-
Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung betrifft
eine Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke, deren Brennstoffregelventil
mittels einer Vorrichtung durch einen vom Verdichterenddruck abgeleiteten Steuerluftdruck
betätigt wird, der mittels eines Drehzahlreglers bei Oberschreiten einer vorbestimmten
Triebwerksdrehzahl durch Absteuern zu einer Stelle niedrigeren Drucks abgesenkt
wird, um das Regelventil in Schließrichtung zu bewegen.
-
Brennstoffregelanlagen dieser Art zeichnen sich durch einfachen Aufbau
und hohe Betriebssicherheit aus, da bei ihnen keine Einrichtungen zur Umwandlung
von pneumatischen in hydraulische Steuerdrücke erforderlich sind und der Verdichterenddruck
bereits eine Funktion mehrerer Triebwerkskenngrößen, z. B. der Drehzahl und des
Umgebungsluftdrucks, darstellt.
-
Die bekannten Brennstoffregelanlagen der eingangs angegebenen Art
haben jedoch den Nachteil, daß kein kleinerer Brennstoffzufluß eingestellt werden
kann als der, der sich bei Absenkung des Steuerluftdrucks auf den Umgebungsluftdruck
ergibt. Dies ist besonders dann von Nachteil, wenn das Triebwerk einen Beharrungszustand
einnehmen kann, bei dem der erforderliche Brennstoffzufluß kleiner ist als die Brennstoffzufuhr,
die nötie, ist. um bei vollständig abgesenktem Steuerluftdruck eine Beschleunigung
des Triebwerks hervorzurufen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Erzielung
einer bestimmten Änderung der Brennstoffzufuhr sowohl im Beharrungszustand als auch
bei Beschleunigungen ein und dieselbe Anderunc, des Steuerdrucks erforderlich ist;
man kann aus diesem Grund die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Regelung im Beharrungszustand
nicht so hoch treiben, wie es an sich möglich und erwünscht wäre.
-
Die Erfindung geht deshalb von der Aufgabe aus, eine Brennstoffregelanlage
der eingangs angegebenen Art in der Weise zu verbessern, daß die Empfindlichkeit
im Beharrungszustand größer ist als bei Beschleunigungen und die Möglichkeit gegeben
ist, im Beharb CI rungszustand die Brennstoffzufuhr unter die minimale Beschleunigungs-Brennstoffzufuhr
abzusenken.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt nach der Erfindung mit einer
Brennstoffregelanlage der eingangs angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß mit dem auf den Steuerluftdruck ansprechenden Teil der Betätigungsvorrichtung
ein auf einen zweiten Steuerluftdruck ansprechender Teil mit kleinerer Wirkfläche
und entgegengesetzter Wirkrichtung verbunden ist und daß der gegen eine Feder zur
Erzeugung des Steuerluftdrucks auf ein erstes Ab-
flußsteuerventil einwirkende
Drehzahlregier zusätzlich gegen eine schwächere Feder zur Erzeugung eines zweiten
Steuerluftdrucks auf ein zweites Abflußsteuerventil einwirkt, das auf Grund der
Bemessung dieser Feder im Beharrungszustand des Triebwerks voll geöffnet ist und
bei dessen Beschleunigung bis zu einer vorgegebenen Drehzahl, bei der eine zusätzliche
Beschleunigung ungefährlich ist, geschlossen bleibt.
-
Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffregelanlage wird somit beim Einleiten
eines Beschleunigungsvorgangs die Ansprechempfindlichkeit infolge des Wirksamwerdens
des auf den zweiten Steuerluftdruck ansprechenden Teils herabgesetzt; man kann deshalb
die Ansprechempfindlichkeit im Beharrungszustand entsprechend höher wählen. Außerdem
wird, sobald das Triebwerk eine genügend hohe Drehzahl erreicht hat, die Ansprechempfindlichkeit
wieder auf den dem Beharrungszustand entsprechenden hohen Wert heraufgesetzt, so
daß in diesem Bereich, wo ein Pumpen des Triebwerksverdichters nicht mehr zu befürchten
ist, eine erhöhte Beschleunigung erfolgt. Die erfindungsgemäße Brennstoffregelanlage
ermöglicht also eine bessere Anpassung an die Pumpgrenzkurve. DarÜber hinaus besteht
wegen der entgegengesetzten Wirkrichtungen der beiden auf die Steuerluftdrücke ansprechenden
Teile die Möglichkeit, die Brennstoffzufuhr auf einen Wert zu verringern, der kleiner
ist als der für eine Beschleunigung oder zum Starten minimal erforderliche Wert.
Die
Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben,
die in den Zeichnungen dargestellt sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird ein
Triebwerk mit getrennt von der Verdichterantriebsturbine laufender Nutzleistungsturbine
verwendet. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei anderen Arten von Gasturbinentriebwerken
verwendet werden. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffregelanlage
nach der Erfindung für ein Gasturbinentriebwerk, F i g. 2 eine schematische
Schnittdarstellung einer Brennstoffregelanlage nach der Erfindung, F i g.
