konstanten Öffnung 43 relativ zu derjenigen des Steuerventils 45.
-
Das Steuerventi145 wird durch die Stellung eines Winkelhebels 47 gesteuert,
der bei 49 drehbar an einem festen Gehäuseteil befestigt ist. Ein; Antriebsfeder
51, die zwischen dem Winkelhebel und einer Stange 53 ausgespannt ist, welche zu
dem Schieberkalben 31 gehört. liefert die erforderliche Kraft, durch welche die
durch die Druckdifferenz am Schiebcrkolben 31 erzeugte Kraft ausgeglichen wird.
Dieses Servosystem arbeitet nach dem Prinzip des Kräftegleichgewichtes und strebt
einen Gleichgewichtszustand an, bei dem die durch die Feder 51 erzeugte Kraft genau
durch die durch den Druckunterschied am Schieberkolben 31 erzeugte Kraft ausgeglichen
wird. Dieses Gleichgewicht wird durch die Verschiebung des Schieberkolbens 31 und
die daraus resultierende Veränderung der Spannung der Feder 51 aufrechterhalten.
Die Bewegung des Schieberkolbens 31 stellt die Öffnung des Kraftstoff dosierventils
ein und verändert dadurch die Kraftstoffzufuhr zum Triebwerk entsprechend der Stellung
des Schieberkolbens.
-
Um sicherzustellen, daß die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffdosierventil29
in das Triebwerk genau proportional zu dem freien Querschnitt des Dosierventils
ist, wird an diesem Ventil ein konstanter Druckabfall durch ein Umgehungsventil
55 aufrechterhalten. Das Umgehungsventil 55 kann, wie dargtste,llt, von herkömmlicher
Bauart sein und enthält einen Schieberkolben 57, der die Verbinduntr zw;-schen einem
Rohr 59, welches an das Rohr 37 zwischen der Pumpe 25 und dem Kraftstoffdosierorgan
angeschlossen ist, und einem mit dem Pumpeneintritt in Verbindung stehenden Rohr
61 steuert. Der Umgehungsstrom durch dieses Ventil wird durch den Druckunterschied
am Dosieroraan 29 gesteuert, dessen Austrittsdruck auf das Umgehungsventil über
eine Drossel 63 einwirkt. Der Druckunterschied, den das Umgehungsventil einhält,
wird bestimmt durch die Kraftbelastung der Feder 65, weil der Schieberkalben 57
eine solche Stellung einnimmt, daß die Kraft dieser Feder die durch den Druckunterschied
am Schieberkolben 57 erzeugte Kraft gerade ausgleicht.
-
Durch Einhalten des konstanten Druckunterschiedes am Dosierorgan 29
ist sichergestellt, daß der Kraftstoffüuß durch das Dosierorgan genau der öffnungsfäche
proportional ist und daß diese verlangte Proportionalität beibehalten wird, ungeachtet
irgendwelcher Änderungen im Widerstand der Kraftstoffzufuhr hinter dem Dosierorgan.
Solche Änderungen werden manchmal beispielsweise durch teilweise Verstopfung einer
oder mehrerer Kraftstoffdüsen verursacht.
-
Weil also die Kraftstoffzufuhr genau proportional zu dem offenen Querschnitt
des Dosierorgans bemessen wird, folgt, daß die Stellung des Dosierschieberkolbens
31 ein zuverlässiges Maß für die Menge der Kraftstoffzufuhr in das Triebwerk darstellt.
Weil der Winkelhebel 47, an dem das linke Ende der Antriebsfeder 51 befestigt ist,
sich bei normalern
Betrieb der Regelung sehr wenig bewegt, kann
dieses Ende als fest angesehen werden, und die Federkraft kann dann als sich direkt
mit der Stellung des Schieberkolbens 31 ändernd und als ein Maß für diese Stallung
betrachtet werden. Auf diese Weise kann die Spannkraft der Feder 51 als ein Maß
für die Menge der Kraftstoffzufuhr in das Triebwerk aufgenommen werden.
-
Wie oben bemerkt, arbeitet das Servosystem, welches zur Einstellung
des Hauptdosierorgans 29 dient, nach dem Prinzip des Kräftegleichgewichts und hat
dementsprechend eine Kraftzufuhr, welche die Kraft der Feder 51 ausgleicht. Diese
zugeführte Kraft ist gegen den sich horizontal erstreckenden Arm des Winkelhebels
47 abwärts gerichtet und wird durch eine Balgenanordnung 67 erzeugt. Diese von dieser
Balgenanordnung abgegebene Kraft wird durch einen gelenkig gelagerten Hebel 69 auf
eine Anordnung zum Verändern von Kräfteverhältnissen 71 übertragen. Die Arbeitsweise
dieser Anordnung zum Verändern von Kräfteverhältnissen wird weiter unten ausführlicher
beschrieben. Zunächst genügt es, zu sagen, daß sie eine Rolleneinrichtung 71 aufweist,
die durch eine daran befestigte Stange 73 horizontal verschoben werden kann, um
dadurch die wirksamen Hebelarme des Winkelhebels 47 und des Hebels 69 differentiell
zu verändern.
