DE1185862B - Elektronische Zuendanlage fuer Gasturbinen - Google Patents

Elektronische Zuendanlage fuer Gasturbinen

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DE1185862B
DE1185862B DEG27819A DEG0027819A DE1185862B DE 1185862 B DE1185862 B DE 1185862B DE G27819 A DEG27819 A DE G27819A DE G0027819 A DEG0027819 A DE G0027819A DE 1185862 B DE1185862 B DE 1185862B
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DE
Germany
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voltage
capacitor
thyratron
transformer
ignition system
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Pending
Application number
DEG27819A
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English (en)
Inventor
Brooks Harmon Short
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Motors Liquidation Co
Original Assignee
Motors Liquidation Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/001Ignition installations adapted to specific engine types
    • F02P15/003Layout of ignition circuits for gas turbine plants
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Elektronische Zündanlage für Gasturbinen mit einem durch gleichgerichteten Wechselstrom aufladbaren Kondensator, der über eine Gleitfunkenzündkerze (Zündeinrichtung vom Oberflächenentladungstyp) entladen wird, dadurch gekennzeichnet, 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 (92, 116 und l04. 108) gleicher Zeitkonstante liegt, das von einer gemeinsamen Wechselspannung versorgt wird.
  2. 2. Elektronische Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied des Thyratrons (1l.0) über einen Gleichrichter (102) mit einer Transformatorwicklung (96) verbunden ist, die induktiv mit der Sekundärwicklung (54) des Transformators (52) gekuppelt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 658 615, 951584, 898 529; französische Patentschrift Nr. 110-1453; USA.-Patentschrift Nr. 2 552 989.
DEG27819A 1958-09-12 1959-08-28 Elektronische Zuendanlage fuer Gasturbinen Pending DE1185862B (de)

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