3 eine erste graphische Darstellung mit Betriebskennlinien nach der Erfindung,
F i g. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform
eines Teils der in F i 2. 2 dar2estellten Brennstoffreaelanlage und F i
g. 5 eine zweite graphische Darstellung mit weiteren Betriebskennlinien nach
der Erfindung.
-
In der F i g. 1 ist eine Brennstoffregelanlage an einem Gasturbinentriebwerk
mit freier Nutzleistungsturbine dargestellt. Das Gasturbinentriebwerk
10 enthält einen Kompressor 12, eine erste Turbine 14 und eine Antriebswelle
16, die den Kompressor mit der Turbine verbindet. Es ist eine Mehrzahl von
Brennkammern 18 vorgesehen, die über einen gemeinsamen Brennstoffverteiler
20 und durch einzelne Brennstoffleitungen 22 und Düsen 24 mit Brennstoff versorgt
werden. Zum Triebwerk gehört eine zweite Turbine 26, welche in seinem Schwanzrohr
angeordnet und über eine Antriebswelle 28 mit der Leistung verbrauchenden
Einrichtung 30 verbunden ist, welche irgendeine anzutreibende Vorrichtung
sein kann. Es ist ein Hauptbrennstoffregler 32 vorgesehen, der die Zufuhr
von Brennstoff aus dem Tank 34 durch Leitun-C gen 36 und 38 zum Brennstoffverteiler
20 regelt. In der Leitun 'g 36 ist die Förderpumpe 40 angeordnet, die den
Brennstoff zum Hauptregler 32 drückt. Durch die Leituna 42 wird überschüssiger
Brennstoff vom Hauptregler32 zum Einlaß der Pumpe40 zurückgeführt. Die Arbeit des
Hauptbrennstoffreglers 32
wird von einem durch den Kompressor erzeugten Druck
beeinflußt, welcher vom Druckfühler 44 wahrgenommen und durch die Leitung 46 übertragen
wird. Sie wird ferner beeinflußt von der Drehzahl der ersten Turbine 14, die über
das Kegelradgetriebe 48, die Welle 50, das Kegelradgetriebe 52 und
die Welle 54 übertragen wird, von der Drehzahl der zweiten Turbine 26, die
durch die Kegelräder 56, die Welle 58,
die Kegelräder 60 und
die Welle 62 übertragen wird, von der Stellung des Gashebels 64, übertragen
durch die Stange 66, von der Stellung des Drehzahlhebels 68, übertragen
durch die Stange 70, und von der Temperatur der Außenluft, die über die durchlöcherte
Kappe 72 Zutritt hat. Die durchlöcherte Kappe 72
kann ohne weiteres
vom Hauptregler 32 abgetrennt und räumlich entfernt von der Maschine
10 an irgendeinem Punkt angeordnet werden, wo sich die Temperatur der umgebenden
Luft am besten wahnehmen läßt.
-
In der F i g. 2 ist der Hauptregler ausführlicher dargestellt.
Der Regler setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen, von denen der erste eine auf
pneumatischen Druck ansprechende Brennstoffregeleinrichtung 80, der zweite
eine erste drehzahlabhängige Vorrichtung 82 und der dritte eine zweite drehzahlabhängige
Vorrichtung 84 ist. In die druckabhängige Brennstoffregeleinrichtung 80 wird
unter hohem Druck P, stehender Brennstoff über eine Leitung 36 eingeführt.