-
Ein Bewegen der Rolleneinrichtung 71 nach rechts bewirkt eine Verlängerung
beider Hebelarme, jedoch ist wegen der verhältnismäßig geringen Länge, des Winkelhebelarmes
die Verlängerung des wirksamen Hebelarmes des Winkelhebels 47 bedeutend größer als
die des Hebels 69. Es folgt daraus, daß eine solche Bewegung der Rolleneinrichtung
eine resultierende Änderung des Verhältnisses bewirkt, mit dem die beiden entgegengesetzten
Kräfte multipliziert werden. Das verhältnismäßig schnellere Anwachsen der effektiven
Länge des Winkelhebelarmes, bewirkt durch Verschiebung der Rolleneinrichtung nach
rechts, erfordert, daß die Balgenanordnung 67 eine bedeutend größere Kraft als vorher
ausübt, um die Kraft der Feder 51 auszugleichen. Diese Multiplikation mit einem
veränderlichen Kräfteverhältnis ist in dieser Art bekannt und, wie in solchen Multiplikationsanordnungen
üblich, sind die Rollenkörper der Anordnung 71. in Richtung der auferlegten Kraft
frei beweglich (in der dargestellten Anordnung senkrecht), um eine freie Bewegung
der Rollenkörper als Reaktion auf ein gestörtes Gleichgewicht zu ermöglichen.
-
Die Balgenanordnung 67, welche denHebe169beaufschlagt, enthält einen
Ausgleichbalg 75 und einen Meßbalg 77, dessen Innenraum durch ein Rohr 79 mit einem
Punkt des Triebwerkluftkanals, vorzugsweise gerade hinter dem Kompressor, verbunden
ist, so daß er auf den Kompressoraustrittsdruck reagiert. Der Ausgle-ichbalg 75
ist ganz oder im wesentlichen evakuiert und besorgt den Ausgleich für die Umgebungsdruckänderungen.
DerUmgebungsdruck wirkt in die Balgenkammer durch eine Öffnung 81.
-
An der Stelle, wo der Hebel 69 durch die Wand geführt ist,
trennen geeignete Mittel die Balgenkammer, welche normalerweise mit Luft gefüllt
ist, von dem Hauptkörper des Reglergehäuses, das normalerweise mit Brennstoff gefüllt
ist. Der Hebel ist mit Dichtungselementen ausgestattet, um Leckagen zwischen den
beiden Kammern zu verhindern. Eine Feder 85, die vorzugsweise nachstellbar angeordnet
ist, beeinflußt die Balgenanordnung, um diese eichen zu können. Da, wie bereits
ausgeführt wurde, an dem Dosierorgan 29 ein konstanter Druckabfall mit Hilfe des
Umgehungsventils 55 aufrechterhalten wird, ist die Stellung des Dosierschieberkolbens
ein genaues Maß des Kraftstoffstromes, und da der Befestigungspunkt des linken Endes
der Feder 51 sich im Normalbetrieb des Systems nicht wesentlich verschiebt, zeigt
die Spannung der Feder 51 die Stellung des Dosierorgans direkt an. Daraus folgt,
daß die Kraft, welche den Winkelhebel 47 zu drehen sucht, und damit die Kraft, welche
den horizontalen Arm des Winkelhebels aufwärts gegen die in irgendeiner Stellung
befindliche Rolleneinrichtung zu drücken sucht, in direkter Beziehung zur Stellung
des Dosierorgans, und damit zur Menge der Kraftstoffzufuhr in das Triebwerk steht.
Zusammengefaßt, die Kraft, welche den Winkelhebel 47 aufwärts gegen die Rollenkörper
71 drückt, stellt ein direktes Maß für die Kraftstoffzufuhrmenge des Triebwerkes
dar.
