DE1172474B

DE1172474B - Fuel control system for gas turbine engines

Info

Publication number: DE1172474B
Application number: DED38715A
Authority: DE
Inventors: Edgar Gerald Hunt
Original assignee: Dowty Fuel Systems Ltd
Current assignee: Dowty Fuel Systems Ltd
Priority date: 1961-04-20
Filing date: 1962-04-18
Publication date: 1964-06-18

Description

Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffregelanlagen für Gasturbinentriebwerke, insbesondere für Flugzeuge.Fuel control system for gas turbine engines The invention relates to on fuel control systems for gas turbine engines, especially for aircraft.

Die Drehzahl von Gasturbinentriebwerken wird meistens durch Eingriff in die Brennstoffzufuhr gesteuert und geregelt. Wenn das Triebwerk verzögert werden soll, wird vom Piloten eine niedrigere Drehzahl gewählt und dadurch die Brennstoffzufuhr gedrosselt. Dabei besteht die Gefahr, daß die Brennstoffzufuhr so stark herabgesetzt wird, daß die Brenner gelöscht werden. Um diesen unerwünschten und gefährlichen Vorgang zu verhindern, ist es bekannt, die Drosselung der Brennstoffzufuhr zu begrenzen. So wird beispielsweise in bekannten Brennstoffregelanlagen ein Nebenschluß zur Brennstoffpumpe vorgesehen, der mit verstellbaren Drosseleinrichtungen für die Änderung der Drehzahl und mit einer damit in Reihe liegenden festen Drosselstelle ausgestattet ist. Die feste Drosselstelle verhindert eine vollständige Umgehung der Brennstoffpumpe und sorgt für Einhaltung einer Mindest-Brennstoffzufuhr, die ausreicht, um die Maschine auf Leerlaufdrehzahl zu halten.The speed of rotation of gas turbine engines is mostly controlled by engagement controlled and regulated in the fuel supply. When the engine decelerates should, the pilot selects a lower speed and thus the fuel supply throttled. There is a risk that the fuel supply will be reduced so much that the burners are extinguished. To this undesirable and dangerous To prevent this process, it is known to limit the throttling of the fuel supply. For example, in known fuel control systems, a shunt is made to the fuel pump provided with adjustable throttle devices for changing the speed and is equipped with a fixed throttle point in series with it. the fixed throttle prevents a complete bypassing of the fuel pump and ensures compliance with a minimum fuel supply that is sufficient to run the machine keep at idle speed.

Die Brennstoffmenge, die erforderlich ist, um das Triebwerk mit Sicherheit in Betrieb und beschleunigungsbereit zu halten, ist jedoch je nach den Betriebsbedingungen verschieden. Beispielsweise tritt bei einer Änderung der Flughöhe auch eine Änderung des Mindest-Brennstoffbedarfs auf. Eine dementsprechende Anpassung der Mindest-Brennstoffzufuhr ist mit den bisher bekanntgewordenen Brennstoffregelanlagen nicht möglich.The amount of fuel that is required to run the engine safely Keeping it in operation and ready for acceleration, however, depends on the operating conditions different. For example, if there is a change in flight altitude, there is also a change the minimum fuel requirement. A corresponding adjustment of the minimum fuel supply is not possible with the previously known fuel control systems.

Gegenstand der Erfindung ist eine Brennstoffregelanlage der beschriebenen Art, bei dem die bei einer Verzögerung des Triebwerkes zur Verfügung gestellte Leerlaufbrennstoffmenge den Betriebsbedingungen, unter denen die Maschine arbeitet, angepaßt wird. Abgesehen von der damit erzielten höheren Betriebssicherheit kann dadurch unter allen Betriebsbedingungen immer die maximal mögliche Verzögerung erreicht werden.The invention relates to a fuel control system of the type described Type in which the amount of idle fuel made available in the event of a deceleration of the engine is adapted to the operating conditions under which the machine operates. Apart from that of the higher operational reliability achieved thereby under all operating conditions the maximum possible delay can always be achieved.

Nach der Erfindung besteht eine Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinentriebwerk aus einer Pumpe zur Förderung des Brennstoffs zur Brennkammer oder zu den Brennkammern des Triebwerkes und einem diese Pumpe umgehenden, von einer Betriebsgröße verstellbaren, schnell wirkenden Nebenschlußventil. Um eine zu starke Ableitung des von der Pumpe geförderten Brennstoffs zu verhindern, wenn sich das Nebenschlußventil in der voll geöffneten oder nahezu voll geöffneten Stellung befindet, um also einen Mindestzufluß zum Triebwerk zur Aufrechterhaltung der Verbrennung zu sichern, ist erfindungsgemäß dem Nebenschlußventil eine langsam verstellbare Drosseleinheit nachgeschaltet.According to the invention there is a fuel control system for a gas turbine engine from a pump to deliver the fuel to the combustion chamber or to the combustion chambers of the engine and a pump bypassing this, adjustable from an operating size, fast acting bypass valve. To avoid excessive discharge of the from the pump to prevent pumped fuel when the bypass valve is in full is open or almost fully open position, so a minimum inflow to secure the engine to maintain the combustion is according to the invention the bypass valve is followed by a slowly adjustable throttle unit.

