DE1203050B - Brennstoff-Beheizungsvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02c

Deutsche KL: 461-14

Nummer: 1203 050

Aktenzeichen: R 262681 a/46 f

Anmeldetag: 28. August 1959

Auslegetag: 14. Oktober 1965

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoff-Beheizungsvorrichtung für Gasturbinentriebwerke.

Um eine Eisbildung in den Brennstoffiltern u. dgl. zu verhindern, ist es üblich, den zuströmenden Brennstoff anzuwärmen. Es ist schon vorgeschlagen worden, den Brennstoff zu erhitzen, bevor er durch den Brennstoffhauptfilter fließt, indem er über einen Wärmeaustauscher geführt wird, welcher mit heißen, vom Triebwerk stammenden Gasen gespeist wird. Die Zufuhr der heißen Gase wurde hierbei durch ent- ίο sprechende Vorrichtungen geregelt. Die heißen Gase werden im allgemeinen als Heißluft vom Kompressor des Triebwerks abgezweigt und über ein Ventil zugeführt, welches in die völlig offene Stellung bewegt wird, wenn der Hauptfilter mit Eis verstopft ist, und geschlossen wird, wenn das Eis geschmolzen ist.

Derartige bekannte Vorschläge haben den Nachteil, daß beim Schmelzen des Eises Wasser aus dem Brennstoffhauptfilter frei wird und sich wieder als Eis in anderen Teilen der Brennstoffanlage, beispielsweise in den feinen Gazefiltern der Brennstoffregeleinrichtung, niederschlägt.

Um diesen Nachteil zu verhindern, wurde auch vorgeschlagen, den Brennstoff ständig über 0° C aufzuwärmen. Es wurde vorgeschlagen, dieses entweder durch öffnen oder Schließen des Heißluftregelventils fortschreitend mit der Änderung der Brennstofftemperatur durchzuführen. Dadurch entsteht ein weiterer Nachteil, welcher auf der zeitlichen Trägheit der Anlage und insbesondere der Brennstoffheizvorrichtung beruht. Die notwendige Zeitdauer zur Abtastung der Temperaturänderungen des Brennstoffs nach Empfang der Signale zum Schließen oder öffnen des Regelventils führt zu unnötig großen Änderungen der Brennstofftemperatur. Als Ergebnis hat man eine beachtliche Verschwendung von Heißluft und einen steigenden Brennstoffverbrauch des Triebwerks, wenn sich das Ventil in der Richtung bewegt, die einen Anstieg der Brennstofftemperatur hervorruft; oder man erhält eine unruhige Regelung, wenn man die Brenn-Stofftemperatur in einem engen Bereich zu halten versucht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer demgegenüber verbesserten Brennstoffbeheizungsvorrichtung, bei welcher ein Temperaturfühler die Brennstofftemperatur über eine Regeleinrichtung für die dem Brennstoff zugeführte Wärme innerhalb eines vorbestimmten Bereichs hält und somit eine gleichbleibende Regelung innerhalb eines engen Temperaturbereichs gestattet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Temperaturfühler beim Abweichen der Brennstoff-Isttempe-Brennstoff-Beheizungsvorrichtung

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby (Großbritannien);

Sud-Aviation, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt,
Hamburg-Harburg, Wilstorfer Str. 32

Als Erfinder benannt:

Jacques Charles Henri Joseph Lepers, Toulouse

(Frankreich);

Donald George Goodall,

Hucknall, Nottinghamshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. September 1958 (30 748)

ratur vom Sollwert Kontakte schließt, wodurch eine Zeitschalteinrichtung betätigt wird, die eine schrittweise Verstellung der Regeleinrichtung im erforderlichen, nämlich die Regelabweichung beseitigenden Sinn mit Verzögerung herbeiführt.

Die Heizvorrichtung kann aus einer elektrischen Heizung oder irgendeiner anderen üblichen Wärmequelle bestehen. Vorzugsweise besteht die Heizvorrichtung jedoch aus einem Wärmeaustauscher, welcher von der Maschine mit Heißluft versorgt wird.

Die Zeitschalteinrichtung kann aus einem Elektromotor bestehen, welcher Nocken zum Öffnen und Schließen von Kontakten betätigt, die die Arbeitsweise einer Regeleinrichtung, vorzugsweise eines Regelventils, steuern.