Im Gehäuse 86 der Regeleinrichtung 80 befinden sich eine erste und
eine zweite Flüssigkeitskammer 88
bzw. 90, zwischen denen eine Drosselöffnung
92 liegt. Ein axialverschiebbares Durchflußregelventil 94 wirkt mit der Drosselöffnung
92 zusammen, wobei der wirksame Durchflußquerschnitt von der axialen Stellung
des Reglerventils 94 abhängt. Der über die Einlaßleitung 36 zugeführte Brennstoff
wird dadurch dosiert, daß er durch die veränderliche öffnung hindurchtritt, welche
von der Drosselöffnung 92 und dem Regelventil 94 gebildet wird, und in die
Kammer 90 gelangt, von wo aus der Brennstoff in die mit dem Brennstoffverteiler
20 verbindende Leitung 38 eintritt. überschüssi-er Brennstoff wird über die
Leitun-C Im
42 und ein übliches Rückflußventil 96 zur Einlaßseite der
Förderpumpe 40 zurückgeführt. Durch das Rückflußventil 96 wird am Regelventil
ein konstanter Druckabfall dadurch aufrechterhalten, daß in bekannter Weise wechselnde
Mengen des Brennstoffs zur Pumpeneinlaßseite zurückgeführt werden. Das Gehäuse
86 der Regeleinrichtung 80 hat ferner eine große Innenkammer
100, die durch einen nach innen vorspringenden Ringflansch 102 in einen unteren
und einen oberen Abschnitt unterteilt ist. Der obere Ab-
schnitt der Kammer
100 enthält einen evakuierten und abgedichteten Balg 104, der am oberen Ende
der Kammer befestigt ist und eine Feder 106 umhüllt. Ein zweiter Balg
108 befindet sich im unteren Ab-
schnitt der Kammer 100 und
ist an einem Ende mit dem Ringflansch 102 verbunden, von wo aus er sich nach unten
erstreckt und eine bewegbare Wand zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt
der Kammer 100 schafft. Die bewegbaren Enden der Balge 104 und
108 sind mittels einer Stange 110 verbunden, auf welcher ein Halter
112 angeordnet ist. Eine Hebelverbindung 11.4 ist an einem Ende mit dem Halter 112
und am anderen mit dem Regelventil 94 so verbunden, daß die Axialbewegung der Stange
110 auf das Regelventil übertragen wird, ohne daß Brennstoff oder Luft zwischen
den Kammern 88 und 100 übertreten kann. Eine erste Membran
116 ist an ihrer Außenkante am Gehäuse 86 befestigt und in ihrer Mitte
mit der Stange 110 verbunden, so daß sie mit dem Balg 108 zusammen
eine Kammer 118 bildet. Die Membran 116 ist so bemessen, daß sie eine
größere Wirkfläche als der Balg 108 aufweist. Eine zweite Membran 120 ist
mit ihrer Außenkante ebenfalls am Gehäuse 86 und mit ihrer Mitte an der Stange
110 befestigt, wodurch die Kammern 122 und 124 gebildet werden. Die Membran
120 weist eine U 0 ößere Wirkfläche als die Membran 116 auf. Der vom Kompressor
12 erzeugte Luftdruck wird durch eine Leitung 46 und eine Drosselstelle
130 übertra-C'en Z, , die von einem nach innen springenden Ringflansch
des Gehäuses 86 und einem Ventil 132 gebildet wird. Das Ventil
132 weist einen tellerartigen Flansch 134 auf, an dessen unterer Fläche eine
Feder 136 anliegt, die das Ventil nach oben zu bewegen sucht. Der Flansch
134 liegt an seiner Oberseite an den temperaturempfindlichen Scheiben
138 an, so daß er axial in Abhängigkeit von der Ausdehnung und Zusammenziehung
dieser Scheiben verstellt wird. Die temperaturempfindlichen Scheiben 138
sind in unmittelbarer Nachbarschaft der durchlöcherten Kappe 72 angebracht,
so daß sie mit der umgebenden Luft in Berührung sind und daher auf die Temperatur
der
umgebenden Luft ansprechen. Die Luft, welche durch die vom Ventil 132 und
von der Drosselstelle 130 gebildete veränderbare Öffnung hindurchtritt, wird
in die Kammer 140 geleitet. In der Wand des Gehäuses 86 befindet sich eine
feste Abflußdrossel 142, die mit der Kammer 140 in Verbindung steht; der Fluß einer
Mindestmenge Luft durch das Ventil 132 wird dadurch gewährleistet, daß dauernd
eine kleine Luftmenge durch die Drossel 142 an die At-C mosphäre abgegeben wird.
Der ununterbrochene Fluß von Luft durch die Drosselstelle 130 verursacht
einen Druckunterschied an dieser Drosselstelle, welcher sich mit der Stellung des
Ventils 132 so verändert, daß der Luftdruck in der Kammer 140 eine zusammengesetzte
Funktion des vom Kompressor erzeugten Luftdrucks in der Leitung 46 und der Stellung
des Ventils 132 ist. Die in der Kammer 140 enthaltene Luft unterliegt daher
dem vom Kompressor 12 erzeugten Luftdruck, der mittels des Ventils 132
durch
die Temperatur der Umgebungsluft abgewandelt wird. Die an die Kammer 140 anschließende
Leitung 144 leitet die Luft in drei Zweigleitungen 146, 148 und 150, die
zu den Kammern 124, 122 und 116
führen. Drosselstellen 152, 154 und
156 sind in den entsprechenden Leitungen 146, 148 und 150 vorgesehen,
wodurch der hindurchgehende Luftstrom beschränkt wird. Die Drosselvorrichtung
156 ist mit einem Gewinde in dem Gehäuse 86 befestigt, aus dem ein
Teil herausgeführt ist, so daß die Drosselvorrichtung von Hand eingestellt werden
kann. Eine weitere, nicht veränderbare Drosselöffnung 158 im Gehäuse
86 stellt eine Verbindung zwischen dem oberen Abschnitt der Kammer
100 und der Atmosphäre her.
