DE1244480B - Brennstoffregler fuer Gasturbinen-Triebwerk - Google Patents

Description

UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02c

Deutsche Kl.: 46 f-8/01

Nummer: 1244480

Aktenzeichen: U 48311 a/46 f

Anmeldetag: 11. Oktober 1957

Auslegetag: 13. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffregler für ein Gasturbinentriebwerk, dessen Brennstoffregelventil von der Drehzahl und dem Austrittsdruck des Verdichters beeinflußt wird und mit einer handbetätigten Vorrichtung zum Vorwählen der Triebwerkdrehzahl.

Es sind Brennstoffregler für ein Gasturbinentriebwerk bekannt, bei denen die Brennstoffmenge in Abhängigkeit von Drehzahl und Verdichtungsdruck einerseits sowie von Drehzahl und Verdichteransaugtemperatur andererseits verändert wird, wobei Drehzahl und Ansaugtemperatur den Querschnitt des Brennstoffregelventils auf einen Höchstwert begrenzen. Bei dieser bekannten Regelung wirken die Flugbedingungen ebenfalls auf die Konstantregelung des Triebwerks, aber nur indirekt auf die Verstellung durch die Bedienung, so daß die Gefahr besteht, daß bei extremen Flugbedingungen, z. B. hoher Fluggeschwindigkeit in Bodennähe und damit hohem statischem und Staudruck am Verdichter eintritt, der Verstellbereich durch die Gesamtbegrenzung der Handbetätigung eingeschränkt wird, d. h., die Regelung vermindert die Grenzwerte des Bedienungsbereichs.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen derartigen Brennstoffregler so auszubilden, daß unabhängig von der drehzahl- und wirkungsgradabhängigen Konstantregelung des Verdichters die Wirkung der von Hand vorgenommenen Drehzahlverstellung nicht von den Flugbedingungen abhängig ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf das Verbindungsgestänge zwischen dem Handhebel und der Stellfeder des Drehzahlreglers über eine z.B. als evakuierter Balg ausgebildete Betätigungseinrichtung und eine Servoeinrichtung eine in Abhängigkeit vom Verdichtereintrittsdruck stehende Verstelleinrichtung eingreift.

Es wird also gemäß der Erfindung die Handverstellung durch eine vom Eintrittsdruck abhängige Verstellung überlagert.

In vorteilhafter Weise kann in das zum Anschlag einer Vorrichtung zur Begrenzung der Öffnung des Brennstoifregelventils führende Verbindungsgestänge eine mittels eines evakuierten Balgs und einer Servoeinrichtung in Abhängigkeit vom Verdichtereintrittsdruck, mittels eines Fliehkraftreglers in Abhängigkeit der Verdichterdrehzahl und mittels eines weiteren evakuierten Balgs in Abhängigkeit von der Verdichiereintrittstemperatur stehende Verstelleinrichtung eingreifen, wobei der die Verdichtereintrittstemperatur messende Balg der Begrenzungsvorrichtung über Brennstoffregler für Gasturbinen-Triebwerk

Anmelder:

United Aircraft Corporation,

East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Bruce Norris Toreil, Wethersfield, Conn.

(V. St. A.)

Anschlag

ao ein Gestänge auf einen zweiten
wirkt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Brennstoffregier eines Gasturbinentriebwerks nach der Erfindung.