-
Die abwärts gerichtete Kraft, die von dem Balgenkrafthebel 69 auf
die Rollenkörper 71 ausgeübt wird, stellt entsprechend ein Maß für den durch das
Triebwerk gehenden Luftstrom dar. Dies ist deshalb so, weil die durch die Balgenanordnung
erzeugte Kraft direkt proportional dem Kompressoraustrittsdruck ist und dieser Druck
normalerweise in einer direkten Beziehung zur Größe des Luftstromes in, Verbrennungsturbinentriebwerken
steht. Entsprechend stellen die bisher beschriebenen Teile Mittel zum Festsetzen
und und Erhalten eines Verhältnisses der Kraftstoffzufuhr zum Triebwerksluftstrom
dar, welches eine Funktion des von der Multiplikationsanordnung bewirkten Vervielfältigungsverhältnisses
dargestellt, welche ihrerseits durch eine Längsverschiebung der Rollenanordnung
71 und des Stößels 73 durch eine unten beschriebene Einrichtung geregelt
wird.
-
Wie bemerkt, dient die Regeleinrichtung 23 während des stationären
Betriebes zum Einhalten der konstanten Triebwerksdrehzahl auf den vom Bedienenden
eingestellten Wert und zur Begrenzung des bei Beschleunigung zum Triebwerk gelieferten
Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl. Gemäß der Erfindung sind
diese verschiedenen Funktionen der Triebwerksdrehzahl in das Regelsystem durch einen
einzigen Drehzahlüberwacher 87 eingeführt.
-
Der Drehzahlüberwacher 87 enthält eine Zentrifugal-Fliehgewichtsanordnung
89, welche, wie in der Zeichnung dargestellt, von üblicher Ausführung sein kann
und in der Lage ist, einen Schaltschieber 91 mit einer Kraft zu beaufschlagen, welche
sich direkt mit der Triebwerksdrehzahl ändert und welche mit der entgegengerichteten
Kraft einer Drehzahlfeder 93 im Gleichgewicht ist. Der Schaltschieber 91 stellt
ein Servoschaltorgan dar und steuert die Zufuhr eines unter hohem Druck stehenden
Servoarbeitsmittels, welches durch eine Leitung 95 zugeführt wird, in eine von zwei
Leitungen 97 und 99, die mit den gegenüberliegenden Seiten eines Servokraftkolbens
101 verbunden sind. Der Schaltschieber verbindet gleichzeitig die andere der beiden
Leitungen 97 und 99 mit einer öffnung 103 oder einem Schlitz 105, die als Auslaß
in das Innere des Reglergehäuses führen.
-
Der Servokolben 101 verstellt eine Kolbenstange 107, die bei
109 eine gelenkige Verbindung zu einem Rückkopplungshebel 111 hat, dessen
obezes Ende an einem einstellbaren Widerlagerkörper 113 anliegt. Zwischen seinen
Enden erfaßt der Rückkopplungshebell
1l einen Stößel 115
und beaufschlagt über diesen ein Halteteil 117 für die Drehzahlfeder 93.
Im Betrieb des beschriebenen Drehzahlüberwachers suchen sich die Fliehgewichte bei
steigender Triebwerksdrehzahl nach außen zu bewegen und den Schaltschieber 91 nach
rechts zu schieben, wodurch das Servoarbeitsmittel durch die Leitung 99 zur rechten
Seite des Hilfskolbens 101 geleitet wird. Dementsprechend bewegt sich der Hilfskolben
nach links und dreht den Rückkopplungshebel 111 um dessen Anlagepunkt an
dem Widerlagerkörper 113 so, daß er den Stößel 115 nach links bewegt. Die
daraus resultierende anwachsende Zusammenpressung der Drehzahlfeder 93 wirkt der
gestiegenen Zentrifugalkraft der Fliehgewichte 89 entgegen und führt diese und den
Schaltschieber 91 in eine neutrale. Gleichgewichtsstellung zurück. Auf diese Weise
nehmen der Servokolben 101 und die Kolbenstange 107 eine bestimmte, vorher
festgelegte Stellung für jeden gemessenen Drehzahlwert ein, und die Lage dieser
Teile stellt demnach ein genaues Maß für die Triebwerksdrehzahl dar.
-
Auf der Kolbenstange 107 ist ein dreidimensionales Kurvenelement 119
fest angebracht, welches ein Paar Kurvenflächen 121 und 123 aufweist. Dieses Kurvenelement
119 verschiebt sich, wie beschrieben, in, Abhängigkeit von der Triebwerksdmehzahl
und wird in Abhängigkeit von einer anderen Triebwerkskenngröße gedreht in einer
Weise und zu einem Zweck, wie weiter unten beschrieben wird. Die Kurvenflächen 121
und 123 beaufschlagen daran anliegende Mitnehmen 125 und 127, von denen normalerweise
einer während des stationären Laufes des Triebwerkes in Tätigkeit ist und der andere
nur in den übergangsstadien, z. B. während der Beschleunigung von einer Drehzahl
auf eine höhere Drehzahl, arbeitet.