Bei dieser Arbeitsweise sind folgende Schritte zu unterscheiden:

a) öffnen oder Schließen des Regelventils um einen festgelegten Schritt in eine erste Stellung;

b) Halten des Regelventils in der festgelegten ersten Stellung, damit sich die Brennstofftemperatur stabilisieren kann;

c) Abtasten der neuen Brennstofftemperatur und öffnen oder Schließen des Regelventils um einen weiteren vorbestimmten Schritt in eine zweite Stellung, falls die Brennstofftemperatur noch nicht den gewünschten Wert erreicht hat;

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d) Wiederholung dieses Vorgangs mehrere Male, bis die Brennstofftemperatur eine bestimmte Höhe erreicht hat, wobei das Ventil in einer festgelegten Stellung verbleibt.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Beispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäßen Brennstoffheizvorrichtung,

F i g. 2 bis 5 verschiedene Arbeitsstellungen des elektromechanischen Regelkreises für die Brennstoffheizung,

F i g. 6 eine graphische Darstellung, in welcher die Bewegung des Ventils über der Zeit bei einem vollständigen Arbeitsgang aufgezeichnet ist.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Kompressor 11, welcher Druckluft in eine Brennkammer 12 führt; in dieser Kammer wird der von den Einspritzdüsen 13 zugeführte Brennstoff verbrannt. Die Verbrennungsgase treiben die Turbine 14 an, bevor sie über eine Rückstoßdüse in die Atmosphäre geleitet werden.

Der Brennstoff wird der Maschine 10 aus einem Vorratstank 16 zugeführt, aus welchem der Brennstoff durch eine Vorpumpe 17 abgezogen und über einen Wärmeaustauscher 18 und einen Hauptfilter 19 der Eingangsseite der Hauptpumpe 20 zugeführt wird.

Der unter hohem Druck stehende Brennstoff wird von der Hauptpumpe 20 über eine Zumeßvorrichrung 21, eine Absperrvorrichtung 22 und über eine Verteilerleitung 23 den an der Verteilerleitung 23 liegenden Brennern 13 zugeführt.

Der Wärmeaustauscher 18 wird mit Heißluft versorgt, die vom Kompressor 11 abgezweigt wird; diese Luft wird über eine Leitung 24 zugeleitet, welche mit einem Regelventil 25 ausgestattet ist.

Der Filter 19 ist mit der Eingangsseite der Hauptpumpe 20 über eine Leitung 26 verbunden, in welcher sich ein Temperaturfühler 27 befindet. Das Regelventil 25 wird von einem Elektromotor 28 betätigt und kann beispielsweise ein Schieberventil oder ein drehbares Klappenventil sein.

Der Temperaturfühler 27 ist so angeordnet, daß er mit zwei Kontaktsätzen 29 und 30 arbeitet, wobei die Kontakte 30 den Teil eines elektrischen Einstellkreises bilden.

Der Einstellkreis besteht aus einer Spannungsquelle 31, welche bei Betrieb des Kreises einen Verstellmotor 32 über ein elektrisches Relais 32 a unter Spannung setzt. Der Motor 32 kann ein Paar Nocken 33 und 34 drehen, von denen der Nocken 33 ein erstes Kontaktpaar 35 und der Nocken 34 ein zweites Kontaktpaar 36 schließen kann.

Mißt der Temperaturfühler 27 bei Betrieb der Brennstoffheizvorrichtung eine Brennstofftemperatur unterhalb eines festgelegten Werts, so schließt er die Kontakte 29. Dadurch kann elektrischer Strom von der Spannungsquelle 31 zum Elektromotor 28 fließen, welcher das Regelventil 25 in die ganz offene Stellung bewegt. Durch Öffnen des Ventils 25 wird dem Wärmeaustauscher 18 Heißluft über die Leitung 24 zugeführt. Die Kontakte 29 öffnen sich wieder, wenn die Brennstofftemperatur einen festgelegten Wert überschreitet.

Bei Erreichen eines vorher festgelegten Temperaturwerts, welcher oberhalb des Werts liegt, bei welchem sich die Kontakte 29 öffnen, werden die Kontakte 30 geschlossen. Der Einstellkreis befindet sich nun in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, in welcher die elektrische Spannung über die geschlossenen Kontakte 30 dem Verstellmotor 32 über das Relais 32 a zugeführt wird.

Der Verstellmotor 32 dreht nun die Nocken 33 und 34 in die in F i g. 3 gezeigte Stellung, in welcher die Kontakte 35 und 36 geschlossen sind und in welcher die elektrische Spannung über die Leitung 37 dem Elektromotor 28 (F i g. 1) zugeführt wird. Der durch den Nocken 34 gesteuerte Kontakt 36 bleibt etwa zwei Sekunden geschlossen (wobei angenommen wird, daß die gesamte Arbeitszeit des Ventils für den Schließvorgang etwa in der Größenordnung von zwei Minuten liegt); während dieser zwei Sekunden hat der Elektromotor 28 das Regelventil 25 um einen kleinen Betrag geschlossen, welcher den Heißluftzufluß zum Wärmeaustauscher 18 verringert.

