-
Anzeige- und Steuervorrichtung für eine Gasturbinenanlage Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anzeige- und Steuervorrichtung für eine Gasturbinenanlage,
bei welcher die Leistung der Gasturbinenanlage entsprechend einer vorgegebenen Funktion
selbsttätig durch eine Steuervorrichtung eingesteuert wird.
-
Es ist bekannt, den Potentialunterschied über ein Thermometer zusätzlich
dazu, daß er durch Temperaturveränderungen eines Arbeitsmittels verändert wird,
auch in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Turbinenläufers in jeder geeigneten
bekannten Weise zu verändern, beispielsweise mittels eines kleinen Generators, der
durch eine Turbine angetrieben wird oder durch einen veränderlichen Widerstand,
wobei die relative Stellung zwischen diesem und seinen Schleifkontakten, seinem
Schleifarm oder einem anderen entsprechenden Bauteil durch die Drehzahl der Turbine
gesteuert wird, um die EMK von der Batterie her zu verändern.
-
Im Falle von Pyrometern oder Leitern, bei denen Abweichungen oder
Veränderungen des Widerstands infolge von Temperaturveränderungen ausgeglichen werden
müssen, ist vorgeschlagen worden, Ausgleichswiderstände mit geeigneten Temperatur-Widerstands-Charakteristiken
zum Bewirken dieses Ausgleichs diesen Pyrometern oder Leitern zuzuordnen.
-
Es gibt Anordnungen, bei denen ein lineares Ansprechen auf die Temperatur
dort erreicht wird, wo der Widerstandswert des einzelnen temperaturveränderlichen
Widerstandes sich nicht linear mit der Temperatur ändert.
-
Zweck der Erfindung ist es, in Verbindung mit dem Widerstandsthermometer
eine besondere Einrichtung eines unveränderlichen Widerstandes zu schaffen, dessen
Werte so gewählt sind, daß der gesamte wirksame Widerstandswert der Anordnung als
Ganzes, einschließlich des Widerstandsthermometers, sich ungefähr mit der Quadratwurzel
einer veränderlichen Temperatur über einen vorbestimmten Temperaturbereich verändert.
-
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung
von einer Reihenschaltung beeinfiußt wird, welche sich zusammensetzt aus einem die
Turbinendrehzahl (N) durch seine Spannung wiedergebenden Tachometer und aus einem
Korrektur-Widerstandsnetzwerk, welches den Funktionswert 1lIiT liefert.
-
Das Korrektur-Widerstandsnetzwerk kann aus der Parallelschaltung einer
Reihenanordnung eines temperaturunabhängigen Widerstandes und eines temperaturabhängigen
Widerstandes einerseits und eines temperaturunabhängigen Widerstandes andererseits
bestehen. Das üblicherweise benutzte temperaturempfindliche Widerstandselement hat
einen sich mit der Temperatur T nach folgendem Gesetz ändernden Widerstand: RT=A+BT+CTa
(höhere Potenzen von T bleiben unberücksichtigt). In einem die Temperatur wiedergebenden
Kurvenbild wächst daher der Gradient der Kennlinie mit steigender Temperatur.
-
Wenn der vorbestimmte Temperaturbereich genügend klein ist, ist eine
geradlinige Annäherung an die Kennlinie durch die Tangente an sie, und zwar im Mittelpunkt
des Temperaturbereichs, gegeben. Wenn hingegen der Temperaturbereich größer ist,
stellt eine Gerade, welche parallel zur genannten Tangente und zwischen ihr und
der die beiden Schnittpunkte der Kennlinie mit den Grenzwerten des Temperaturbereiches
verbindenden Sehne liegt, die bessere Annäherung dar.
-
Bei einem für die absolute Temperatur T gezeichneten Kurvenbild von
V-T geht die Kurve durch den Nullpunkt. Es muß deshalb eine Parallelverschiebung
vorgenommen werden, wenn die oben beschriebene geradlinige Annäherung durch den
Nullpunkt der Widerstands-Temperatur(absolut)-Achsen gehen soll. Eine solche Verschiebung
wird durch eine bestimmte Widerstandserhöhung dargestellt - in der Praxis wird das
dadurch erreicht, daß ein gegen die wechselnde Temperatur geschützter
Widerstand
in Reihe mit dem temperaturempfindlichen Teil geschaltet wird.
-
Die Kurve 1 T als Funktion von T hat jedoch einen abnehmenden Gradienten
bei zunehmenden Werten von T. Zwecks Annäherung an eine Kurve dieser Art wird ein
weiterer gegen Temperaturveränderungen geschützter Widerstand parallel zum obigen
Reihennetz angeordnet. Die Kennlinie dieses neuen Netzes nähert sich asymptotisch
dem Wert des abgeschirmten Parallelwiderstandes, wenn der Wert von T wächst.
-
Durch Wahl entsprechender Werte für den abgeschirmten Widerstand wird
die Kennlinie für das Widerstandsnetz über einen begrenzten Temperaturbereich eng
der Kurve von 1 T als Funktion von T angenähert.
-
Ein Beispiel für ein praktisch brauchbares Widerstandsnetz soll nun
gegeben werden. Der temperaturempfindliche Widerstand R hat folgende Kennlinie:
RT (in Ohm) = 90 -f- 0,438 T -f- 0,0006 T2 (T in 'C). Der gewählte
Temperaturbereich reicht von 0 bis 160°C. Die Neigung der Widerstands-Temperatur
(absolut)-Kennlinie bei einer mittleren Temperatur von 80°C (oder 353°C absolut)
ist 0,534, der Wert des Widerstandes bei dieser Temperatur ist 129 Ohm. Zwecks Verschiebung
der Kennlinientangente bei 80°C derart, daß sie durch den Nullpunkt führt, ist ein
Widerstand in Reihe mit dem temperaturempfindlichen Widerstand angeordnet. Für einen
vernachlässigbar kleinen Temperaturbereich ist der theoretische Wert eines solchen
Widerstands S Ohm, wonach sich ergibt:
Zwecks Ausgleichs der Länge bzw. Breite des Temperaturbereichs wurde als tatsächlicher
Wert 54 Ohm benutzt.