-
Die erste drehzahlabhängige Vorrichtung 82 ist in einem Gehäuse
160 enthalten und enthält ein Paar drehzahlabhängiger Fliehgewichte
162, die schwenkbar auf einer Drehplatte 164 angeordnet sind, die über ein
außenliegendes Zahnrad 166 gedreht wird, welches mit der in F i
g. 1 dargestellten Antriebswelle 54 verbunden ist. Die drehzahlabhängige
Vorrichtung 82 enthält ferner einen ersten und einen zweiten Schwenkhebel
168 und 170, welche an einem zwischen ihren Enden gelegenen Punkt
schwenkbar am Gehäuse 160 befestigt sind. Das linke Ende des Hebels
170 ist mit einem Ansatz 172 versehen, welcher die von den Fliehgewichten
162 erzeugte Kraft aufnimmt. Das rechte Ende des Hebels 170 steht
mit einem Halbkugelventil 174 in Berührung, welches zum Ablaß veränderlicher Luftmenaen
aus einer Leitung 176 dient. Der Hebel 168 ist mit dem Hebel
170
durch den Ansatz 178 verbunden, welcher ein geringes Bewegungsspiel
zwischen beiden Hebeln ermöglicht. Zwischen den Hebeln 168 und
170 ist eine Druckfeder 180 angeordnet, welche die linken Enden dieser
Hebel auseinanderspannt. Das rechte Ende des Hebels 168 steuert über ein
Halbkugelventil 182
das Austreten wechselnder Luftmengen aus der Leitung 184.
Das Gehäuse 160 enthält eine verhältnismäßig große öffnung 186, damit
die aus den Leitun-C Cen 176 und 184 austretende Luft in die Atmosphäre abgeleitet
werden kann. Der Gashebel 64 ist mit dem Nocken 188 verbunden. Ein dritter
schwenkbar befestigter Hebel 190 steht am einen Ende mit dem Nocken
188 und am anderen mit einer Feder 192 im Eingriff, so daß auf die
Hebel 168 und 170 eine Kraft übertragen wird, welche die Stellung
des Gashebels 64 wiedergibt. Die zweite drehzahlabhängige Vorrichtung 84 sitzt in
einem Gehäuse 200 und hat ein Paar Fliehgewichte 202, welche schwenkbar auf einer
Drehplatte 204 angeordnet sind, welche über ein außenliegendes Zahnrad
206 gedreht wird. Das Zahnrad ist mit der Antriebswelle 62 (F i
g. 1) verbunden. Die drehzahlabhängige Vorrichtung 84 enthält ferner einen
Hebel 208, welcher mit einem Ansatz 210 versehen ist, der mit den Fliehgewichten
in Berührung steht. Der Hebel 208 ist schwenkbar um einen zwischen seinen
Enden liegenden Punkt angeordnet und steht mit dem Halbkugelventil 212 in Berührung,
mittels dessen aus der Leitung 214 wechselnde Mengen von Luft abgelassen werden
können. Der außen angeordnete Drehzahlhebel 86 ist mit einem Nocken
216 verbunden. Ein Hebel 218 ist schwenkbar an dem Gehäuse 200 befestigt
und berührt den Nocken 216 an dem einen und die Feder 220 an dem anderen
Ende, so daß auf das eine Ende des Hebels 208 eine Kraft übertragen wird,
welche die Stellung des Drehzahlhebels 68 wiedergibt. Das Gehäuse 200 hat
ferner eine große Öff-
nung 222, durch die die in dem Gehäuse enthaltene Luft
an die Atmosphäre abgegeben werden kann.
-
In der F i g. 3 sind Kurven -dargestellt, welche die
Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung erläutern. Auf der Ordinate ist die dem
Brennstoffverteiler 20 der Maschine 10 zugeführte Brennstoffinenge Wf und
auf der Abszisse die Drehzahl Ni der ersten Turbine 14 aufgetragen. Die Kurve
230 gibt die Beziehung zwischen Brennstoffmenge und Drehzahl während der
Maschinenbeschleunigung wieder, während die Kurve 232 diese Beziehung bei
konstantem Betrieb der Maschine und die Kurve 234 den Verzögerungszustand darstellt.
Die Kurven 236, 238 und 240 geben die Beziehung zwischen dem Brennstoffzufluß
zur Maschine und der Drehzahl bei Leerlauf, bei einer Zwischendrehzahl und bei Höchstdrebzahl
wieder.
