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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk,
bei der ein Brennstoffregelventil von einem Schwenkarm steuerbar ist, der im Beharrungszustand
durch einen Drehzahlregler und eine vorgespannte Feder im Gleichgewicht gehalten
wird.
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Es ist eine Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
bekannt, bei der ein Brennstoffregelventil durch einen Schwenkarm gesteuert wird,
auf den zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte einwirken. Die eine der beiden Kräfte,
die den Schwenkarm im Beharrungszustand im Gleichgewicht halten, rührt von einer
durch einen Nocken verstellbaren Feder her, und die andere wird durch einen Fliehkraftregler
erzeugt.
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Die auf den Schwenkarm direkt einwirkende Feder hat in der Gleichgewichtslage
des Arms eine bestimmte Länge und übt damit eine bestimmte Federkraft aus, die ein
Maß für die eingestellte Soll-Drehzahl darstellt. Bei einer Auslenkung des Schwenkarms
infolge Änderung der Ist-Drehzahl wird aber trotz beibehaltener Einstellung der
Soll-Drehzahl die Federlänge verändert, so daß sich entsprechend der Federkennlinie
bzw. der Federsteifigkeit auch die auf den Schwenkarm einwirkende Federkraft ändert.
Das bedeutet, daß ein Abweichen der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl scheinbar
die eingestellte Soll-Drehzahl verändert. Eine ähnliche Wirkung kann auftreten,
wenn das vom Drehzahlregler gesteuerte Glied zur Betätigung des Schwenkarms beispielsweise
auf Grund innerer Reibung eine wegabhängige Betätigungskraft liefert. Es ist offensichtlich,
daß sich der verfälschende Einfluß der Federsteifigkeit bzw. der wegeabhängigen
_ Arbeitsweise eines Stellglieds bei Brennstoffregeleinrichtungen nachteilig auswirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Auslenkung des Schwenkarms
einer Brennstoffregeleinrichtung der eingangs angeführten Gattung auftretenden und
durch die Hysterese der am Schwenkarm angreifenden Glieder bedingten verfälschenden
Einflüsse auf die Einstellung des Schwenkarms auszuschalten.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Feder
zwischen einem verstellbaren Anschlag und der beweglichen Wandung einer Kammer eingespannt
ist, die einen mit einer festen Drossel versehenen Einlaß und einen durch ein an
ihrer beweglichen Wandung befestigtes Ventilglied steuerbaren Auslaß für ein Steuermittel
aufweist und über eine. Zweigleitung mit deiner weiteren Kammer in Verbindung steht,
deren bewegliche Wandung gegebenenfalls mittels eines Stößels am das Brennstoffregelventil
steuernden Schwenkarm angreift.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung
zeichnet sich dadurch aus, daß der Drehzahlregler mittels eines weiteren Schwenkarms
und gegebenenfalls eines Stößels an der beweglichen Wandung einer Kammer angreift,
die einen mit einer festen Drossel versehenen Einlaß und einen vom gleichen Schwenkarm
steuerbaren Auslaß für ein Steuermittel aufweist, die über eine Zweigleitung mit
einer weiteren Kammer in Verbindung steht, deren bewegliche Wandung gegebenenfalls
mittels eines Stößels am das Brennstoffregelventil steuernden Schwenkarm angreift.
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Die gemäß der Erfindung erzielte Ausschaltung des verfälschenden Einflusses
der Federsteifigkeit bzw. der wegeabh'ängigen Arbeitsweise eines Stellglieds wird
dadurch erreicht, daß die zur Einwirkung auf den Schwenkarm bestimmte Kraft in den
Druck eines Steuermittels umgeformt wird, das kontinuierlich eine Kammer durchströmt,
wobei dann der Schwenkarm mit diesem Druck beaufschlagt wird. Da das in an sich
bekannter Weise über eine Drossel in eine Kammer eintretende und über eine steuerbare
Öffnung aus dieser Kammer austretende Steuermittel ständig durch die Kammer strömt,
kann das durch die Bewegung des Schwenkarms geänderte Kammervolumen keinen Einfluß
auf die Größe dieses Drucks ausüben. Damit wird aber bei dieser speziellen Gattung
von Brennstoffregeleinrichtungen eine erhebliche Verbesserung der Regelgenauigkeit
erzielt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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F i g.1 zeigt ein Schema der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung;
F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung; F i
g. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 111-III der F i g. 2 in größerem Maßstab.
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Nach F i g. 1 weist die Regeleinrichtung einen Arm 1 auf, der an einem
Zapfen 2 schwenkbar gelagert ist und ein Halbkugelventil 3 trägt, das den Abfluß
des Brennstoffs oder eines Steuermittels aus einer Leitung 4 steuert. Dieser Abfluß
bestimmt die dem oder den Brennern des Gasturbinentriebwerks zugeführte Brennstoffmenge.
Weiterhin ist eine Feder 5 vorgesehen, welche zwischen einer eine Wand einer Kammer
7 bildenden Membran 6 und einem durch einen Kolben 9 gebildeten Anschlag 8 liegt,
der verschiebbar in einem Zylinder 10 angeordnet ist. Der Kolben 9 und somit
der Anschlag 8 werden mittels eines Verstellhebels 11 in einer gewünschten Axialstellung
gehalten oder in diese eingestellt. Der Hebel 11 ist mit einem Ritzel 12 verbunden,
das mit einer Zahnstange 14 am Kolben 9 im Eingriff steht. Die Membran 6 trägt ein
Nadelventil 15, das eine Auslaßöffnung 16 steuert. Der Kammer 7 wird ein Steuermittel
durch eine Einlaßleitung 17 über eine feste Drossel 18 zugeführt. Die Kammer 7 steht
über eine Zweigleitung 20 mit einer weiteren Kammer 21 in Verbindung, deren eine
Wand als Membran 22 ausgebildet ist. Diese trägt einen Stößel 23, der auf
den schwenkbar gelagerten Arm 1 einwirkt. Im Beharrungszustand ist der Druck
des Steuermittels in den Kammern 7 und 21 im verwendeten Bereich etwa proportional
der von der Feder 5 ausgeübten Kraft; er ist unabhängig von der Stellung der Membran
22.