Das Gasturbinentriebwerk 10 enthält im wesentlichen einen Einlaß 12, einen Verdichter 14, Brennkammern 16 mit Brennern 18, eine Turbine 20 und eine Ausströmdüse 22. Der Verdichter 14 ist mit der Turbine 20, von der er angetrieben wird, über eine Welle 24 verbunden. Der Verdichter kann in bekannter Weise geteilt sein, wobei eine Gruppe Verdichterstufen von einer oder mehreren Turbinenstufen und die übrigen Verdichterstufen von einer oder mehreren übrigen Turbinenstufen getrieben werden. Darstellungsgemäß treibt jede Stufe der Turbine 20 eine getrennte Gruppe Verdichterstufen.
Brennstoff wird an das Triebwerk durch die von diesem getriebene Pumpe 26 aus einem nicht dargestellten Behälter geliefert. Der Brennstoff wird durch die Rohrleitung 28 zum Brennstoffregler 30 gepumpt, der ein Zumeßventil 32 enthält, das den Brennstoffdurchfluß zum Triebwerk gemäß den Triebwerkanforderungen regelt. Der Brennstoff in der Rohrleitung 28 tritt in eine ringförmige Kammer 34 in dem Regler ein und fließt durch einen oder mehrere Schlitze 36 in der festen Büchse 38 und dann durch einen oder mehrere Schlitze 40 im beweglichen Schieber 42 in die Kammer 44 innerhalb des Schiebers. Ein Paar rechteckige Schlitze 46 und 48 messen die Brennstoffzuflußmenge dem Triebwerk zu, wobei

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sich der Schlitz 46 im Schieber 42 und der Schlitz 48 einen festen Zapfen 118; dadurch wird der Abstand

in der Büchse 38 befinden. Relative Rotations- und der Kappe 120 von der Öffnung 122 und damit die

Translationsbewegung des Schlitzes 46 mit Bezug auf wirksame Größe der Öffnung zu dem unten erläuter-

den Schlitz 48 ändert die Zumeßfläche und regelt so- ten Zweck geändert.

mit die Brennstoffdurchflußmenge von der Kammer 5 Ein am Hebel 116 befestigter Arm 124 endigt in

44 zur Ringkammer 50 und zur Rohrleitung 52, die einem Widerlager 126 einer Feder 128, die zwischen

mit der das Triebwerk umgebenden Sammelleitung dem Widerlager und einem Kolben 130 in der Boh-

54 verbunden ist Der Brennstoff wird von der Sam- rung 132 liegt An einer Verlängerung 134 des KoI-

melleitung 54 an jeden Brenner über Düsen 56 ver- bens befindet sich eine Zahnstange 136, mit der ein

teilt, von denen nur eine dargestellt ist. io Ritzel 138 auf der Verlängerung der Welle 84 kämmt.

Um die Brennstoffzuflußmenge zum Triebwerk in Bei Bewegung des Kolbens erfolgt eine Drehung der direkter Weise so zu regeln, wie die wirksame Fläche Welle und der Nockenwalze 86. Eine Kupplung 140 der Zumeßschlitze 46 und 48 variiert wird, wird der ermöglicht Drehung der Verlängerung der Stange 84 Druckabfall am Zumeßventil 32 konstant gehalten. und der Nockenwalze 86 gegenüber dem Leistungs-In der Kammer 58 befindet sich ein Kolben 60; eine 15 wählhebel 82 und der Stange 84. Strömungsmittel von Leitung 62 verbindet ein Ende der Kammer mit der einer Quelle, wie etwa von der Rohrleitung 28, wird Einlaßleitung 28, so daß eine Seite des Kolbens vom durch eine Leitung 142, in der sich eine Verengung Einlaßdrack des Zumeßventils beaufschlagt wird; die 144 befindet, zu der vom Kolben 130 und der Boh-Leitung 64 verbindet das entgegengesetzte Ende der rung 132 gebildeten Kammer 146 geliefert. Eine Lei-Kammer mit dem Ringraum 50 und der Ausström- 20 tung 148 führt von der Kammer zur Öffnung 122, Es leitung 52, so daß das andere Kolbenende vom Aus- ist leicht erkennbar, daß sich der Strömungsmittelströmdruck des Zumeßventils beaufschlagt wird. Eine druck in der Kammer 146 erhöht und sich der Kolben Feder 66 unterstützt den Druck der Leitung 64 auf 130 nach oben bewegt und den Kurvenkörper 86 den Kolben 60. Dieser hält den Druckabfall am Zu- dreht, wenn die Kappe 120 die Fläche des Schlitzes meßventil dadurch konstant, daß er die Brennstoff- 25 122 infolge Änderung des Verdichtereintrittsdrucks menge reguliert, die von der Leitung 28 durch die vermindert. Die wirksame Größe der die Öffnung 122 Leitung 68 zum Einlaß der Pumpe 26 umgeleitet wird. vergrößernden Bewegung der Kappe 120 ergibt eine