Die Erfindung ist besonders brauchbar, wenn die auf das Nebenschlußventil ausgeübte Verstellung in an sich bekannter Weise durch einen Drehzahlregler für das Triebwerk stattfindet.The invention is particularly useful when dealing with the bypass valve performed adjustment in a manner known per se by a speed controller for the engine takes place.

Bei einem Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug kann die Drosseleinrichtung von einem oder mehreren Betriebszuständen langsam verstellt werden, beispielsweise vom Verdichtereinlaßdruck. Das Mittel zur Verstellung der Drosseleinrichtung kann auch der Einstellung anderer Regelorgane des Triebwerkes dienen, beispielsweise der Regelung des zur Beschleunigung herangeführten Brennstoffs.In the case of a gas turbine engine for an aircraft, the throttle device are slowly adjusted by one or more operating states, for example from the compressor inlet pressure. The means for adjusting the throttle device can also serve to adjust other control organs of the engine, for example the regulation of the fuel brought up for acceleration.

Es wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die schematische Zeichnung beschrieben. Diese Ausführungsform der Erfindung ist für die Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug gedacht. Bei dieser Ausführungsform wird eine Zahnradpumpe 1 zur Förderung des Brennstoffs vom Triebwerk angetrieben und ist so angeschlossen, daß sie durch ein Rohr 2, welches sich von den Brennstoffbehältern des Flugzeuges forterstreckt, Brennstoff ansaugt und unter Druck in ein Rohr 3 fördert, welches zu den in den Brennkammern des Triebwerkes befindlichen Brennerdüsen führt. Das Triebwerk weist einen Drehzahlregler auf, welcher so arbeitet, daß es dem Flugzeugführer möglich ist, mittels des Hebels 4 eine beliebige Drehzahl für das Triebwerk innerhalb seines Betriebsbereichs zu wählen. Der Drehzahlregler besteht aus einer Welle 5, die von dem Triebwerk mit einer der Triebwerksdrehzahl direkt proportionalen Drehzahl angetrieben wird, zwei Fliehgewichten 6, die mit Drehachsen 7 auf einem Rahmen 8 gelagert sind, wobei sich der Rahmen 8 gemeinsam mit der Welle 5 dreht, einer von Hand einstellbaren Feder 9, die über eine Stange 11 und ein Drucklager 12 auf Hebel 13 einwirkt, die sich von den Fliehgewichten 6 forterstrecken, sowie einem Nocken 14 zum Einstellen der Spannung der Feder 9 gemäß der Bewegung des Flugzeugführersteuerhebels 4. Die Stange 11 trägt zwei Kolben 15 und 16, die innerhalb eines Zylinders 17 mit festem Abstand verschiebbar angeordnet sind. Der Kolben 15 schließt teilweise eine Öffnung 18 in der Wand des Zylinders 17, während eine weitere Öffnung 19 in der Wand des Zylinders 17 uneingeschränkt zu dem Raum zwischen den beiden Kolben 15 und 16 hin geöffnet ist. Von dem Rohr 3 erstreckt sich ein Rohr 21 zur Öffnung 18. Von der Öffnung 19 erstreckt sich ein Rohr 22 zu einer verstellbaren Drosseleinrichtung 23. In dieser Einrichtung ist innerhalb eines Gehäuses 25, von welchem sich ein Rohr 26 zum Verdichtereinlaß eines Triebwerkes erstreckt, ein evakuierter Balg 24 angeordnet. Zur Einengung des Gasdurchgangs in dem Rohr 26 ist eine Drosselstelle 27 vorgesehen, so daß der Balg 24 sich nur langsam in Abhängigkeit von Veränderungen des Verdichtereinlaßdrucks bewegen kann. Von dem Balg 24 aus erstreckt sich eine Stange 28 durch eine im Gehäuse 25 befindliche abgedichtete Öffnung 29 zu den Kolben 31 und 32, die auf der Stange 28' mit festem gegenseitigem Abstand sitzen und in einem feststehenden Zylinder 33 gleiten. Der Kolben 31 schließt teilweise eine Öffnung 34 in der Wand des Zylinders 33, welche mit dem Rohr 22 verbunden ist. Eine weitere Öffnung 35, die in dem Zylinder 33 zwischen den Kolben 31 und 32 vorgesehen ist, ist mit einem Rohr 36 verbunden, welches zum Pumpeneinlaßrohr 2 führt.An embodiment of the invention will be described with reference to the schematic drawing. This embodiment of the invention is intended for use in a gas turbine engine for an aircraft. In this embodiment, a gear pump 1 for conveying the fuel is driven by the engine and is connected in such a way that it sucks in fuel through a pipe 2, which extends from the fuel tanks of the aircraft, and conveys it under pressure into a pipe 3 which leads to the in the burner nozzles located in the combustion chambers of the engine. The engine has a speed controller which works in such a way that it is possible for the pilot to use the lever 4 to select any speed for the engine within its operating range. The speed controller consists of a shaft 5, which is driven by the engine at a speed directly proportional to the engine speed, two flyweights 6, which are mounted with axes of rotation 7 on a frame 8 , the frame 8 rotating together with the shaft 5 , one manually adjustable spring 9, which acts via a rod 11 and a thrust bearing 12 on levers 13, which extend from the flyweights 6, and a cam 14 for adjusting the tension of the spring 9 according to the movement of the pilot's control lever 4. The rod 11 carries two pistons 15 and 16 which are arranged displaceably within a cylinder 17 at a fixed distance. The piston 15 partially closes an opening 1 8 in the wall of cylinder 17, while a further aperture 19 is opened in the wall of the cylinder 17 without restriction to the space between the two pistons 15 and 16. A pipe 21 extends from the pipe 3 to the opening 18. A pipe 22 extends from the opening 19 to an adjustable throttle device 23. In this device there is a housing 25 from which a pipe 26 extends to the compressor inlet of an engine evacuated bellows 24 arranged. To narrow the gas passage in the pipe 26 , a throttle point 27 is provided so that the bellows 24 can only move slowly in response to changes in the compressor inlet pressure. A rod 28 extends from the bellows 24 through a sealed opening 29 located in the housing 25 to the pistons 31 and 32, which are seated on the rod 28 ′ at a fixed distance from one another and slide in a stationary cylinder 33. The piston 31 partially closes an opening 34 in the wall of the cylinder 33 which is connected to the tube 22 . Another opening 35, which is provided in the cylinder 33 between the pistons 31 and 32, is connected to a pipe 36 which leads to the pump inlet pipe 2 .

