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Regelvorrichtung, insbesondere für die Brennstoffversorgungseinrichtung
einer Gasturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung, insbesondere
für die Brennstoffversorgungseinrichtung einer Gasturbinenanlage mit freilaufender
Nutzleistungsturbine, mit einem auf einem schwenkbaren Hebel angeordneten, z. B.
halbkugeligen Ventilglied, das in Verbindung mit einem Ventilsitz das zur Betätigung
des Stellkolbens einer Brennstoffpumpe mit änderbarer Fördermenge dienende Strömungsmittel
steuert, wobei auf den Hebel eine Kraft einwirkt, die dem Fehler einer Betriebsgröße,
z. B. der Drehzahl entspricht. Wenn die Nutzleistungsturbine im Sollzustand läuft,
wird der Hebel im Gleichgewicht gehalten, und zwar durch einander entgegengerichtete
Kräfte, die durch Vorrichtungen hervorgerufen werden, welche auf eine den Betriebszustand
darstellende Größe, z. B. die Drehzahl der Nutzleistungsturbine, sowie eine den
Sollzustand, z. B. die Solldrehzahl darstellende Größe ansprechen.
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Bei einer Regelvorrichtung der genannten Art steuert das Ventilglied
üblicherweise den Stehkolben der Brennstoffpumpe. In diesem Fall sinkt beim öffnen
des Ventilgliedes, d. h. beim Verlassen der Gleichgewichtslage infolge einerDrehzahlabweichung,
der Druck des Steuerströmungsmittels ab, da der Stehkolben wegen der ruhenden Reibung
nicht sofort anspricht. Damit sinkt auch die durch den Druck des Steuermittels gegebene,
auf das Ventilglied einwirkende Kraft ab, so daß der Öffnungsweg geringer ist, als
es der Fall wäre, wenn keine Reibung auf den Stellkolben einwirkte. Das bedeutet,
daß eine bestimmte Drehzahländerung erforderlich ist, um den Steuermitteldruck so
weit zu verringern oder zu vergrößern, daß die auf den Stellkolben einwirkende Reibung
überwunden wird. Damit ist die Empfindlichkeit der Regelung beeinträchtigt.
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Für einen festen Pumpendruck stellt die sich ändernde Kraft des Steuermittels,
die beim öffnen und Schließen auf das Ventilglied einwirkt, eine Feder mit beträchtlicher
Federsteifigkeit dar. Mit anderen Worten, die über das Steuermittel auf das Ventilglied
einwirkende Kraft übt auf den schwenkbaren Hebel eine wegabhängige Wirkung aus.
Ziel der Erfindung ist es, dieses zu verhindern oder wenigstens zu verringern.
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Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein auf
den schwenkbaren Hebel entgegen dem im Ventilsitz wirksamen Druck des Strömungsmittels
einwirkender Druckstift vorgesehen ist, der mit dem bewegbaren Ende eines dem Strömungsmitteldruck
im Ventilsitz ausgesetzten Bourdonfederrohrs verbunden ist und sich über wenigstens
eine Membran am Gehäuse abstützt, deren Federsteifigkeit relativ zu der des Bourdonfederrohrs
derart bemessen ist, daß die auf den Druckstift einwirkende Kraft allein durch den
Strömungsmitteldruck im Bourdonfederrohr bestimmt ist.
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Vorzugsweise ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Membran
zur dämpfungsfreien Bewegung des Druckstifts mit einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten
Löchern versehen, die je in einer Versteifungssicke vorgesehen sind.
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Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert werden,
in der eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für die Brennstoffversorgungseinrichtung
einer Gasturbinenanlage mit freilaufender Nutzleistungsturbine dargestellt ist.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch die Regelvorrichtung; F i g. 2
ist ein vergrößerter Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 1; F i g. 3
zeigt eine Aussicht in Richtung des Pfeils III in Fig.2.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Druckstift 69 auf,
der an einem schwenkbar gelagerten. Hebel 4 der Regeleinrichtung anliegt, und zwar
etwa gegenüber einem Halbkugelventilglied 6, das auf dem Hebel 4 angeordnet
ist. Das vom Hebel 4
entfernt liegende Ende des Druckstifts
69 ist mittels eines Bourdonfederrohrs 68 axial verschiebbar. Das Bourdonfederrohr
68 steht mit einer Rohrleitung 70 in Verbindung, die von einer Leitung 8 abzweigt,
welche vom Sitz 7 des Halbkugelventils 6 zum Stellkolben der Brennstoffpumpe mit
änderbarer Fördermenge führt. Wenn sich das Halbkugelventil bewegt und damit den
Druck des auf den Stellkolben der Pumpe wirkenden Steuermittels ändert, ändert sich
der Druck innerhalb des Bourdonfederrohrs 68 und damit auch die Kraft, die vom Druckstift
69 auf den Hebel 4 ausgeübt wird, wie weiter unten noch erläutert wird.