-
Der Mitnehmen 125 arbeitet bei stationärem Betrieb und wird von einem
Drehzahlhebel 126 getragen, welcher bei 128 auf einer Stange 129 gelenkig gelagert
ist. Diese Stange 129 ist in dem festen Gehäuse verschiebbar gelagert, wie abgebildet,
und trägt das eine Ende eines Drehzahlstellhebels 131 angelenkt, dessen anderes
Ende einen Mitnehmen 133 aufweist, der mit einem Drehzahleinstellnocken 135 zusammenarbeitet,
welcher mit einem durch den Bedienenden zu betätigenden Gashebel 27 direkt verbunden
ist.
-
Der Drehzahlstellhebel 131 ist zwischen den Enden an einer einstellbaren
Schwenklageranordnung drehbar gelagert, die aus einem Schwenklagerglied
139
besteht, das zur vertikalen Einstellung durch einen Einsteller 141 und
zur horizontalen Einstellung durch einen Einsteller 143 gehalten wird. Diese Einsteller
141 und 143 stellen Einrichtungen zum Einjustieren der maximalen bzw. der Leerlaufdrehzahl
dar, wie noch beschrieben wird.
-
Der Drehzahlhebel 126 ist an seinem unteren Ende mit einem Anschlag
145 ausgestattet, der mit einer Anschlagfläche 147 am Ende einer Stange 149 zusammenarbeiten
kann, welche, wie dargestellt, in dem festen Gehäuse verschiebbar gelagert ist.
Nahe. am anderen Ende trägt die Stange 149 einen Bund 151, an welchem ein gabelförmiges
Ende eines festpunktlos gelagerten Hebels 153 befestigt ist, dessen anderes Ende
mit der Stange 73 durch eine Stift-Schlitz-Verbindung 155 verbunden ist. Der Hebel
153 liegt zwischen den Enden an einem festen Widerlager 157 an, gegen das er durch
eine Feder 159 gedrückt wird, welche mit einem Ende am Hebel, mit dem anderen Ende
am festen Gehäuse befestigt ist.
-
Die soeben beschriebene Anordnung bildet den Teil des Regelsystems,
der bei stationärem Betrieb arbeitet, um die Regelung der Drehzahl des Triebwerkes
durchzuführen. Bevor die Wirkungsweise dieser Anordnung beschrieben wird, soll zunächst
der Aufbau der Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Temperaturbegrenzungen dargelegt
werden.
-
Die Beschleunigungs-Kraftstoffgrenze wird durch die zweite Kurvenfläche
123 des dreidimensionalen Kurvenelementes 119 und den Mitnehmen 127, welcher die
Kurvenfläche abtastet, festgelegt. Der Mitnehmen 127 wird von einem Winkelhebel
161 getragen, der auf einem festen Zapfen 163 gelenkig gelagert ist und mit
einem zweiten Anschlagglied 165, welches auf der Stange 149 vorzugsweise einstellbar
angeordnet ist, zusammenarbeitet. Diese Anordnung dient zur Begrenzung der Verschiebung
der Stange 149 nach links, welche einem Anwachsen der Kraftstoffzufuhr während der
Beschleunigung des Triebwerkes entspricht.
-
Die Begrenzung der Kraftstoffzufuhr bei Verzögerung wird durch ein
Stoppglied 167, welches vorzugsweise einstellbar befestigt ist und die Verschiebung
der Rollenanordnung 71 nach links begrenzt, ermöglicht. Auf diese Weise ist eine
feste untere Grenze des Verhältnisses dar Kraftstoffzufuhr zum Kompressor-Austrittsluftdruck
gegeben, und ungeachtet, wie weit die Stange 149 nach rechts in die die Kraftstoffzufuhr
vermindernde Richtung verschoben ist, kann sie die Rollenanordnung 71 nur bis zur
Berührung mit dem Stoppglied 167 nach links verschieben, und an dieser Stelle wird
das so erreichte minimale Kraftstoffzufuhrverhältnis aufrechterhalten.. Eine solche
Bewegung der Stange 149 nach rechts ist ohne Rücksicht auf den Umstand, daß die
Rollenanordnung 71 bereits in Stoppstellung steht, vermöge der festpunktlosen Lagerung
des Hebels 153 erlaubt, die es dem Hebel 153 gestattet, sich von dem Widerlager
157 gegen die Wirkung der Feder 159 zu entfernen, sobald diese Verzögerungsgrenze
erreicht ist.