-
Vermittels ähnlicher Berechnungs- und Annäherungsverfahren wurde ein
Wert von 180 Ohm für den Parallelwiderstand bestimmt.
-
Die folgende Tabelle wurde unter Benutzung des obenerwähnten temperaturempfindlichen
W iderstandes, der mit dem 54-Ohm-Widerstand in Reihe geschaltet war, und des parallel
zum Netz geschalteten 180-Ohm-Widerstandes ermittelt, wobei der Gesamtwiderstand
des Netzes bei jeder beliebigen Temperatur
T als QT in Ohm angegeben ist.
| 0 10 50 80 100 120 140 160 |
| 100 -@ @-T g0 87,94 89,54 95,66 I 100 102,80 105,51 108,16
110,75 |
| Y/ I I I |
| 100--9 88,18 89,67 95,60 100 @@ 102,69 105,54 108,49
111,18 |
| 100 - -R 0 69,8 73,25 88,0 100 I 108,6 117,5 126,6 136,2 |
Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung
ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt F i g. 1 schaubildlich ein temperaturabhängiges
Widerstandsnetzwerk, bei dem der temperaturabhängige Widerstand in einem Gaskanal
untergebracht ist, F i g. 2 schematisch ein temperaturabhängiges Widerstandsnetz,
welches betriebsbereit in die Steuerausrüstung einer Gasturbinenanlage eingebaut
ist.
-
Ein temperaturabhängiger Widerstand i, welcher in F i g. 1 im Gaskanal
2 liegt, ist mit einem temperaturunabhängigen Widerstand 3 in Reihe geschaltet.
Parallel zum Widerstand 1 und zum Widerstand 3 liegt ein temperaturunabhängiger
Widerstand 4, wobei beide Widerstände 3 und 4 gegen die Gashitze im
Kanal abgeschirmt sind. Zwecks Messung des Verhältnisses einer Drehzahl N zur Quadratwurzel
einer veränderlichen Temperatur T im Gaskanal ist ein mit dieser Drehzahl betriebenes
Tachometer 5 mit der Feldwicklung 5a an die Enden des Korrekturwiderstandsnetzwerkes
1, 3, 4 angeschlossen. Ein Amperemeter 7 ist f ür die Messung des erwähnten
Verhältnisses mit dem Generator in Reihe geschaltet; zusätzlich kann ein Voltmeter
7a parallel zum Generator zwecks Anzeige des Wertes von N geschaltet werden.
-
Das Tachometer 5 arbeitet über den geradlinigen Teil seiner Kennlinie,
um eine der Turbinendrehzahl N proportionale EMK zu erzeugen. Der Widerstandswert
des Korrektur-Widerstandsnetzwerkes 1, 3, 4
ändert sich proportional
mit T und deshalb ist der im Amperemeter fließende Strom proportional zu N/1
T.
Das Amperemeter ist mit Teilstrichen versehen und erlaubt eine unmittelbare
Ablesung von N/YT.
-
Für die Anzeige oder Steuerung des Verhältnisses der Drehzahl N einer
Gasturbine zur Quadratwurzel der Temperatur T der heißen Gase an einem Punkt ihres
Weges ist das Korrektur-Widerstandsnetzwerk 1,
3, 4, wie in F i g.
2 dargestellt, mit dem temperaturabhängigen Widerstand 1 im Wege der heißen
Gase angeordnet, die nach der Turbine 6 durch den Turbineneinlaßstutzen strömen.
Die Turbine 6 stellt einen Teil einer Turbinenanlage dar, in welcher Luft in einem
Kompressor 18 verdichtet und durch eine Verbrennungskammer 19 nach der Turbine
6 gefördert wird. Das Korrektur-Widerstandsnetzwerk 1, 3, 4 ist mit
dem Tachometer 5, welches von der Turbine 6 angetrieben wird und eine Feldwicklung
5a aufweist, mit einem Amperemeter 7 für die Messung des Verhältnisses und einer
elektromagnetischen Kontrollvorrichtung 8 in Reihe geschaltet.
-
Die vom Strom durchflossene elektromagnetische Vorrichtung
8 ist mit Mitteln 9 für die Regelung der Kraftstoffzufuhr durch das
Kraftstoffleitungsrohr 10
zu dem Injektor 11 vom Behälter
12 und der Pumpe 13 her gekuppelt.
-
Die Mittel 9 werden entweder von einem Drosselventil im Rohr
10 oder dem Regler der Pumpe 13
verkörpert. Die elektromagnetische
Vorrichtung 8 kann beispielsweise eine Feldwicklung zu einem Erreger 14 sein,
die einer Vorspannungs-Feldwicklung 15 am Erreger 14 entgegenwirkt, so daß jede
Abweichung
von einem Gleichgewichtswert des Stromes in den zwei
Feldwicklungen einen Strom im Läufer eines Motors 16, welcher eine Feldwicklung
16a und einen Feldwiderstand 20 aufweist, hervorruft. Der Motor 16 treibt die Regulierungsmittel
19 an, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Die Stärke des vorgespannten
Feldes kann von einem Widerstand 17 geregelt werden, so daß ein Gleichgewichtszustand
beim vorgeschriebenen Wert von N/l% T erhalten wird.