Beim Betrieb des Drehzahlreglers mit konstanter Drehzahl gleicht die von den Hebeln 13 auf die Fliehgewichte 6 ausgeübte Zentrifugalkraft die von dem Nocken 14 bestimmte Spannung der Feder 9 aus, wobei der Kolben 15 einen Teil der Öffnung 18 freilegt und einen solchen Brennstoffnebenfluß einstellt, daß der an das Triebwerk herangeführte Brennstoff ausreicht, um die erforderliche Drehzahl aufrechtzuerhalten. Jegliche Zunahme oder Abnahme in der Triebwerksdrehzahl verursacht entweder ein Öffnen oder Schließen der Öffnung 18 durch den Kolben 15, um die an die Brennkammern herangeführte Brennstoffmenge zu vermindern bzw. zu erhöhen und dadurch die gewählte Drehzahl auf einem konstanten Wert zu halten.When the speed controller is operated at constant speed, the centrifugal force exerted by the levers 13 on the flyweights 6 compensates for the tension of the spring 9 determined by the cam 14 , the piston 15 exposing part of the opening 18 and setting such a fuel bypass flow that the The fuel supplied to the engine is sufficient to maintain the required speed. Any increase or decrease in engine speed causes piston 15 to either open or close port 18 to decrease or increase the amount of fuel supplied to the combustion chambers and thereby maintain the selected speed at a constant value.