-
Wenn erforderlich, kann eine Triebwerkstemperaturgrenze durch einen
zweiten, schwenkbar angeordneten Winkelhebel 169 eingeführt werden, welcher
mit einem dritten Anschlagglied 171, das auf der Stange 149 einstellbar befestigt
ist, zusammenarbeitet. Die Winkellage des Winkelhebels 169 wird durch einen Mitnehmen
173 bestimmt, der mit einem Nokken 175 zusammenarbeitet, welcher von einem vorzugsweise
elektrisch betriebenen Servomotor 177 angetrieben wird. Dieser Servomotor wird durch
einen Temperaturverstärker 179 betrieben, sobald die Triebwerkstemperatur, die durch
ein unmittelbar hinter dem Turbinenrad angebrachtes Thermoelement 181 gemessen wird,
zu hoch steigt. Der Vorgang bei dieser Temperaturbegrenzung ist im wesentlichen
derselbe wie bei dem die Beschleunigung begrenzenden Winkelhebel, und diese beiden
Anordnungen, könnten daher, wenn erforderlich, zu einer einzigen Winkelhebelanordnung
zusammengefaßt werden.
-
Wie erwähnt, kann das dreidimensionale Kurvenelement 119 in Abhängigkeit
von einem Triebwerksarbeitskennwert gedreht werden, um eine weitere Veränderliche
in die Berechnung und die Anwendung der Beschleunigungs-Kraftstoffzufuhrbegrenzung
und, wenn gewünscht, auch in die Bestimmung der durch die Regelung einzuhaltenden
stationären Drehzahl
einzuführen. Zu diesem Zweck ist das Kurvenelement
119 auf der Kolbenstange 107 frei drehbar angeordnet und kann darauf mittels einer
Stift-Schlitz-Verbindung 183 durch einen Antrieb 185 gedreht werden. Dieser
Antrieb besitzt eine finit Abflußdrosselung arbeitende Servoeinrichtung mit einem
Servoflüssigkeitsanschluß 187 und einem Servoschaltventil 189, welches durch eine
die Lufttemperatur am Kompressoreintritt messende Einrichtung gesteuert wird.
-
Diese Tempe.raturmeßeinrschtung besitzt eine Thermometerkuge1191,
die im Kompressoreintritt angeordnet und durch eine Kapillarröhre 193 mit dem Inneren
eines Balgens 195 verbunden ist. Das freie Ende dieses Balgens ist bei
197 mit einem Hebel 199 nahe dessen einem Ende drehbar verbunden, dessen
anderes Ende den Klappenköiper des Servoschaltventils 189 trägt.
-
Ein zweiter Balgenkörper 201 bewirkt den Ausgleich für die Änderung
der Umgehungstemperatur am Meßbalgen 195. Infolge seiner Stellung in der Mitte zwischen
den Enden des Hebels 199 braucht die Länge des Ausgleichbalgens nur halb so groß
zu sein wie die des Meßbalgens 195. Eine Feder 203, die zwischen den beiden Balgen
angeordnet ist, belastet beide.
-
Eine Änderung der Kompressoreintrittstemperatur bewirkt eine Volumenänderung
des Mediums in der Kugel 191, und die Ausdehnung oder Zusammenziehung des
Mediums wird über die Kapillarleitung 193 in den Balgen 195 übertragen, wodurch
eine Ausdehnung oder Zusammenziehung des Balgens erfolgt. Die Balgenbewegungen steuern
über den Hebel 199 das Servoschaltventil 189 des Servoantriebs 185. Durch den Betrieb
des Servoantriebs wird das dreidimensionale Kurvenelement 119 in direkter Abhängigkeit
von der Kompressoreintrittstemperatur eingestellt.
-
Auf diese Weise kann die Kompressoreintrittstemperatur als Veränderliche
in die Reglung der stationären Triebwerksdrehzahl durch geeignete Formgebung der
Endfläche des Kurvenelements 119, die der Drehzahlhebelmitnehmer 125 abtastet, eingeführt
werden. Sie kann auch in die Regelung der Beschleunigungs - Kraftstoffzufuhr durch
geeignete Formgebung des zylindrischen Teiles des Kurvenelements 119 eingeführt
werden, die der Begrenzungsmitnehmer 127 abtastet. Zweck und Wirkungsweise der Einführung
dieses Temperaturfaktors werden in der nachfolgenden Erläuterung der Arbeitsweise
der Regeleinrichtung behandelt.
-
Die Einrichtung ist in, der Stellung abgebildet, die sie während der
normalen Beschleunigung des Triebwerkes einnimmt, d. h. während des Anwachsens der
Triebwerksdrehzahl infolge einer Verstellung des Gashebels 27, doch noch bevor die
erforderte Drehzahl erreicht ist. Wenn das Triebwerk beschleunigt wird, bewegen
sich die Fliehgewichte 89 nach außen, beeinflussen den Schaltschieber 91 und den
Servokolben 101 und verschieben das dreidimensionale Kurvenelement 119 nach links.
