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Elektronische Zündanlage für Gasturbinen Die Erfindung betrifft eine
elektronische Zündanlage für Gasturbinen mit einem durch gleichgerichteten Wechselstrom
aufladbaren Kondensator, der über eine Gleitfunkenzündkerze (Zündeinrichtung vom
Oberflächenentladungstyp) entladen wird.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Zündanlage, bei der innerhalb
eines bestimmten Bereichs der Gleichstromeingangsspannung eine einwandfreie Zündung
auch bei Schwankungen dieser Eingangsspannung erzielt wird.
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Es ist bekannt, die Steuerung durch ein Thyratron vorzunehmen, wobei
jedoch zwei voneinander getrennte Spannungsquellen für die Steuerung des Thyratrons
bzw. das Aufladen des Kondensators vorgesehen sind. Bei einer solchen Anordnung
kann sich bei unterschiedlichen Schwankungen der Spannungen ein fehlerhaftes Arbeiten
ergeben, da die kritische Gitterspannung bereits erreicht werden kann, wenn am Kondensator
noch keine ausreichende Zündspannung vorliegt. Eine Synchronisierung der beiden
Spannungen, um dies zu verhindern, würde aber zu einer Komplizierung der Anlage
führen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Steuerung in an sich bekannter
Weise durch ein Thyratron erfolgt, wobei aber im Kathoden- und im Gitterkreis des
Thyratrons je ein RC-Glied gleicher Zeitkonstante liegt, das von einer gemeinsamen
Wechselspannung versorgt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die kritische
Gitterspannung und die erforderliche Zündspannung am Kondensator stets gleichzeitig
erreicht werden. Bei einem Absinken der Spannung der einzigen Spannungsquelle wird
lediglich die Aufladezeit des Kondensators vergrößert. Dies bedeutet aber keinen
Nachteil, da die Zündeinrichtung bei Gasturbinen lediglich zum Anlassen benutzt
wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
RC-Glied des Thyratrons über einen Gleichrichter mit einer Transformatorwicklung
verbunden ist, die induktiv mit der Sekundärwicklung des Transformators gekuppelt
ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In dieser ist
F i g. 1 ein Schaltbild einer elektronischen Zündanlage für Gasturbinen nach der
Erfindung und F i g. 2 ein Kurvenbild über den Verlauf gewisser Spannungen in der
Zündanlage gemäß F i g. 1.
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Die Zündanlage ist an eine geeignete Gleichstromquelle 10,
im Beispiel eine Speicherbatterie, angeschlossen. Die Batterie kann jede gewünschte
Spannung haben, die bei der dargestellten Anlage zwischen 14 und 30 Volt liegen
kann. Die Batterie ist auf der einen Seite unmittelbar geerdet und auf der anderen
Seite über einen Leiter 14 mit einem Zündschalter 12 verbunden.
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Die Batterie 10 speist einen Vibrator 16, der einen
Anker 18 und eine Spule 20 enthält. Der Anker 18 trägt einen Kontakt 24,
der zwischen zwei festen Kontakten 26 und 28 in bekannter Weise pendelt.
Der Kontakt 28 ist mit einem Anschlußpunkt 30,
der Kontakt 26 mit einem
Anschlußpunkt 32 verbunden. Die Spule 20 liegt zwischen dem Anschlußpunkt
30 und einem Anschlußpunkt 34 am Anker 18, also an einer Seite des Zündschalters
12.
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An die Anschlußpunkte 30 und 32 sind Leiter 36 bzw. 38 angeschlossen,
die den Auslaß des Vibratorkreises darstellen. Der Leiter 36 ist mit dem Leiter
38 über einen einen Kondensator 40 und einen Anschlußpunkt 44 enthaltenden
Leiter 48 verbunden. Der Kondensator 40 verhindert ein Feuern an den
Kontakten. Die Leiter 36 und 38 sind an die Enden einer Primärwicklung 50 eines
Transformators 52 angeschlossen, die eine Mittelanzapfung 56 hat, welche über Leiter
46 und 42 geerdet ist. Der Transformator 52 hat eine Sekundärwicklung
54 mit größerer Windungszahl als die Primärwicklung, so daß eine bestimmte
Spannungserhöhung im Transformator erzielt wird. Der Vibrator 16 liefert also aus
der Gleichspannung der Batterie 10 eine Wechselspannung, die an der Primärwicklung
50 des Transformators 52 erscheint und eine Frequenz von 400 Hz
haben
kann und auf der Sekundärseite des Transformators wesentlich höher austritt.