-
In der F i g. 4 ist eine Abwandlung eines Teils der Reglereinrichtung
80 der F i g. 2 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Durch
diese Abwandlung wird eine vereinfachte Vorrichtung zur Lösung der Erfindungsaufgabe
geschaffen, bei der entbehrliche technische Feinheiten weggelassen sind. Die Teile,
welche die abgewandelte Ausführungsform nach der F i g. 4 mit der Reglereinrichtung
der F i g. 2 gemeinsam hat, tragen dieselben Bezugszeichen. Dazu gehören
die Leitungen 146, 150, 176 und 184, welche zur Führung des Luftdrucks dienen,
wie in Verbindung mit der F i g. 2 beschrieben worden ist, der Hebel 114,
welcher ein Dosierventil regelt, der evakuierte Balg 104 und die Verbindungsstange
110. Die abgewandelte Ausführungsfonn enthält ferner einen Balg
250, welcher so bemessen ist, daß er eine größere auf Druck ansprechende
Fläche als der Balg 104 aufweist. Der Balg 250 ist in seinem Mitteleil mit
der Stange 110 verbunden und ferner an dem Gehäuse so befestigt, daß er in
dem Gehäuse eine erste Kammer 252 und eine zweite Kammer 254 bildet. Der
vom Kompressor 12 erzeugte Luftdruck, der von dem auf die Temperatur der umgebenden
Luft ansprechenden Ventil 132 abgewandelt wird, wird durch die Leitung
150 zur Kammer 252 geführt, wo er den Balg 104 von außen und den Balg
250 von innen beaufschlagt. Die Leitung 176 verbindet die Kammer
252 mit der ersten drehzahlabhängigen Vorrichtung 182, wie in der
F i g. 2 dargestellt ist. Weiterer Luftdruck, der aus der gleichen Quelle
wie der in der Leitung 150
stammt, wird durch die Leitung 146 in eine zweite
Kammer
254 geführt, wo dieser Druck auf die Außenfläche des Balgs 250 einwirkt.
Die damit gelieferte Kraft wirkt entgegengesetzt zu der, die durch den Druck in
der Kammer 252 verursacht ist. Die Leitung 182 verbindet die Kammer
254 mit der ersten drehzahlabhängigen Vorrichtung 82 und der zweiten drehzahlabhängigen
Vorrichtung 84, die in der F i g. 2 dargestellt sind.
-
Die F i g. 5 zeigt weitere Betriebskennlinien, C "en.
welche im Bereich der vorliegenden Erfindung lieg Die Kurve 230 stellt den
Beschleunigungsbereich wie in der F i g. 3 dar und ist hier in Lagebeziehung
zu einem Gebiet gezeigt, welches durch gekreuzte Linien gekennzeichnet ist und den
Bereich der Kompressorlabilität wiedergibt. Für Maschinen, für die eine rasche Beschleunigung
erforderlich ist, kann es zweckmäßig sein, eine erhöhte Treibstoffzufuhr für die
Beschleunigung in dem Bereich vorzusehen, in welchem die Maschine die Drehzahlen
überschritten hat -, bei denen die Kompressorlabilität zu berücksichtigen
ist. Diese gewünschte Kennlinie wird von der Kurve 242 wiedergegeben.
-
Die Arbeitsweise der Anlage geht am besten aus ,angs hervor. Als der
Beschreibung eines Regelvorg Ausgangspunkt wird angenommen, daß die Maschine im
konstanten Betrieb, beispielsweise an dem in der F i g. 3 befindlichen Punkt
A, arbeitet. In diesem Zustand wird die Maschine weder beschleunigt noch
verzögert, und der zum Verteiler 20 gebrachte Brennstoff reicht gerade aus, um die
Kraft zu erzeugen, mit welcher die Maschine auf einer konstanten Drehzahl gehalten
wird. Durch die Drehung des Kompressors 12 wird ein Druck erzeugt, der vom Druckfühler
44 wahrgenommen und durch die Leitung 46 in die drei Kammern 118, 122 und
1-24 der Reglereinrichtung 80
übertragen wird. Der Druck der umgebenden Atmosphäre
wird durch die Drosselöffnung 158 in die Kammer 100 geleitet, wo dieser
Druck auf die Bälge 104 und 118 einwirkt. Damit wirken die Druckkräfte, die
auf den Bälgen 104 und 108 und den Membranen 116 und 120 lasten, vereint
darauf hin, das Dosierventil in einer vorher bestimmten Stellung zu halten. Der
Gashebel 64 wird in einer Zwischenstellung gehalten, wobei er über die Feder
192 eine mittelgroße Kraft auf den Hebel 168 ausübt. Gleichzeitig
wird die Drehzahl der Turbine 14 auf das Zahnrad 166 der drehzahlabhängigen
Vorrichtung 82 übertragen und bewirkt die Drehung der Fliehgewichte
162, durch die eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Hebel 170 und
168 erzeugt wird. Unter den angenommenen Bedingungen bewirkt die von den
Fliehgewichten 162 stammende Kraft ein Zusammendrücken der Feder
180
und eine Berührung zwischen den Hebeln 170 und 168 über
den Ansatz 178. Das Halbkugelventil 174 ist dann weit geöffnet und das Halbkugelventil
182 in einer Zwischenstellung' wodurch eine geregelte Menge Luft aus der
Kammer124 der Regeleinrichtung80 herausströmen kann. Der Drehzahlhebe168 der drehzahlabhängigen
Vorrichtung84 ist auf die Höchstmarke eingestellt, wodurch die von der Feder 220
auf den Hebel 208 übertragene Kraft einen Höchstwert annimmt. Die Fliehgewichte202
erzeugen eine aufwärts gerichtete, auf den Ansatz 210 des Hebels 208 wirkende
Kraft, die von der Drehzahl der zweiten Turbine 26 der Maschine
10 abhängt, die über das Zahnrad 206 übertragen wird. Unter den angenommenen
Bedingungen ist die vom Fliehgewicht 202 stammende aufwärts gerichtete Kraft geringer
als die von der Feder 220 herrührende Kraft, so daß das Halbkugelventil 212 geschlossen
gehalten wird.