Die Form dieses Elements ist derart, daß bei einer Bewegung nach links sich der
Beschleunigungsbegrenzungswinkelhebel161 im Uhrzeigersinn dreht und dadurch eine
Linksverschiebung der Stange 149 gestattet, bis diese den Anschlag 145 auf dem Drehzahlhebel
126 berührt. Wenn dies geschieht, wird eine weitere Bewegung der Stange 149 nach
links gestoppt, und das Anwachsen der Kraftstoffzufuhr, welches bei Linksverschiebung
eintritt, wird entsprechend aufgehalten. Der Drehzahlhebel 126 und sein Anschluß
an das dreidimensionale Kurvenelement 119 und an den Drehzahleinstellnocken
135 wird damit beaufschlagt und übt entsprechend die Regelung der Lage der Stange
1.49 mit dem davon eingestellten Kraftstoffdosierorgan aus. Zu diesem Zeitpunkt
hat das Triebwerk die geforderte Drehzahl erreicht. Sollte die Drehzahl über diesen
Sollwert weiter hinaus ansteigen, bewirkt die darauffolgende Linksverschiebung des
Kurvenelements 119 eine Drehung des Drehzahlhebels 126 gegen den Uhrzeigersinn,
der die Stange 149 nach rechts verschiebt und dadurch die Kraftstoffzufuhr um einen
Wert vermindert, der genügt, um die Triebwerksdrehzahl auf den vorgesehenen Stand
zurückzuführen. Während des stationären Betriebs mit dieser Drehzahl bewegt sich
das Kurvenelement 119, auf jede Änderung der Triebwerksdrehzahl reagierend, geringfügig
hin und her und veranlaßt über den Drehzahlhebel 126 und die Stange 149 die Regelung
der Kraftstoffzufuhr für die Einhaltung der Solldrehzahl des Triebwerkes, wie sie
durch die Lage des Dehzahleinstellnockens 135 gemäß der Einstellung des Gashebels
27 festgelegt ist.
-
Die Stange 149 und die Multiplikationsrollenanordnung 71 setzen also
die Triebwerkskraftstoffzufuhr nicht direkt fest. Vielmehr bestimmen diese das Multiplikationsverhältnis
zwischen dem Kompressoraustrittsluftdruck und der Kraftstoffzufuhr und ändern dieses
Verhältnis wie erforderlich, so daß das Gleichgewicht zwischen der vom Luftdruck
abgeleiteten Kraft und der der Kraftstoffzufuhr proportionalen Kraft, die gegeneinander
durch die Multiplikationseinrichtung ausgeglichen werden, erreicht und aufrechterhalten
wird. Diese Anordnung bietet mehrere bedeutende Vorteile, wie besonders das Einhalten
eines belastungsunabhängigen Beharrungswertes bei stationärem Betrieb und die wesentliche
Verkürzung des Bewegungsbereiches, den die Rollenanordnung 71 benötigt, um eine
geforderte Triebwerksdrehzahl einzustellen und aufrechtzuerhalten.
-
Wenn die Stange 149 und der Hebel 153 direkt mit dem Hauptdosierorgan
29 verbunden wären, statt, wie abgebildet, über die Multiplikationsanordnung, dann
gäbe es für jede Stellung des Kurvenelements 119 eine entsprechende Stellung des
Schieberkolbens 31 des Dosierorgans. Wenn min eine Änderung der Triebwerksbelastung
erfolgt, was z. B. durch Zufuhr kälterer Luft größerer Dichte in den Kompressoreinlaß
bewirkt werden kann, würde das Triebwerk dazu neigen, langsamer zu werden, und für
die Aufrechterhaltung der geforderten Drehzahl eine größere Kraftstoffmenge benötigen.
Mit dieser Einrichtung könnte ein solches Steigen der Kraftstoffzufuhr als Folge
einer Drehzahlabnahme nur durch Verschieben des Kurvenelements 119 nach rechts erhalten
werden bis zu einem Punkt, in dem ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Somit wäre bei einer Änderung der Belastung eine Änderung der tatsächlichen Triebwerksdrelizahl
erforderlich, um die Belastung aufzufangen. Diese Erscheinung ist in der Regeltechnil@
bekannt und wird allgemein mit »belastungsabhängiger Beharrungswert« bezeichnet.