Diese Stellung des Ventils wird etwa 8 bis 10 Sekunden beibehalten, was durch die Drehung des Nokkens 34 bestimmt wird. Während dieser Zeit hat sich die Brennstofftemperatur auf einen niedrigeren Wert gleichmäßig eingestellt. Die Stellung des elektrischen Einstellkreises während dieser Periode ist in F i g. 4 wiedergegeben. Wenn die Brennstofftemperatur gegen Ende dieser Periode in den vorbestimmten Bereich der Regeltemperatur fällt, so befindet sich der Stromkreis in der in F i g. 5 gezeigten Stellung, in welcher die Kontakte 30 geöffnet sind, wodurch sie die Stromzufuhr für den Verstellmotor 32 unterbrechen. Dieser Ablauf wird somit unterbrochen, wenn die gleichmäßig eingestellte Brennstofftemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Der Nocken 33 und die Kontakte 35 sorgen infolge der Verbindung zwischen der Batterie 31 und dem Motor 32 mit im Nebenschluß geschalteten Kontakten 30 dafür, daß der Motor ohne Rücksicht auf den genauen Unterbrechungsaugenblick der Kontakte stets in vorbestimmten Stellungen mit den Nocken 33, 34, d. h., wenn der Nocken 33 die Kontakte 35 und der Nocken 34 die Kontakte 36 öffnet, zum Stillstand kommt. Somit wird der Motor 32 durch das Unterbrechen der Kontakte 35 angehalten.

Wird gegen Ende des ersten Arbeitsablaufes, d. h., wenn die Kontakte 35 und 36 durch die entsprechenden Nocken unterbrochen sind, die festgelegte Regeltemperatur von der stabilisierten Brennstofftemperatur nicht erreicht, so bleiben die Kontakte 30 geschlossen, und der Verstellmotor 32 arbeitet weiter und wiederholt den Vorgang; hierdurch wird das Regelventil 25 um einen weiteren Schritt geschlossen und verringert somit den weiteren Durchfluß von Heißluft. Demzufolge wird die dem Wärmeaustauscher 18 zuströmende Heißluft auf einen Wert verringert, welcher gerade ausreicht, um die Brennstofftemperatur auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Wenn die Temperatur den eingestellten Wert überschreitet, so wird durch den Einstellkreis der Luftstrom schrittweise verringert; wenn die Temperatur unter den festgesetzten Wert fällt, wird der Luftstrom schnell vergrößert.

Wenn sich die Brennstofftemperatur oberhalb des festgelegten Werts stabilisiert, bei welchem der Temperaturfühler 27 die Kontakte 30 schließt, so wird bei vollständig geschlossenem Regelventil 25 das Relais 32a vom Temperaturfühler 27 betätigt und dadurch verhindert, daß Strom zum Verstellmotor 32 fließt.

In F i g. 6 sind die Schließbewegungen des Ventils über der Zeit aufgetragen.

Während der ersten zwei Sekunden wird das Ventil aus der ganz offenen Stellung »α« in eine Stellung »ö« verstellt, in welcher es um einen kleinen Schritt geschlossen ist. Das Ventil wird in dieser Stellung 18 bis 20 Sekunden gehalten, was durch die Linie »c« wiedergegeben wird. Ist ein zweiter Ablauf notwendig, so wird das Ventil von »c« nach »d« geschlossen und bei »d« für eine bestimmte Zeitdauer, die durch die Linie »e« wiedergegeben wird, gehalten. Dieser Vorgang wird solange wie notwendig fortgeführt.

An Stelle der beschriebenen Regelung der Schließbewegung des Regelventils 25 kann es erwünscht sein, das Öffnen des Regelventils 25 zu regeln. In diesem Fall werden die Kontakte 30 durch den Temperaturfühler 27 geschlossen, der eine Brennstofftemperatur unterhalb eines festgelegten Werts abtastet und dadurch eine schrittweise Öffnung des Regelventils 25 hervorruft; die Kontakte 29 werden von der Vorrichtung 27 geschlossen, wenn eine Brennstofftemperatur oberhalb eines festgelegten Werts abgetastet wird und so das Regelventil 25 geschlossen.

Bei einer weiteren wahlweisen Anordnung können sowohl die Öffnungs- und Schließbewegungen des Regelventils 25 von einem Zeitregelkreis oder von mehreren Kreisen geregelt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brennstoff-Beheizungsvorrichtung für Gasturbinentriebwerke, bei der ein Temperaturfühler die Brennstofftemperatur über eine Regeleinrichtung für die dem Brennstoff zugeführte Wärme innerhalb eines vorbestimmten Bereichs hält, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (27) beim Abweichen der Brennstoff-Isttemperatur vom Sollwert Kontakte (29 bzw. 30) schließt, wodurch eine Zeitschalteinrichtung (32 bis 36) betätigt wird, die eine schrittweise Verstellung der Regeleinrichtung (25, 28) im erforderlichen, nämlich die Regelabweichung beseitigenden Sinn mit Verzögerung herbeiführt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 321 658.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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