-
Falls es jetzt erwünscht ist, die Maschinenleistung von dem durch
Punkt A dargestellten Stand auf einen durch Punkt B dargestellten Stand zu
erhöhen, wird der Gashebel 64 der drehzahlabhängigen Vorrichtung 82 aus einer
Zwischenlage in eine Höchstwertstellung vorgerückt, wodurch der Hebel
190 auf Grund einer vergrößerten Nockenhöhe des Nockens 188 in Uhrzeigerrichtung
gedreht wird. Die Feder 192 wird zusammengedrückt und gibt eine erhöhte Kraft
auf den Hebel 168, so daß dieser Hebel entgegen der Uhrzeier richtung bewegt
und das Halbkugelventil 182 aus der Zwischenlage in Schließstellung gebracht wird.
Die Schließung des Halbkugelventils 182 verursacht einen Druckanstiea in
der Kammer 124 der Reglereinrichtung 80, der auf die Membran 120 wirkt; dadurch
bewegt sich mittels der Stange 110 und des Hebels 114 das Dosierventil 94
in öffnungsrichtung. Dadurch wird eine erhöhte Brennstoffzufuhr veranlaßt, die durch
die punktierte Linie zwischen den PunktenA und C der F i g. 3 wiedergegeben
wird. Der Punkt C
liegt auf der Beschleunigungskurve 230, so daß danach
die Maschine entsprechend dieser Kurve beschleunigt und ein fortschreitend steigender
Druck vom Kompressor 12 erzeugt und in die Kammern 118, 122 und 124 übertragen
wird. Dieser fortschreitend wachsende Druck, der auf den Balg 108 einwirkt,
führt zu einer fortschreitend sich erhöhenden Brennstoffzufuhr, wie sie aus der
Kurve 230 hervorgeht. Da weiter bei wachsender Drehzahl des Kompressors 12
sich auch die auf das Zahnrad 166
der drehzahlabhängigen Vorrichtung
82 übertragene Drehzahl erhöht, wird eine fortschreitend wachsende Kraft
erzeugt, die auf den Hebel 168 einwirkt und das Halbkugelventil
182 zu öffnen sucht. Wenn der Punkt D der Beschleunigungskurve erreicht
ist, überwindet die aufwärts gerichtete Kraft der Fliehgewichte 162 auf den
Hebel 168 die von der Feder 192 ausgeübte Kraft. Damit wird das Halbkugelventil
182 geöffnet und Luft aus der Kammer 124 der Regeleinrichtung80 abgezogen.
Sobald die Luft aus der Kammer 124 abfließt, nimmt der darin enthaltene Druck ab
und ermöglicht es, daß das Ventil 94 sich zur Schließstellung hinbewegt, wodurch
die Brennstoffzufuhr entsprechend der Kurve 240 der F i g. 3
abnimmt. Wenn
der Punkt B erreicht ist, arbeitet die Maschine erneut auf der Kurve 232
des konstanten Betriebsbereiches, wobei der zugeführte Brennstoff gerade ausreicht,
um eine konstante Drehzahl aufrechtzuerhalten, so daß die Maschine von diesem Punkt
ab wieder ausgeglichen läuft. Falls bei dem vorher beschriebenen Beschleunigungsvorgang
die zweite Turbine 26 eine vorher festgelegte Sicherheitsarenze, die durch
den Drehzahlhebel 68 der drehzahlabhängigen Vorrichtung 84 angegeben wird,
zu übersteigen droht, würden die Fliehgewichte 202 eine Kraft erzeugen, die die
von der Feder 220 gelieferte Kraft überwindet und das Halbkugelventil 212 öffnet.
Damit verringert sich dann der Druck in der Kammer 124, und die Brennstoffzufuhr
zur Maschine 10 wird verringert, wodurch ein Überdrehen verhindert wird.
-
Falls jetzt vom Punkt B zum Punkt G in der F i g. 3
verzögert
werden soll, wird der Gashebel 64 der drehzahlabhängigen Einrichtung 82 von
der Höchstauf die Tiefstlage umgestellt und die von der Feder 192 auf den
Hebel 168 übertragene Kraft dementsprechend verringert. Dadurch wird die
von den
Fliehgewichten 162 erzeugte Kraft die verringerte
Kraft der Feder 192 übersteigen, so daß der Hebel 168 sich im Uhrzeigersinn
dreht und das Halbkugelventil 182 völlig öffnet. Wenn das Halbkugelventil
182 völlig geöffnet ist, nimmt der Druck in der Kammer 124 der Reglereinrichtung
80 rasch ab und bewegt das Dosierventil 94 auf die Schließstellung zu, so
daß die der Maschine 10 zugeführte Brennstoffmenge sich schnell verringert,
entsprechend der in der F i g. 3 zwischen den Punkten B und E eingezeichneten
gestrichelten Linie. Da der Punkt E auf der Verzögerungskurve 234 der Maschine
liegt, ist die Brennstoffzufuhr zur Maschine geringer als diejenige, die benötigt
wird, um einen konstanten Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Die Maschine beginnt
also zu verzögern, wie aus der Kurve 234 hervorgeht, bis der Punkt F erreicht ist.
