DE1289362B

DE1289362B - Brennstoffregeleinrichtung fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE1289362B
Application number: DEP27307A
Authority: DE
Inventors: Turner Horace George
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1960-06-10
Filing date: 1961-06-09
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB983141A; US3146591A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffregeleinrichtung für Gasturbinen, mit einer von der Turbine angetriebenen volumetrischen Brennstoffpumpe und einem in der zur Breänkammer führenden Brennstoffleitung angeordneten, vom Verdichterenddruck durch eine Membran oder eine andere druckempfindliche Vorrichtung gesteuerten Regelventil und einem dessen Druckabfall selbsttätig konstant haltenden Brennstoffablußventil, insbesondere für Hubstrahltriebwerke.
Derartige Brennstoffregeleinrichtungen sind bekannt. Sie bieten den Vorteil, daß die an die Turbine abgegebene Brennstoffmenge nur durch den öffnungsgrad des Regelventils und somit durch den Verdichterenddruck bestimmt ist und somit die Möglichkeit besteht, die Turbine ohne Risiko einer Überhitzung oder eines überziehens des Verdichters rasch vom Stillstand auf eine gewünschte Betriebsdrehzahl zu beschleunigen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Brennstoffregeleinrichtungen der eingangs beschriebenen Bauart so zu gestalten, daß sie auch dafür benutzt werden können, einen etwa konstanten, von Hand mit geringer Stehkraft rasch veränderbaren Triebwerkschub aufrechtzuerhalten.
Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, daß in der den Verdichterend druck zu der einen Seitenkammer der Membran füh- renden Leitung eine vorzugsweise einstellbare Drossel und in dieser Seitenkammer ein Ventilkörper angeordnet ist, der mit einer in der Membran od. dgl. vorgesehenen Luftablaßöffnung zusammenwirkt und durch eine Feder in Schließrichtung gedrückt wird und der am abgewandten Ende einen Anschlag trägt, welcher sich beim Erreichen der gewählten Höchstbrennstoffmenge an ein von Hand einstellbares Teil anlegt und so das Luftablaßventil öffnet, wodurch der Druck in der Seitenkammer abgesenkt und damit eine weitere Öffnungsbewegung des Brennstoffventils verhindert wird.
Es ist bereits bekannt, an der Steuermembran eines Brennstoffregelventils einen verstellbaren Sicherheits-und Begrenzungsanschlag vorzusehen, der den normalen Betrieb der Membran beendet, sobald diese an ihm zur Anlage kommt. Hierbei muß aber im Gegensatz zu dem bei der erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung zur Anwendung gelangenden Anschlag der bekannte Anschlag fähig sein, die gesamte Betätigungskraft der Membran zu überwinden, da er auf sie direkt einwirkt. Dies bedingt eine massive Konstruktion, die rasche Betätigungen mit geringer Kraft von Hand nicht zuläßt.
Es ist bekannt, daß der auf einen Steuerkolben od. dgl. wirkende Druck durch Verstellen einer Zuflußdrossel veränderbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung wird der auf die Membran wirkende Druck abhängig von der Einstellung des Anschlages durch die Membran selbsttätig geregelt, indem diese mit dem Anschlag zwecks öffnung des Luftablaßventils zum Herbeiführen eines Druckabfalls in der für den jeweiligen Betrieb fest eingestellten Drossel zusammenwirkt. Die Drossel gelangt praktisch erst zur Wirkung, wenn die Luftablaßöffnung geöffnet ist, während sie vorher für die Druckbeaufschlagung der Membran keine wesentliche Rolle spielt.
Natürlich kann bei der erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung an Stelle einer Membran auch z. B. ein -Kolben oder ein Balg Verwendung finden.