Wenn der Flugzeugführer durch Bewegung des Hebels 4 eine verminderte Drehzahl wählt, wird die Feder 9 entlastet, wodurch es den Fliehgewichten 6 möglich wird, die Stange 11 und die Kolben 15 und 16 zu bewegen, so daß sich die Öffnung 18 gänzlich oder nahezu gänzlich öffnet und ein nahezu unbehinderter Nebenfluß des Brennstoffes durch die öffnungen 18 und 19 stattfindet. Wenn keine Drosseleinrichtung 23 vorhanden wäre, dann könnte dieser nahezu vollständige Nebenfluß des Brennstoffes die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk so stark vermindern, daß die Flamme in der Triebwerksbrennkammer erlischt. Ein solches Erlöschen kann unter bestimmten Umständen verhängnisvoll werden, da es unmöglich sein kann, das Triebwerk während des Fluges neu zu zünden. Die Drosseleinrichtung 23 begrenzt jedoch den Durchfluß des Nebenflußbrennstoffs dadurch, daß die Öffnung 34 durch den Kolben 31 teilweise geschlossen wird. Die Lage des Kolbens 31 wird durch den Balg 24 bestimmt, dessen Ausdehnung vom Verdichtereinlaßdruck abhängig ist. Auf diese Weise kann die von den Öffnungen 34 und dem Kolben 31 erzeugte Drosselung gemäß der Flughöhe eingestellt werden, wobei bei einer Höhenzunahme die Öffnung 34 größer wird und bei vollkommen freigelegter Öffnung 18 einen etwas größeren Nebenstrom des Brennstoffes gestattet.If the pilot selects a reduced speed by moving the lever 4 , the spring 9 is relieved, whereby it is possible for the flyweights 6 to move the rod 11 and the pistons 15 and 16 so that the opening 18 opens completely or almost completely and an almost unimpeded tributary flow of the fuel through the openings 18 and 19 takes place. If there were no throttle device 23, then this almost complete tributary flow of the fuel could reduce the fuel supply to the engine so much that the flame in the engine combustion chamber goes out. Such extinction can be disastrous under certain circumstances as it may be impossible to reignite the engine in flight. The throttle device 23 , however, limits the flow of the bypass fuel in that the opening 34 is partially closed by the piston 31. The position of the piston 31 is determined by the bellows 24 , the expansion of which is dependent on the compressor inlet pressure. In this way, the throttling generated by the openings 34 and the piston 31 can be adjusted according to the flight altitude, the opening 34 becoming larger with an increase in altitude and allowing a somewhat larger secondary flow of the fuel when the opening 18 is completely uncovered.

Die Öffnung 34 ist so ausgebildet, daß sie bei allen Flughöhen das vollständige Kurzschließen der Pumpenförderung verhindert, wenn am Drehzahlregler eine geringere Drehzahl für das Triebwerk gewählt wird, und somit einen ausreichenden Brennstoffzufluß zum Triebwerk aufrechterhält, um ein Erlöschen der Flamme zu verhindern. Es ist ersichtlich, daß dieser Mindest-Brennstoffdurchfluß zum Triebwerk, der zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderlich ist, bei einer Zunahme der Flughöhe und einer Verminderung des Verdichtereinlaßdruckes abnimmt.The opening 34 is designed so that it prevents the complete short-circuiting of the pump delivery at all flight altitudes if a lower speed for the engine is selected on the speed controller, and thus maintains a sufficient flow of fuel to the engine to prevent the flame from going out. It can be seen that this minimum fuel flow to the engine required to maintain combustion decreases with increasing altitude and decreasing compressor inlet pressure.

Das Mittel zur Erwirkung einer langsamen Verstellung der Drosselvorrichtung kann auch zur Erwirkung anderer Einstellungen innerhalb der Brennstoffregelanlage verwendet werden; beispielsweise kann ein solches Mittel benutzt werden, um den Brennstoffdurchfluß bei einer gewählten Beschleunigung des Triebwerkes zu begrenzen.The means for effecting a slow adjustment of the throttle device can also be used to achieve other settings within the fuel control system be used; for example, such a means can be used to To limit fuel flow at a selected engine acceleration.

Während die beschriebene Ausführungsform sich auf eine unmittelbare Betätigung des Nebenschlußventils und der Drosseleinrichtung durch Fliehgewichte oder einen Balg bezieht, können auch Servokolben vorgesehen werden, um die Einstellung des Nebenschlußventils oder der Drosseleinrichtung zu bewirken, wobei diese Motoren natürlich durch die Fliehgewichte oder durch den Balg gesteuert werden.While the embodiment described is based on an immediate Operation of the bypass valve and the throttle device by flyweights or a bellows, servo pistons can also be provided for the adjustment of the bypass valve or the throttle device, these motors can of course be controlled by the flyweights or by the bellows.

Die beschriebene Ausführungsform richtet sich zwar auf einen Drehzahlregler zur Durchführung der Steuerung des Nebenschiußventils. Es können jedoch auch andere Regler dafür verwendet werden.The embodiment described is aimed at a speed controller to carry out the control of the bypass valve. However, others can as well Regulator can be used for this.

Claims

Claims: 1. Fuel control system for gas turbine engines with a pump for conveying fuel to the combustion chamber or to the combustion chambers of the engine and a pump bypassing this pump, adjustable by an operating variable, fast-acting bypass valve, characterized in that the bypass valve (15 to 19) a slowly adjustable throttle device (23) is connected downstream. z. Fuel control system according to Claim 1, characterized in that the bypass valve is adjusted in a manner known per se by an adjustable speed regulator. 3. Fuel control system according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle device (23) is adjusted by the compressor inlet pressure of the gas turbine engine. Documents considered: German Patent No. 853,989; French patent specification No. 1110 996.