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Die Sekundärwicklung 54 des Transformators 52 hat eine Mittelanzapfung
58, die über einen Widerstand 62 und einen Kondensator 64 mit einem Anschlußpunkt
60 verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung sind durch Leiter
72 bzw. 74 mit den Eingangsklemmen 66 und 68 eines Vollwellenbrückengleichrichters
70 verbunden. Der Leiter 74 enthält den Anschlußpunkt 60.
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An die Auslaßklemmen 76 und 78 des Brückengleichrichters
70 sind Leiter 80 bzw. 82 angeschlossen. Der Leiter 80 führt zu einem Leiter
84, der Anschlußpunkte 86, 88 und 90 enthält. Der Leiter 82
führt über einen Widerstand 92 zu einem Anschlußpunkt 94.
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Die Sekundärwicklung 54 des Transformators 52
ist induktiv
mit einer Spule 96 verbunden, von der Leiter 98 und 100 abgehen. Der
Leiter 98 führt zum Anschlußpunkt 90, während der Leiter
100 zu einem Gleichrichter 102 führt, dessen andere Seite über einen
Widerstand 104 mit einem Anschlußpunkt 106
verbunden ist. Zwischen
den Anschlußpunkten 90
und 106 liegt ein Kondensator 108. Die Spule 96 liefert
eine Gittersteuerspannung für einen elektronischen Schalter 110, der als Thyratron
mit kalter Kathode ausgebildet ist. Dessen Kathode 112 ist mit dem Anschlußpunkt
86 verbunden, während seine Anode 114 unmittelbar geerdet ist. Das Gitter des Thyratrons
ist mit dem Anschlußpunkt 106 verbunden. Das Thyratron 110 wird stets dann die Zündung
veranlassen, wenn eine bestimmte Spannung zwischen der Kathode und dem Gitter herrscht.
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Ein Kondensator 116 liegt zwischen den Anschlußpunkten 94 und 86 und
wird über eine Zündkerze 118 entladen, die eine Niederspannungskerze ist, die bei
verhältnismäßig geringer Spannung, z. B. 2500 bis 3000 Volt, zündet. Die eine Seite
der Zündkerze 118 ist unmittelbar geerdet, während ihre andere Seite über einen
Leiter 120 mit dem Anschlußpunkt 94 verbunden ist. Die Zündkerze
118
ist einem Gasturbinentriebwerk in üblicher Weise zugeordnet und wird die
brennbare Ladung beim Anlassen der Maschine zünden. Das Zünden dauert so lange an,
wie der Zündschalter 12 geschlossen ist.
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Soll die brennbare Ladung der Maschine gezündet werden, wird der Zündschalter
12 geschlossen. Hierdurch wird der Vibrator 16 in Gang gesetzt, der einen Wechselstrom
durch die Primärwicklung 50 des Transformators 52 erzeugt. Die Spannung dieses Wechselstroms
wird durch den Transformator erhöht und erscheint an der Sekundärwicklung 54 des
Transformators. Durch den Kondensator 40 und auch durch die Schaltung des
Widerstandes 62 und des Kondensators 64 in Reihe wird das Funken an den Kontakten
wesentlich verringert.