Die Verzögerung der Maschine 10 verursacht, daß der vom Kompressor 12 an
die auf Druck ansprechenden Kammern 118, 122 und 124 der Reglereinrichtung
80 gelieferte Druck sich verringert, so daß das Dosierventil 94 weiter in
Schließrichtung bewegt wird, wie auch aus der Kurve 234 hervorgeht. Wenn der Punkt
F in der F i g. 3
erreicht ist, ist die von den Fliehgewichten 162
erzeugte Kraft so gering geworden, daß sie nicht mehr ausreicht, um das Halbkugelventil
182 weit geöffnet zu halten. Sobald das Ventil 182 sich zu schließen
beginnt und der Druck in der Kammer 124 zunimmt,
wird das Dosierventil deshalb
wieder in öffnungsrichtung bewegt, was dem Verlauf der Kurve 236 der F i
g. 3 entspricht, bis der Punkt G erreicht wird, von wo an die Maschine
wieder auf der Kurve 232 im konstanten Betriebszustand arbeitet.
-
Bei dem beschriebenen Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgang wurde
unmittelbar die Drehzahl der Turbine 14 und des Kompressors 12 der Maschine
10 so geregelt, daß eine bestimmte gewünschte Kraft erzeugt wurde, die an
die Nutzleistungsturbine 26 der Maschine abgegeben wurde. Die Drehzahl der
Turbine 26 konnte auf den Wert eingestellt werden, der zu der auf die Turbine
übertragenen Kraft und züi dem zum Antrieb der Belastung 30 benötigten Drehmoment
paßt. Die einzige Beschränkung für die Drehzahl der Turbine 26 ergab sich
durch die drehzahlabhängige Vorrichtung 84, mit der ein Überdrehen der Turbine verhindert
wird. In vielen Anlagen jedoch kann es erwünscht sein, die Drehzahl der angetriebenen
Turbine 26 unmittelbar zu regeln, während für die Turbine 14 die Drehzahl
schwanken darf, um die erforderliche Gaßkraft zu liefern, welche die Turbine
26 bei einer geforderten Drehzahl braucht. Diese Arbeitsweise kann nach der
vorliegenden Erfindung ohne weiteres dadurch erreicht werden, daß der Gashebel 64
der drehzahlabhängigen Vorrichtung 82 auf eine Höchstdrehzahlstellung eingestellt
wird, bei der das Halbkugelventil 182 in Schließstellung gehalten wird. Die
Regelung erfolgt dann dadurch, daß der Drehzahlhebel 68 der drehzahlabhängigen
Vorrichtung 84 in die gewünschte Lage gebracht wird, um durch die Feder 220 an den
Hebel 208 eine bestimmte Bezugskraft zu liefern. Die Fliehgewichte 202 liefern
dann in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine 26 eine aufwärts gerichtete
Kraft, die dazu führt, die von der Feder 220 gelieferte Kraft auszugleichen und
die Stellung des Halbkugelventils 212 in dem konstanten Betriebsbereich zu steuern.
-
In den Maschinen, die in der Nähe des Labilitätsbereichs arbeiten,
wie in der F i g. 5 dargestellt ist, kann es erwünscht sein, nach Umgehung
des Labilitätsbereichs eine erhöhte Beschleunigungsmöglichkeit vorzusehen. Beispielsweisekann
in derFig. 5 dieKurve 230 die Kurve der höchstmöglichen Beschleunigung
darstellen, die zulässig ist, ohne in den Labilitätsbereich des Kompressors zu gelangen.