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Auf den Arm 1 wirkt außerdem indirekt in einer der durch die Feder
5 ausgeübten Kraft entgegengesetzten Richtung eine Kraft ein, die durch eine auf
die Triebwerksdrehzahl ansprechende Einrichtung erzeugt wird, die Fliehgewichte
aufweist, wie es schematisch bei 24 dargestellt ist. Die Fliehgewichte bewirken
eine Axialbewegung einer verschiebbaren Stange 25, die auf einen Arm 26 einwirkt,
der an einem Zapfen 27 gelagert ist. Der Arm 26 trägt einen Stößel 28, welcher mit
einer eine Wand einer Kammer 30 bildenden Membran 29 im Eingriff steht. Unter Druck
stehendes Steuermittel wird der Kammer 30 durch eine Leitung 31 über eine Drossel
32 zugeführt. Stromabwärts dieser kann das Steuermittel durch ein vom Arm 26 getragenes
Halbkugelventil 33 austreten. Die Leitung 31 steht über eine Zweigleiteng
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mit einer Kammer 35 in Verbindung, deren eine Wandung als Membran 36 ausgebildet
ist, die einen Stößel 37 trägt, der mit dem Arm 1 im Eingriff steht. Im Beharrungszustand
ist der Druck des Steuermittels in den Kammern 30 und 35 im verwendeten Bereich
etwa proportional der Kraft, die durch die auf die Triebwerksdrehzahl ansprechende
Einrichtung 24 ausgeübt wird, und zwar unabhängig von der Stellung der Membran 36.
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Wenn auf den Arm 1 nur die Stößel 23 und 37 einwirken, ergibt sich
keine stabile Einstellung. Aus diesem Grund wirken auf den Arm 1 außerdem zwei weitere
entgegengesetzte Kräfte über durch den Druck eines Steuermittels betätigte Stößel
39 und 43 ein. Der Stößel 39 spricht auf den Brennstoffdruck an, der an den
Brennern wirksam ist. Der Stößel 43 spricht ebenfalls auf den Brennstoffdruck an,
der aber über eine Anzahl von Drosseln nur verzögert wirksam wird, so daß die von
den Stößeln 39 und 43 nach einer Änderung des Brennstoffdrucks ausgeübten Kräften
sich erst nach einer gewissen Zeit ausgleichen. Der Druck des Steuermittels wird
über Membranen 40 und 44 auf die Stößel 39 und 43 übertragen. Der Brennstoff kann
flüssig oder gasförmig sein.
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F i g. 2 zeigt eine praktische Ausführungsform der Erfindung.
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Ein dem Arm 1 äquivalenter Arm 50 ist dabei in einem Raum innerhalb
eines Gehäuses 51 angeordnet und auf einem Zapfen 52 schwenkbar gelagert. Das Drucksignal
der auf die Triebwerksdrehzahl ansprechenden Einrichtung kann über ein Anschlußstück
53 auf eine Membran 55 einwirken, die der Membran 36 in F i g.1 entspricht. Die
Membran 55 trägt einen Stößel 54, der durch die Membran hindurchreicht und am Arm
50 anliegt. Die Teile 24
bis 35 der F i g.1 sind in F i g. 2 nicht
dargestellt. Weiterhin ist eine Feder 56 vorgesehen, die der Feder 5 in F i g.1
entspricht und an einem einstellbaren Gleitstück 57 anliegt, das dem Kolben 9 in
F i g.1 entspricht. Das Gleitstück 57 ist mit einer Zahnstange 62 versehen, in die
ein Ritzel 60 eingreift, das über eine Welle 61 mittels eines Steuerhebels 63 zur
Einstellung der Federkraft gedreht werden kann. Die Feder wirkt auf einen Stößel
58 ein, der an einer der Membran 6 entsprechenden Membran 59 befestigt ist,
durch diese hindurchreicht und an seinem Ende ein Ventilglied trägt, das mit einem
Ventilsitz 65 (F i g. 3) zusammenwirkt. Durch den Sitz kann Steuermittel aus einer
der Kammer 7 in F i g.1 entsprechenden Kammer 67 durch einen Auslaß 66 abgelassen
werden. Die Kammer 67 wird durch eine Leitung 17 über eine Drossel 18 mit
unter Druck stehendem Steuermittel versorgt. Stromabwärts der Drossel
18 führt eine Zweigleitung 20 zu einem Einlaß 69, der mit einer Kammer
70 in Verbindung steht, die der Kammer 21 in F i g.1 entspricht. Der Steuermitteldruck
in der Kammer 70 wirkt auf einen Stößel 71, der an einer Membran 72 angebracht
ist, durch diese hindurchreicht und gegenüber dem Stößel 54 am Arm 50 anliegt.
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Auf den Arm 50 wirken außerdem die Stößel 39 und 43 ein, die von den
Membranen 40 bzw. 44 getragen werden. Der Membran 40 wird das Steuermittel
über einen Einlaß 41 zugeführt, während auf die Membran 44 der Druck in einer Kammer
45 einwirkt.
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Der Arm 50 trägt ein Halbkugelventil 75, das mit einem Ventilsitz
zusammenwirkt, der mit einem Kanal 76 in Verbindung steht, der der Leitung 4 in
F i g.1 entspricht.