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Die Wechselspannung von der Sekundärwicklung 54 wird durch den Brückengleichrichter
70 gleichgerichtet und zur Ladung des Kondensators 116 über den Widerstand
92 zugeleitet. Das aus dem Widerstand 92 und dem Kondensator 116 gebildete
RC-Glied hat eine bestimmte Zeitkonstante (Widerstands-Kapazitäts-Produkt), das
der Zeitkonstante des aus dem Widerstand 104 und dem Kondensator 108 gebildeten
RC-Glieds gleich ist. Der Kondensator 116 wird eine Ladung entsprechend der
in F i g. 2 dargestellten Exponentialkurve aufbauen. Bei einer Spannung der Batterie
10 von 1.4 Volt gilt die Kurve A, während bei einer Batteriespannung von 30 Volt
die Kurve B der F i g. 2 gilt.
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Während des Aufladens des Kondensators 116 auf die zwischen den Auslaßklemmen
76 und 78 des Brückengleichrichters 70 erscheinende Spannung wird der Kondensator
108 durch das RC-Glied 104, 108 aufgeladen. Die Aufladespannung liefert die
Spule 96, die im Gleichrichter 102 gleichgerichtet wird und dem Netz
als Gleichspannung zugeleitet wird. Bei einer Batteriespannung von 14 Volt wird
die am Kondensator 108 sich bildende Spannung der Exponentialkurve C in F i g. 2
entsprechend anwachsen. Bei einer Batteriespannung von 30 Volt gilt hierfür die
Kurve D der F i g. 2. Die am Kondensator 108 gebildete Spannung dient der Vorbelastung
des Thyratrons 110, um dieses leitend zu machen, da sie direkt an den Kathoden-Gitterkreis
des Thyratrons gelegt ist.
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Wird angenommen, daß die Zündkerze 118 bei etwa 1800 Volt zündet
und daß die kritische Gitterspannung des Thyratrons 110 für die Auslösung der Zündung
etwa 1000 Volt beträgt, so ist es zweckmäßig, wenn diese Spannungen zu gleicher
Zeit erreicht werden, so daß der Kondensator 116 sich zur richtigen Zeit über die
Zündkerze 118 entlädt. Dies wird durch die gleichen Zeitkonstanten der RC-Glieder
92, 116 und 104, 108 erreicht. Hat demnach die Batterie 10 eine Spannung
von 30 Volt, so wird das Thyratron 110 am Zeitpunkt E in F i g. 2 leitend. Zu dieser
Zeit hat die Spannung des Kondensators 116 2800 Volt erreicht, so daß er nunmehr
über das Thyratron 110 und Zündkerze 118 in dem Augenblick entladen
wird, in dem die Gitterspannung 1000 Volt erreicht.
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Die beschriebene Anlage ermöglicht die Zuführung einer gleichmäßigen
Energie zur Zündkerze 118 unabhängig von der Spannung der Batterie
10, wie sich aus der F i g. 2 ergibt. Bei 14 Volt Batteriespannung erreicht
der Kondensator 116 2800 Volt zur gleichen Zeit, in der der Kondensator 108
1000 Volt erreicht hat, d. h. nach 0,4 Sekunden (vgl. F in F i g. 2).
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Durch die Verwendung von RC-Gliedern gleicher Zeitkonstante wird die
Entladung des Kondensators 116 über die Zündkerze 118 stets bei einer bestimmten
Spannung, im Beispiel 2800 Volt, erfolgen. Die beschriebene Anlage sichert also,
daß die an der Zündkerze 118 erscheinende Spannung stets den gleichen Wert zu der
Zeit erreicht, in der die Gitterspannung des Thyratrons 110 ausreicht, um das Zünden
zu veranlassen. Dann ergibt sich eine stets gleiche Entladung der Energie über die
Zündkerze, gleichgültig, welche Batteriespannung dem Zündkreis zugeleitet wird.
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Nachdem sich die Kondensatoren 108 und 116
über den Gitter-
bzw. Anodenkreis des Thyratrons 110 entladen haben, werden sie für eine zweite Zündung
erneut aufgeladen, und dies wiederholt sich so lange, wie der Zündschalter
12 geschlossen ist. Bei jeder Entladung des Kondensators 116 springt eia
Funken an der Zündkerze 118 über.