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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffregeleinrichtung zur
drehzahlabhängigen Begrenzung der Brennstoffzufuhr bei Gasturbinentriebwerken mit
einer von der Turbine angetriebenen volumetrischen Brennstoffpumpe.
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Es ist bereits bekannt, bei Brennstoffregeleinrichtungen ein in der
Pumpendruckleitung liegendes, unter dem Einfluß der Fördennenge gegen Federdruck
öffnendes Ventil vorzusehen, und eine derartige Anordnung wird getroffen, um das
Brennstoffverteilerrohr während des Andrehens der Gasturbine sehr schnell zu füllen.
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Es ist weiterhin eine Brennstoffregeleinrichtung bekannt, bei der
weitgehend die Möglichkeit ausgeschaltet wird, daß die Brennstoffzufuhr in unerwünschter
Weise unter Betriebsbedingungen zu gering oder zu reichlich wird, wenn die Zufuhr
beim Andrehen des Triebwerkes unter verschiedenen Arbeitsbedingungen nur über eine
Pumpe erfolgt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß in einem Auslaßkanal zwei Ventile
angeordnet sind, die sich durch den von der Pumpenförderleistung erzeugten Druck
in bestimmter Weise öffnen können.
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Es ist ganz allgemein auf dem Gebiet der Gasturbinentriebwerkstechnik
bekannt, daß die maximal zulässige Brennstoffströmung zunächst im wesentlichen proportional
zur Triebwerksdrehzahl verhältnismäßig langsam bis zu einer bestimmten Drehzahl
ansteigt, die im allgemeinen zwischen einem Vieirtel und einem Dreiviertel der maximalen
Drehzahl liegt und dann steil über einen sich anschließenden kurzen Drehzahlbereich
ansteigt, wonach der Gradient des Anstieges dann einen weiteren, im wesentlichen
konstanten Wert annimmt, der zwischen dem ursprünglichen niedrigen Wert und dem
anschließenden steilen Wert liegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige
Brennstoffregeleinrichtung' zu schaffen, mit der es möglich ist, die tatsächliche
Brennstoffströmung als Funktion der Triebwerksdrehzahl derart zu regeln, daß diese
Funktion möglichst dicht an die Funktion der im vorstehenden erwähnten maximal zulässigen
Brennstoffströmung angepaßt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der von
der Pumpe zur Turbinenbrennkammer führenden Leitung ein Abzweig mit einem Ventil
vorgesehen ist, das vom Pumpenförderstrom gegen eine vorgespannte Feder im Schließsinn
beaufschlagt wird und dem eine fest eingestellte Abflußdrossel nachgeschaltet ist.
In vorteilhafter Weise kann in der Pumperiförderleitung außer dem Ab-
zweig
zum Ventil ein zweiter Abzweig mit einer zweiten, fest eingestellten Abflußdrossel
vorgesehen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung,
wobei weitere Organe der Brennstoffzuführungsanlage nur schematisch angedeutet sind,
F i g. 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Brennstoffmenge von der Maschinendrehzahl
zeigt. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung enthält eine Brennstoffpumpe in Art
einer Verdrängungspumpe. Die als Zahnradpumpe dargestellte Pumpe 1 entnimmt
Brennstoff aus einem Tank 2 und fördert ihn über eine Leitung 3, eine Regeleinrichtung
4 und ein durch einen Drehzahlregler gesteuertes Ventil 5 zum Brenner
6 der Maschine. Die Einrichtung 4 dient zur Beschleunigungsregelung und enthält
ein strömungsabhängiges Ventil 7 und zwei Nadelventile 8 und
9.