Die Durchflußfläche der Zumeßschlitze im Ventil Senkung des Strömungsmitteldrucks in der Kammer 32 wird durch Translations- und Rotationsbewegung 146 und eine Abwärtsbewegung des Kolbens 130, so des Schiebers 42 geändert. Die Translationsbewegung 30 daß sich die Nockenwalze 86 in entgegengesetzter des Schiebers steht mit der Drehzahl des Verdichters Richtung dreht. Durch geeignete Formgebung der 14 in Beziehung. Ein Zahnrad 70 auf der Welle 24 Nockenwalze 86 kann dieser Einfluß des Verdichtertreibt eine Getriebewelle 72, die mit einer Platte 24 eintrittsdrucks auf bestimmte Drehzahl- und verbunden ist, auf der sich Reglerschwunggewichte Leistungsbereiche des Triebwerks begrenzt werden. 76 befinden. Die Schwunggewichte greifen an einem 35 Die Rotationsbewegung des Zumeßveniilschiebers Gegenlager 78 auf der Spindel 80 des Schiebers 42 42 steht in Beziehung zum Verdichteraustrittsdruck, an; die Bewegung der Schwunggewichte ergibt als Ein Fühler 150 für statischen Druck befindet sich im Funktion der Verdichterdrehzahl eine Translations- Triebwerk 10 am Ausströmende des Verdichters 14 bewegung des Schiebers, welche die wirksame Fläche und ist durch eine Leitung 152 mit einer Kammer der Zumeßschlitze 46 und 48 variiert. 40 154 verbunden, in der ein evakuierter Balg 156 an-

Die Bedienungsperson des Triebwerks bewirkt die- geordnet ist. Ausdehnung und Zusammenziehung des ses dadurch, daß sie die Sollage der Reglerschwung- Balgs ändert durch den Hebel 158 die wirksame gewichte durch den Leistungswählhebel 82 einstellt, Größe der Öffnung 160, die einen Teil eines Stellder mit einer Stange 84 verbunden ist, auf deren motors bildet, der dem oben beschriebenen Stell-Verlängerung eine Nockenwalze 86 angeordnet ist. 45 motor zur Drehung der Nockenwalze 86 als Funktion Das Abtastorgan 88 am Hebel 90 ist mit der Ober- des Verdichtereintrittsdrucks entspricht. Der Stellfläche der Nockenwalze 86 in Berührung; die Be- motor dreht den Schieber 42 mit Hilfe der Zahnwegung des Leistungswählhebels 82 ergibt eine Tans- stange 162 und des auf einer Schieberspindel 166 an-Iationsbewegung der Nockenwalze 86 und dadurch gebrachten Ritzel 164, wodurch die wirksame Fläche eine Rotationsbewegung des Hebels 90 um seinen 50 der Zumeßschlitze 46 und 48 als Funktion des Verfesten Zapfen 92, wodurch die Belastung an der Fe- dichteraustrittsdrucks geändert wird,
der 94 verstellt und dadurch die Sollage der Schwung- Durch den Leistungswählhebel 82 werden gleichgewichte eingestellt wird. mäßige Betriebsbedingungen für das Triebwerk ein-