-
Mit der dargestellten Anordnung wird die Triebwerksdrehzahlregelung
bealstungsunabhängig gemacht; dies ist die Folge der Tatsache, dar der Kompressoraustrittsdruck,
der ein Maß für die Triebwerksbelastung darstellt, in die Regelung in einer
Weise
eingezogen ist, daß er den Drehzahlregler dadurch unterstützt, daß er bei wachsender
Triebwerksbelastung, die durch den Kompressoraustrittsdruck angezeigt wird, die
Kraftstoffzufuhr automatisch erhöht. Mit anderen Worten: Steigt die Belastung, so
ergibt sich ein Anwachsen des Kompressoraustrittsdrucks, und dieser vergrößert die
abwärts gerichtete Kraft, welche die Balgenanordnung auf die Rollenanordnung 71
ausübt, was ein Anwachsen der Kraftstoffzufuhr proportional zu dem so festgestellten
Belastungsanstieg zur Folge hat.
-
Ein zweites durch diese Anordnung erzieltes Ergebnis ist eine Verringerung
des Hubes, den die Rollenanordnung 71 ausführt. Dies folgt daraus, daß ein beträchtlicher
Bruchteil der Gesamtänderung in der Kraftstoffzufuhr, die erforderlich ist, um eine
eingestellte Drehzahl zu erreichen und einzuhalten, durch die Beaufschlagung der
Regeleinrichtung mit dem Kompressoraustrittsdruck bewirkt wird. Die Rollenanordnung
71 braucht sich dadurch nur innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Strecke zu bewegen,
um den für die verschiedenen Betriebsbereiche des Triebwerkes erforderlichen Änderungsbereich
in der Kraftstoffzufuhr herbeizuführen. Die Rollenanordnung 71 braucht nämlich nicht
wirkliche Kraftstoffzuflußmengen zu regeln, sondern hat vielmehr nur das Verhältnis
zwischen der wirklichen Kraftstoffzuflußmenge und dem Kompressoraustrittsdruck zu
regeln, und dieses Verhältnis ändert sich innerhalb eines bedeutend kleineren Bereiches
als die Kraftstoffzufuhrmengen selbst.
-
Wie schon ausgeführt, befinden sich die dargestellten Teile in der
Stellung, die sie während einer starken Beschleunigung des Triebwerkes einnehmen.
In diesem Zustand hat der Winkelhebel 161 für die Beschleunigungsbegrenzung
den Mitnehmer 127 im Eingriff mit dem Kurvenelement 119 und berührt gleichzeitig
den Anschlagkörper 165 auf der Stange 149, um die Bewegung der Stange in Richtung
wachsender Kraftstoffzufuhr zu begrenzen. Auf diese Weise ist die Zuwachsrate der
Kraftstoffzufuhr zum Triebwerk in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl begrenzt,
so daß die Kraftstoffzufuhr ein Maß nicht übersteigt, welches das Triebwerk ohne
übertemperatur oder Abwürgen des Kompressors sicher aufnehmen kann.
-
Die Kompressoreintrittslufttemperatur ist in dieser Phase des Regelvorganges
durch Drehung des dreidimensionalen Kurvenelements 119 als Funktion der Eintrittslufttemperatur
eingeführt worden. Die Kompressoreintrittslufttemperatur ist für die Turbinenbegrenzung
bedeutsam, weil die Turbinentemperatur offensichtlich ebenso eine Funktion der Eintrittslufttemperatur
wie des Temperaturanstiegs infolge der Verbrennung ist. Sie ist ebenfalls bedeutsam
für die Anfälligkeit gegenüber einem Abwürgen des Kompressors der Arbeitscharakteristik
von Axialstromkompressoren, wie hier dargestellt. Die Form des dreidimentionalen
Kurvenelements 119 am Achsschnitt ist so gebildet, daß die Kraftstoffzuflußbeschleunigungsmenge
des Triebwerkes an diese Triebwerkscharakteristik in jeder axialen Stellung, d.
h. bei jeder Drehzahl über die Länge des Kurvenelements 119 angepaßt ist.
-
Eine zweite obere Grenze für die Kraftstoffzufuhr in das Triebwerk
wird in Abhängigkeit von der mittels des Thermoelements 181 hinter der Turbine gemessenen
Turbinentemperatur geschaffen. Die Temperaturanzeige des Thermoelements treibt den
Servorzotor 177 und den Nocken 175 an, wodurch sich der Winkelhebel 169 gegen
den Uhrzeigersinn dreht und den Anschlagkörper 171 und damit die Stange 149 nach
rechxs in Richtung einer Abnahme der Kraftstoffzufuhr verschiebt. Dadurch ist gewährleistet,
daß die Turbinentemperatur ohne Rücksicht auf den restlichen Teil der Regeleinrichtung
die maximalen Sicherheitswerte nicht überschreitet.