Durch Ermöglichung einer erhöhten Zunahme der Brennstoffzufuhr nach Kurve 242 kann
deshalb die Beschleunigungszeit der Maschine verringert und die Kompressorlabilität
vermieden werden. Während der Maschinenbeschleunigung übersteigt die Kraft, welche
von den Federn 192
und 220 der drehzahlabhängigen Vorrichtungen
82
und 84 entsprechend erzeugt wird, die Kraft, welche von den Fliehgewichten
162 bzw. 202 stammt, so daß die Halbkugelventile 182 und 212
geschlossen bleiben. Die Feder 180 der drehzahlabhängigen Vorrichtung
82 überträgt auf den Hebel 170 eine Kraft, um das Halbkugelventil
174 auf dem Ende der Beschleunigungskurve 230 mit den niederen Drehzahlen
geschlossen zu halten, wenn die von den Fliehgewichten 162 gelieferte Kraft
gering ist. Solange die Umlaufgeschwindigkeit der Fliehgewichte 162 nicht
weiter als bis zum Punkt H der F i g. 5 angewachsen ist, ist die von der
Feder 180 gelieferte Kraft ausreichend, um das Ventil 174 in Schließstellung
zu halten. Wenn die Drehzahl über die im Punkt H herrschende hinaus ansteigt, erzeugen
die Fliehgewichte 162 eine Kraft, welche die von der Feder 180 gelieferte
Kraft überwindet und es dem Hebel 170 ermöglicht, sich im Uhrzeigersinn gegenüber
dem Hebel 168 zu bewegen, so daß damit das Halbkugelventil 174 geöffnet und
Luft aus der Kammer 118 der Reglereinrichtung 80
abgezogen wird,
wodurch an der Membran 116 ein Druckabfall hergestellt wird, durch den das
Dosierventil 94 in öffnungsstellung bewegt wird. Durch die öffnung des Dosierventils
94 wird ein erhöhter Brennstoffzufluß zur Maschine 10 während des Beschleunigungsbereichs
ermöglicht, entsprechend der Kurve 242 der F i g. 5. Der Anstieg der Kurve
242 kann mittels des von außen einstellbaren Drosselventils 156
abgeändert
werden, durch welches die in die Kammer 118 einströmende Luftmenge geregelt
wird. Der Labilitätsbereich, der in der F i g. 5 dargestellt ist, hängt in
einem gewissen Ausmaß von der Temperatur der Luft ab. Aus diesem Grund ist es erwünscht,
die Beschleunigungskurve 230 in Abhängigkeit von der Temperatur der umgebenden
Luft zu überwachen. Diese Aufgabe wird von dem auf die Temperatur der Umgebungsluft
ansprechenden Ventil 132 erfüllt, welches in der Leitung 46 angeordnet ist
und in der beschriebenen Weise arbeitet.
-
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung geht aus der Betrachtung
der F i g. 3 hervor, der sich entnehmen läßt, daß am unteren Ende der Beschleunigungskurve
230 eine größere Brennstoffzufuhr erforderlich ist als im Leerlaufpunkt
G des Beharrungszustands. In Maschinen mit geringer Leistung kann der vom
Kompressor 12 unter Startverhältnissen gelieferte Druck sehr nahe beim Atmosphärendruck
liegen. Daher wäre es in pneumatischen Regleranlagen, in denen der vom Kompressor
erzeugte Druck bei Betrieb im Beharrungszustand an die Atmosphäre abgeführt wird,
nicht möglich, mit einer geringeren Brennstoffzufuhr als beim Start zu arbeiten,
falls nicht besondere Vorrichtungen vorgesehen sind. In der erfindungsgemäßen Anlage
weisen der Balg 108 und die Membranen 116 und 120 fortschreitend größere
Arbeitsflächen
auf. Dadurch kann eine an einer größeren Arbeitsfläche angreifende Druckdifferenz
eine größere Verstellung des Regelventils 94 für eine gegebene Druckänderung hervorrufen,
als es mit derselben Druckdifferenz an einer der kleineren Arbeitsflächen möglich
g wäre.
-
In der in F i g. 4 dargestellten abgewandelten Ausführungsform
sind die Drücke in den Kammern 252
und 254 gleich, falls keine Luft aus den
Leitungen 176 und 184 heraustritt. Dieses ist der Fall, wenn die Halbkugelventile
182, 184 und 212 der drehzahlabhängigen Vorrichtungen 82 und 84 geschlossen
sind. Unter dieser Bedingung erzeugen die auf den Balg 250 wirkenden Drücke
Kräfte, welche sich ausgleichen, so daß der Balg nicht zur Verstellung des Hebels
114 wirksam wird. Die, Temperatur der umgebenden Luft und die dem Kompressordruck
unterliegende Luft in der Kammer 252 wirken auf den evakuierten Balg 104,
um den Hebel 114 und das Dosierventil 94 während des Beschleunigungsbereichs der
Maschine zu stellen, der von der Kurve 230 in der F i g. 5 viedergegeben
wird. Wenn der Punkt B
erreicht ist, öffnet sich das Ventil 174, wie bereits
beschrieben, um Luft aus der Leitung 176 und der Kammer 252 herauszulassen,
so daß sich an dem größeren Balg 250 ein Druckunterschied ergibt, durch den
das Dosierventil 94 in eine weiter geöffnete Stellung bewegt wird, wie durch die
Kurve 242 dargestellt ist. Der Normalbetrieb wird dadurch erreicht, daß Luft aus
der Leitung 184 und Kammer 254 durch Betätigung der Ventile 182 und
174 in der beschriebenen Weise abgelassen wird, so daß sich am Balg 250 ein
Druckunterschied ergibt, durch den das Dosierventil 94 in eine Stellung mit verringertem
Brennstoffzufluß gebracht wird.