Das von Hand einstellbare Teil ist vorzugsweise, wie für sich bekannt, als gegebenenfalls durch einen Zahnstangentrieb längsverschiebbaren, konzentrisch zum Luftablaßventil und zur Membran angeordneten Kolben ausgebildet, gegen den sich die Feder abstützt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerbuchse des in bekannter Weise als Kolbenschieber ausgebildeten Ventilkörpers des Brennstoffregelventils durch den Fliehkraftregler der Turbine längsverschiebbar sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt. Dabei saugt eine mit einem Überdruckventil 11 ausgestattete, von dem nicht dargestellten Triebwerk angetriebene Pumpe 10 aus einer Zufuhrleitung 12 Brennstoff an und liefert diesen über ein übliches bei Überdrehzahl schließendes Ventil 13 zu der Brennstoffregeleinrichtung 14. Diese weist ein Gehäuse 15 auf, in das ein Brennstoffregelventil eingebaut ist. Dieses besteht aus einem Schieber 16, der in einer Buchse 17 gleitbar ist, die eine Steueröffnung 18 aufweist, durch welche der Brennstoff über ein Abschaltventil 19 zum Brenner 20 der Turbine gelangt: Die Buchse 17 wird über ein Getriebe 21 von der Turbine angetrieben.
Ein membrangesteuertes Brennstoffabflußventil 23 sorgt für einen konstanten Druckabfall an der Steueröffnung 18.- -Die -federbelastete -Membran 22 dieses Ventils ist auf der einen Seite dem Druck des an den Brenner 20 gelieferten Brennstoffs und auf der anderen Seite dem dem Brennstoffregelventil zugeführten Druck ausgesetzt. Der Druck vor dem Brennstoffregelventil16 trachtet die Membran entgegen dem Brennstoffdruck hinter dem Brennstoffregelventi116 und einer Belastungsfeder 23 a im Sinn einer Öffnung des Brennstoffabflußventils 23 zu bewegen. Im oberen Teil des Gehäuses 15 befinden sich zwei Kammern 24 und 25, die durch eine mit dem Schieber 16 verbundene Membran 26 voneinander getrennt sind. Diese und der Schieber 16 sind durch eine Feder 27 in der die Steueröffnung 18 schließenden Richtung belastet. Die Kammer 25 steht über eine Öffnung 28 mit der Atmosphäre in Verbindung, während der Kammer 24 über ein Filter 29 und eine Drossel 30 der Verdichterenddruck zugeführt wird.
Zwischen den Kammern 24 und 25 besteht eine Verbindung in Form einer durch die Membran 26 hindurchgehende Luftablaßöffnung 26 a, die normalerweise durch einen in der Kammer-24 befindlichen Ventilkörper 31 geschlossen ist. Dieser ist in Schließrichtung durch eine Feder 32 belastet, die sieh zwischen ihm und einem Kolben 33 abstützt, in dem der Ventilkörper 31 mittels eines Schafts gleitbar gelagert ist. Die Bewegung des Ventilkörpers 31 in Schließrichtung innerhalb des Kolbens 33 wird durch einen Anschlag 34 am vom Körper 31 abgewendeten Ende des Ventilkörperschafts begrenzt. Der Kolben 33 ist mittels eines Hebels 36 über ein Ritzel und eine Zahnstange oder eine anderweitige passende Einrichtung 35 in Längsrichtung verschiebbar und dient zur Steuerung der Turbine.
Im unteren Teil des Gehäuses 15 befindet sich eine Kammer 37, in die das untere Ende der Buchse 17 hineinragt. Diese ist dort mit einem Fliehkraftregler 38 antriebsmäßig verbunden, der durch eine die Buchse 17 nach oben drückende Feder 39 belastet ist. Die Feder 39 ist mittels einer Schraube 40 vorspannbar. Eine weitere Schraube 41 ermöglicht die Einstellung der Fliehgewichte.
Vor dem Anlassen des Triebwerks wird der Steuerhebel 36 in eine den gewünschten Betriebsbedingungen entsprechende Stellung gebracht und dann die Turbine in Drehung versetzt. Die Feder 32 drückt den Ventilkörper 31 auf seinen Sitz an der Membran 26, so daß die obere Kammer 24 von der unteren Kammer 25 getrennt ist. Es kann somit aus der oberen Kammer keine Luft in die untere entweichen, so daß die obere Kammer unter dem Verdichterenddruck steht. Mit wachsender Turbinendrehzahl wächst auch der Verdichterenddruck, der dann die Kraft der Feder 27 überwindet und den Schieber 16 nach unten bewegt. Dadurch wird die Drosselung an den Steueröffnungen 18 verkleinert, wodurch die Brennstoffströmung zunimmt.