Das Ventil 7 weist einen Kolben 10 auf, der die Verbindung
einer an die Pumpenförderleitung 3 angeschlossenen Einlaßkammer 12 mit einer
Auslaßkammer 13 nur durch Drosselöffnungen 11 gestattet. Die Außlaßkammer
13 enthält einen dauernd offenen Auslaß 14, der nach dem Abzweig zum Nadelventil
8
über eine Brennstoffleitung 15 und das Drehzahlreglerventil
5 zum Brenner 6 führt. Die Kammer 13
ist mit einem zweiten Auslaß
16 versehen, der zum Nadelventil 9 führt und durch den Kolben
10 gesteuert wird. Eine Feder 17 sucht den Kolben 10 in der
dargestellten Lage zu halten, in der die Öffnung 16 offen ist. Wenn die Pumpe
1 Brennstoff fördert, erzeugt der Druckabfall an den Drosselöffnungen
11
eine Kraft, die sich entsprechend der Strömungsmenge des von der Pumpe
1 in die Leitung 3 ge-
förderten Brennstoffs ändert und den Kolben
gegen die Kraft der Feder 17 in eine die Öffnung 16
drosselnde Stellung
bewegt. Die Nadelventile 8 und 9
stellen fest einstellbare Drosselöffnungen
dar, die beide über eine gemeinsame Rückleitung 18 zum Tank 2 führen.
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F i g. 2 ist ein Diagramm zur Darstellung der Wirkungsweise.
Die strichpunktierte Linie a zeigt die Förderrnenge der Brennstoffpumpe
1 in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl; es ist zu erkennen, daß die
Förderinenge proportional der Maschinendrehzahl ist. Die Linie b wird dadurch
erhalten, daß von jedem Wert der Linie a die Menge m abgezogen wird, die
infolge des im Brenner 6 entstehenden Gegendrucks bei der betreffenden Maschinendrehzahl
durch das dauernd offene Nadelventil 8 abströmt; die Linie c zwischen den
Punkten 0 und A
wird in entsprechender Weise dadurch erhalten, daß
von der Linie b in jedem Punkt die Menge n abgezogen wird, die durch das
Nadelventil 9 abströmt, wenn der Auslaß 16 offen ist. Im Punkt
A ist die Strömungsmenge so groß, daß der Kolben 10 des Ventils den
Druck der Feder 17 übenvindet, so daß bei weiterem Anstieo, der Maschinendrehzahl
das Ventil 7 die Öffnung 16 allmählich schließt, bis diese Öffnung
beim Punkt B vollständig geschlossen ist. Daraus folgt, daß zwischen den Punkten
0 und A
die Strömung in der Brennstoffleitung 15 der
Linie c des Diagramms entspricht, dann zum Punkt B steil ansteigt, wie durch die
Linie d dargestellt ist, und dann vom Punkt B bis zu einem Punkt
C, bei dem angenommen wird, daß der größte Teil der Strömung durch das Drehzahlreglerventil
5 allmählich zum Ab-
strömen gebracht wird, der Diagrammlinie e folgt,
so daß die gesamte Strömung zum Brenner 6 durch die stark ausgezogene Linie
im Diagramm dargestellt ist. Das Diagramm zeigt ferner die unterbrochene Linie f,
die die zulässige Brennstoffmenge der Maschine darstellt, die durch die Gefahr einer
überhitzung bestimmt ist. Es ist zu erkennen, daß bei geeigneter Bemessung der Öffnungen
der beiden Nadelventile 8 und 9 sowie der Belastung der Feder
17 mittels einer Einstellschraube 19 in Verbindung mit einer geeigneten
Wahl der Feder erreicht werden kann, daß die Brennstofförderkurve 0-A-B-C sich sehr
der Kurve f der zulässigen Brennstoffmenge nähert. In der Praxis wird die
Anordnung durch verschiedene Sicherheitsvorrichtungen und andere
Regeleinrichtungen
ergänzt, beispielsweise eine überdrehzahlauslösung, ein überdruckentlastungsventil
und andere Organe, die für den Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung unter normalen
Anlaßbedingungen ohne Einfluß. und daher nicht beschrieben oder dargestellt sind.