-
In dem Fall einer Verzögerung, der jetzt betrachtet werden soll, wird
ein Verstellen des Gashebels 27 in Richtung auf die Leerlaufstellung durch den Drehzahleinstellnocken
135, den Drehzahlhebel 126 und die Stange 149 übertragen, und dies bewirkt eine
Drehung des Hebels 153 im Uhrzeigersinn um das Schwenklager 157. Wenn die geforderte
Verzögerung groß ist, bringt diese Drehung des Hebels 153 im Uhrzeigersinn die Rollenanordnung
71 in Berührung mit dem Stoppelement 167, welches eine weitere Bewegung der Rollenanordnung
71 aufhält. Ein Fortsetzen der Bewegung des Hebels im Uhrzeigersinn ist noch möglich
wegen seiner festpunktlosen Lagerung, infolge deren der Hebel 153 sich einfach
gegen die Kraft der Feder 1.59 von dem Schwenklager 157 entfernt. Da die Rollenanordnung
71 nun feststeht, hält sie ein konstantes Verhältnis zwischen der Kraftstoffzufuhr
und dem Kompressoraustrittsluftdruck ein, wenn das Triebwerk verzögert wird. Die
Menge der Kraftstoffzufuhr verringert sich dadurch entsprechend dem sinkenden Kompressoraustrittsluftdruck
bei abnehmender Triebwerksdrehzahl.
-
Wenn sich die Triebwerksdrehzahl dem eingestellten Wert nähert, verschiebt
sich das dreidimensionale Kurvenelement 119 genügend weit nach rechts, um den Drehzahlhebel
126 in eine solche Stellung zu drehen, daß die Stange 149 und der zugehörige
Hebel 153 so verstellt werden, bis der Hebel 153 wieder das Schwenklager
157 berührt. In diesem Punkt übernimmt wieder der Drehzahlregler die Regelung
der Kraftstoffzufuhr und hält die Triebwerksdrehzahl auf Leerlauf oder auf einem
anderen durch den Gashebel eingestellten Wert. Durch eine solche Regelung der minimalen
Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Austrittsluftdruck des Kompressors wird ein
besserer Schutz gegen ein Ausblasen der Flamme infolge unzulänglicher Kraftstoffzufuhr
hergestellt und ist die erforderliche Zeit für die Verzögerung des Triebwerkes auf
ein Minimum herabgesetzt.
-
Wie erwähnt, , kann die Kurvenfläche 121, die der Mitnehmer 125 abtastet,
eben oder gekrümmt ausgeführt sein. Ist sie gekrümmt, dann ändert sich die stationäre
Drehzahl, welche von der Regelanordnung bei irgendeiner gegebenen Stellung des Gashebels
gehalten wird, als eine Funktion der Kompressoreintrittslufttemperatur. Eine derartig
geregelte Änderung der stationären Drehzahl, insbesondere bei oder nahe den Einstellungen
der maximalen Drehzahl, wird häufig zum Zwecke der Erreichung geringfügig höherer
Drehzahlwerte an heißen Tagen gewünscht, wenn höhere Drehzahlen erforderlich sind,
um einen maximalen Schub zu erreichen. Verringerte Drehzahlmaxima können bei niedrigen
Kompressoreintrittslufttemperaturen gefordert werden, um eine überbeanspruchung
des Triebwerkes zu vermeiden.
-
Eine Justierung der durch die Regeleinrichtung gehaltenen maximalen
Drehzahl geschieht durch
eine senkrechte Verstellung des Einstellers
141, der die einstellbare Schwenklageranordnung 139 hält, wodurch das wirksame Hebelarmverhältnis
des Drehzahlstellhebels 131 geändert wird. Wenn die Schwenklageranordnung 139 nach
oben und unten verstellt wird, ändert dies das Ausmaß der Bewegungen des oberen
Endes des Drehzahlstellhebels 131, die von einer Verstellung des unteren Endes durch
den Drehzahleinstellnocken 135 gemäß der Stellung des Gashebels hervorgerufen werden.
Eine Einjustierung der Leerlaufdrehzahleinstellung erfolgt durch horizontale Nachstellung
des Einstellers 143, welcher die Linksbewegung des Drehzahlstellhebels 131 und damit
der Stange 129, an die der Hebel 126 aasgelenkt ist, begrenzt.
-
Es sei bemerkt, daß die Gestaltung dieser Justierungen der Minimal-
und Maximaldrehzahlen so ausgeführt ist, daß jede nur geringen Einfluß auf die andere
ausübt. Dadurch, daß die Einstellung der maximalen Drehzahl durch Verstellung der
Schwenklageranordnung 139 in vertikaler Richtung und die Einstellung der minimalen
Drehzahl durch Verstellung dieser Anordnung in horizontaler Richtung erfolgt, besteht
nur eine geringe Wechselwirkung zwischen den beiden Justiervorgängen. Die Änderungen
der beiden Drehzahleinstellungen lassen sich auf einfache Weise und mit großer Genauigkeit
durchführen.