Der Ventilkörper 31 vermag der unter dem Verdichterenddruck stattfindenden, abwärts gerichteten Bewegung der die Verschiebung des Schiebers 16 bewirkenden Membran 26 nur so weit zu folgen, bis der Anschlag 34 am Ende seines Schafts am Kolben 33 zur Anlage gekommen ist. Nach einer weiteren Bewegung der Membran 26 hebt sich der Ventilkörper 31 somit von seinem Sitz ab und gestattet es der in der Kammer 24 befindlichen Druckluft, über die Kammer 25 teilweise zur Atmosphäre zu entweichen. Dies hat zur Folge, daß der Druck in der Kammer 24 gegenüber dem Verdichterenddruck abgesenkt wird und die Membran 26 und der mit ihr verbundene Schieber 16 nunmehr stehenbleiben. Die Brennstoffmenge ist dann auf einen bestimmten Wert begrenzt.
Sobald die Turbinendrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, überwindet die Fliehkraft der Gewichte die Kraft der Feder 39 und bewegt die Buchse 17 nach unten, wodurch die Steueröffnungen 18 gedrosselt werden und die Brennstoffmenge abnimmt.
Die Brennstoffregeleinrichtung berücksichtigt Änderungen der Flughöhe, da sie auf den Verdichterenddruck anspricht; ferner ist für eine Stellung des Steuerhebels 36 die maximale Brennstoffmenge vergeben. Die Brennstoffregeleinrichtung eignet sich demzufolge insbesondere für Hubtriebwerke, da bei diesen die zulässige Beschleunigungsbrennstoffmenge sich mit der Höhe ändert. Da der Schub des Triebwerkes der Brennstoffmenge etwa proportional ist, ist auch der entwickelte Auftriebsschub unbeschadet der Höhe etwa der Stellung des Steuerhebels 36 proportional.
Die Verwendung einer aus Nocken und Folgeglied bestehenden Einrichtung 35 zwischen dem Hebel 36 und dem Kolben 33 an Stelle eines Ritzels und einer Zahnstange gibt weitgehend Freiheit hinsichtlich der zwischen Brennstoffmenge und Hebelstellung bestehenden Gesetzmäßigkeit.

Claims

Patentansprüche: 1. Brennstoffregeleinrichtung für Gasturbinen, mit einer von der Turbine angetriebenen volumetrischen Brennstoffpumpe und einem in der zur Brennkammer führenden Brennstoffleitung angeordneten, vom Verdichterenddruck durch eine Membran oder eine andere druckempfindliche Vorrichtung gesteuerten Regelventil und einem dessen Druckabfall selbsttätig konstant haltenden Brennstoffabflußventil, insbesondere für Hubstrahltriebwerke, dadurch gekennzeichn e t, daß in der den Verdichterenddruck zu der einen Seitenkammer (24) der Membran (26) führenden Leitung eine vorzugsweise einstellbare Drossel (30) und in dieser Seitenkammer ein Ventilkörper (31) angeordnet ist, der mit einer in der Membran vorgesehenen Luftablaßöffnung (26 a) zusammenwirkt und durch eine Feder (32) in Schließrichtung gedrückt wird und der am abgewandten Ende einen Anschlag (34) trägt, welcher sich beim Erreichen der gewählten Höchstbrennstoffmenge an ein von Hand einstellbares Teil (33) anlegt und so daß Luftablaßventil öffnet, wodurch der Druck in der Seitenkammer (24) abgesenkt und damit eine weitere öffnungsbewegung des Brennstoffregelventils (16, 17, 18) verhindert wird. z. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von Hand einstellbare Teil (33) in an sich bekannter Weise als gegebenenfalls durch einen Zahnstangentrieb (35) längsverstellbarer, konzentrisch zum Luftablaßventil (26 a, 31, 34) und zur Membran (26) angeordneter Kolben ausgebildet ist, gegen den sich die Feder (32) abstützt. 3. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbuchse (17) des in bekannter Weise als Kolbenschieber (16) ausgebildeten Ventilkörpers des Brennstoffregelventils durch den Fliehkraftregler (38) der Turbine längsverschiebbar ist.