Die Wahl der Drehzahl wird in Anhängigkeit vom gestellt. Drehzahlsteigerung des Triebwerks ergibt Verdichtereintrittsdruck dadurch geändert, daß die 55 eine Aufwärtsbewegung des Zumeßventilschiebers 42, Nockenwalze 86 durch einen Stellmotor gedreht wird, wodurch die wirksame Fläche der Zumeßschlitze 46 der die vom Leistungswählhebel hergestellte Be- und 48 verkleinert wird. Dies vermindert den Brennlastung der Feder 94 ändert. Ein Fühler 96 für stati- stoffzufluß zum Triebwerk, wodurch die Triebwerkschen Druck befindet sich in dem Triebwerk 10 nahe drehzahl so weit vermindert wird, daß der Gleicham Einlaß des Verdichters 14 und ist durch eine 60 gewichtszustand wiederhergestellt wird. Sinkende Leitung 98 mit der Kammer 110 verbunden, in der Triebwerksdrehzahl verursacht dagegen eine Vergrößeein evakuierter Balg 112 angeordnet ist. Ein Ende rung der Schlitzfläche und dadurch eine Wiederherdes Balgs ist an einer Wandung der Kammer be- stellung des Gleichgewichtszustands. Anschläge 168 festigt, während das andere frei bewegliche Ende mit und 170 begrenzen die Drehzahl des Triebwerks einer Spindel 114 versehen ist, die mit dem Hebel 65 durch Begrenzung der Bewegung des Schiebers 42 in 116 verbunden ist. Ausdehnung und Zusammenzie- Richtung der Brennstoffzunahme. Der eine oder anhung des Balgs in Abhängigkeit von Änderungen des dere dieser Anschläge kommt in Eingriff mit einem Verdichterseintrittsdrucks drehen den Hebel 116 um Widerlager 172 auf der Spindel 166.

Claims (2)

Der Temperaturfühler 174 ist nahe am Einlaß des Verdichters 14 angeordnet und mit einem temperaturempfindlichen Balg 176 verbunden. Das freie Ende des Balgs ist mit einer Welle 178 verbunden, auf der eine Nockenwalze 180 angeordnet ist, wobei Ausdehnung und Zusammenziehung des Balgs bei Änderungen der Verdichtereintrittstemperatur die Nockenwalze parallel verschiebt. Die Nockenwalze 180 wird als Funktion der Verdichterdrehzahl gedreht. Die vom Triebwerk angetriebene Welle 72 ist durch eine Welle 182 mit einer Platte 184 verbunden, auf der Reglerschwunggewichte 186 angeordnet sind. Diese greifen an einem Widerlager 188 an der Stange 190 an, die mit einem Hebel 192 verbunden ist. Der Hebel dreht sich um den festen Zapfen 194 in Abhängigkeit von Änderungen der Verdichterdrehzahl, wodurch die wirksame Größe der Öffnung 196 geändert wird, die ein Teil eines Stellmotors ist, der dem oben beschriebenen Stellmotor zum Drehen der Nockenwalze 86 entspricht. Der Stellmotor dreht die Welle 178 und die Nockenwalze 180 mit Hilfe einer Zahnstange 198 und eines Ritzels 210. Ein Abtastorgan 212 an einem Hebel 214 ist mit der Oberfläche der Nockenwalze 180 in Berührung; Rotations- und Translationsbewegung der Nockenwalze dreht den Hebel um einen Zapfen 216, wodurch die Stange 218 sowie die darauf angeordnete Nockenwalze 220 parallel verschoben wird. Diese Nockenwalze 220, die als Funktion der Verdichtereintrittstemperatur und der Verdichterdrehzahl parallel verschoben wird, wird als Funktion des Verdichtereintrittsdrucks gedreht. Der Fühler 96 für statischen Druck ist über Leitungen 98 und 222 mit einer Kammer 224 verbunden, in der ein evakuierter Balg 226 angeordnet ist. Dieser wirkt über einen Stellmotor, der dem oben beschriebenen Stellmotor zum Drehen der Nockenwalze 86 entspricht. Ein Abtastorgan 228 ist in Berührung mit der Oberfläche der Nockenwalze 220 und befindet sich am einen Ende eines Hebels 230, an dessen anderem Ende der Anschlag 168 angebracht ist. Translationsbewegung der Nockenwalze 220 als Funktion der Verdichtereintrittstemperatur und der Verdichterdrehzahl oder Rotationsbewegung der Nockenwalze als Funktion des Verdichtereintrittsdrucks dreht den Hebel 230 um einen Zapfen 232, wodurch der Anschlag 168, der die maximale Öffnung des Zumeßventils 32 begrenzt, verstellt wird. Der Anschlag 170 wirkt als Begrenzer in Abhän- so gigkeit von der Verdichtereintrittstemperatur. Die Stange 234 ist an einem Ende mit der Welle 178 verbunden, die mit dem auf die Verdichtereintrittstemperatur ansprechenden Balg 176 verbunden ist. Die Stange 234 ist an ihrem entgegengesetzten Ende mit einer Kurbel 236 verbunden, an der sich auch der Anschlag 170 befindet. Translationsbewegung der Welle 178 und der Stange 234 bei Änderungen der Verdichtereintrittstemperatur dreht die Kurbel 236 um einen Zapfen 238, wodurch der Anschlag 170, der die Maximalöffnung des Zumeßventils 32 begrenzt, eingestellt wird. Zur Überwindung der Reibung und Trägheit, also zur Erzielung einer leistungsfähigeren Arbeitsweise des Stellmotors, kann auf jeden Stellmotor eine Federvorbelastung ausgeübt werden. Eine solche Federvorbelastung ist in Verbindung mit dem auf den Verdichtereintrittsdruck ansprechenden Stellmotor zum Drehen der Nockenscheibe 86 dargestellt. Bei sehr kleinen Verdichtereintrittsdrücken ist der Unterschied zwischen dem Druck in der Kammer 110 und dem Druck im evakuierten Balg 112 klein und deshalb die Kraft zum Drehen des Hebels 116 sehr gering. Die Vorspannfeder 240, die zwischen dem Hebel und der festen Platte 242 liegt, vergrößert diese Kraft und sucht die Kappe 120 in Schließrichtung der Öffnung 122 zu bewegen. Dies erhöht den Druck in der Kammer 146 und — wenn das Gleichgewicht im Stellmotor wiederhergestellt ist — ist die Belastung an der Feder 128 größer als die beim Fehlen der Vorspannfeder 240 sein würde. Dies gewährleistet unter allen Betriebsbedingungen eine verhältnismäßig große Kraft zum Bewegen des Kolbens 130 und zum Drehen der Nockenwalze 86. Patentansprüche:

1. Brennstoffregler für ein Gasturbinentriebwerk, dessen Brennstoffregelventil von der Drehzahl und dem Austrittsdruck des Verdichters beeinflußt wird und mit einer handbetätigten Vorrichtung zum Vorwählen der Triebwerksdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Verbindungsgestänge (84,140,90) zwischen dem Handhebel (82) und der Stellfeder (94) des Drehzahlreglers (74, 76, 78) über eine z. B. als evakuierter Balg ausgebildete Betätigungseinrichtung (112) und eine Servoeinrichtung eine in Abhängigkeit vom Verdichtereintrittsdruck stehende Verstelleinrichtung (130, 136, 138, 86, 88) eingreift.

2. Brennstoffregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das zum Anschlag (168) einer Vorrichtung zur Begrenzung der Öffnung des Brennstoffregelventils führende Verbindungsgestänge (214, 218, 230) eine mittels eines evakuierten Balgs (226) und einer Servoeinrichtung in Abhängigkeit vom Verdichtereintrittsdruck, mittels eines Fliehkraftreglers (186) in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl und mittels eines weiteren evakuierten Balgs (176) in Abhängigkeit von der Verdichtereintrittstemperatur stehende Verstelleinrichtung (220, 228) eingreift und daß der Verdichtereintrittstemperatur messende Balg (176) der Begrenzungsvorrichtung über ein Gestänge (234,236) auf einen zweiten Anschlag (170) einwirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1140 459,
126 955, 922 396;
britische Patentschrift Nr. 751 003;
USA.-PatentschriftNr. 2 802 335.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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