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Nach den F i g. 2 und 3 weist die Vorrichtung ein rohrförmiges Gehäuse
100 auf, welches so ausgebildet ist, daß es in eine Wandung eingesetzt werden kann,
die einen Raum 2 im Gehäuse 1 der Regeleinrichtung festlegt, wie es in F i g. 1
dargestellt ist. Das Gehäuse weist eine Stirnwand auf, in der ein rohrförmiger Rohrleitungsanschluß
101 befestigt ist. Der außenliegende Teil dieses Anschlusses ist mit einem Außengewinde
versehen, an dem die Rohrleitung 70 befestigt werden kann. Das innenliegende Ende
steht mit dem Bourdonfederrohr 68 in Verbindung, welches innerhalb des Gehäuses
100 angeordnet ist. Das vom Anschluß 101 entfernt liegende Ende des Bourdonfederrohrs
ist verschlossen und an einem Kolben 102 angebracht, der den Druckstift 69 trägt.
Der Kolben kann in axialer Richtung des Gehäuses 100 durch eine Expansion oder Kontraktion
des Bourdonfederrohrs 68 infolge Druckänderungen innerhalb der Rohrleitung 70 verschoben
werden. Das in der Nähe des Kolbens 102 gelegene Ende des Gehäuses
100 ist mit einer kreisringförmigen Ausnehmung versehen, in der ein Ring
103 liegt, der durch einen mit Gewinde versehenen Haltering 104 festgehalten wird,
welcher in ein Innengewinde im Gehäuse 100 eingeschraubt ist. Der Innenumfang des
Ringes 103 liegt zwischen zwei in axialer Richtung im Abstand voneinander
liegenden kreisringförmigen Rippen 105 des Kolbens 102, die die axiale Bewegung
des Kolbens begrenzen. Zwei Metallmembranen 106, die so bemessen sind, daß mit zunehmendem
Federweg die Federkraft abnimmt, sind mit ihrem Außenumfang am Ring 103 befestigt,
während sie mit ihrem Innenumfang am Kolben 102 angebracht sind und den Kolben
102 zusammen mit dem Druckstift 69 zentrisch im Gehäuse 100 halten.
Die Membranen 106 sind durch auf einem Kreis angeordnete Vertiefungen 107
versteift. Jede Vertiefung 107 weist ein kleines Loch 108 auf. Weiterhin ist auch
der Ring mit einer Anzahl von auf einem Kreis angeordneten Löchern 109 versehen,
die zusammen mit den Löchern 108 eine Axialbewegung des Kolbens 102 ohne Dämpfung
gestatten.
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Das Bourdonfederrohr 68 hat eine gewisse Steifigkeit und wirkt somit
wie eine Feder, deren Federkraft mit zunehmendem Federweg zunimmt. Die Membranen
106, deren Federkraft mit zunehmendem Federweg abnimmt, wirken somit in der entgegengesetzten
Richtung, so daß die Federkraft des Bourdonfederrohrs etwa aufgehoben wird und die
vom Druckstift 69 auf den Hebel 4 ausgeübte Kraft allein durch den Druck in der
Rohrleitung 70 bestimmt ist. Die Wirkung der Vorrichtung ist die folgende: Wenn
sich das Halbkugelventil 6 aus der Gleichgewichtslage herausbewegt, ergibt sich
kaum eine Änderung im gesamten Kräftegleichgewicht am Hebel 4. Somit wird ein einer
kleinen Drehzahlabweichung entsprechendes Signal, das durch die der Istdrehzahl
der Nutzleistungsturbine entsprechende Kraft des Kolbens 9 und die entgegengesetzt
wirkende, deren Solldrehzahl entsprechende Kraft des Kolbens 10 auf den Hebel aufgebracht
wird, einen verhältnismäßig großen Ausschlag des Halbkugelventils 6 hervorrufen.
Dieser führt wieder zu einer so großen Änderung des Strömungsmitteldrucks, daß die
auf den Stellkolben der Pumpe wirkende ruhende Reibung überwunden wird. Die sich
einstellende Änderung des Pumpendrucks bringt dann den schwenkbar gelagerten Hebel
4 über die auf einen direkten und einen verzögerten Rückdruck ansprechenden, ebenfalls
in entgegengesetzten Richtungen auf den Hebel 4 einwirkenden Kolben 18 bzw. 19 wieder
in seine Gleichgewichtslage zurück (F i g. 1).
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Da die Kraft, die durch die das Bourdonfederrohr und die Membranen
enthaltende Vorrichtung auf den schwenkbar gelagerten Hebel ausgeübt wird, von der
Kraft abweichen kann, die durch den Druck des Steuerströmungsmittels am Ventilsitz
auf das Ventilglied ausgeübt wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an
einer näher am Drehpunkt des Hebels oder weiter davon entfernt liegenden Stelle
angreifen, statt dem Halbkugelventil gerade gegenüberzuliegen, wie es oben erläutert
wurde.