DE1426267A1

DE1426267A1 - Steuerung fuer die Brennstoffzufuhr einer Gasturbine

Info

Publication number: DE1426267A1
Application number: DE19611426267
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1960-01-29
Filing date: 1961-01-27
Publication date: 1969-01-09
Also published as: GB946111A

Description

OR. F. E. TRETTIN PATENTANWJtLTM

6 FRANKFURTA4. Frankfurt a.M., den 26. Januar 1961

KROGKSTR. 5-ra. 281507

JOSEPH LUCAS (INDUSTRIES) LIMITED, Birmingham (England)

Steuerung für die Brennstoffzufuhr einer Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Brenstoffzufuhr zu der Brennkammer einer Gastur-bine.

Um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, werden nachstehend di« folgenden, Abkürzungen "benutzt: Die tatsächliche Geschwindigkeit der Maschine zu einer beliebigen Zeit heißt Na, der Druck und die Temperatur de?4n den Verdichter eintretenden Luft wird'mit P bzw. T bezeichnet, und der zur Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit Na erforderliche Brennstoffzustrom wird mit F benannt. Des weiteren wird die Geschwindigkeit, die bei einer Beschleunigung oder Verzögerung der Maschine erreicht werden soll, als "gewünschte Geschwindigkeit" bezeichnet.

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F JTp

Wenn ein Diagramm mit den Koordinaten und aufgestellt und darin eine Kurve gezeichnet wird, die den beständigen Lauf der Maschine darstellt, zeigt es sich, daß innerhalb kleiner Fehlergrenzen diese Kurve von P und T ' unabhängig ist. Eine weitere Kurve kann eingezeichnet werden, die die Abnahme der Wirksamkeit des Kompressors als Ergebnis einer zur schnellen Beschleunigung der Maschine darstellt, während eine dritte Kurve eingezeichnet werden kann, die das Erlöschen der Flamme während einer Verzögerung auf Grund ungenügender Brennstoffzufuhr darstellt.

Unter gewissen Umständen ist es erwünscht, daß man die Maschine sehr schnell beschleunigen oder verzögern kann. Es können im Diagramm Kurven eingezeichnet werden, we'lche die maximalen Gescheindigkeiten, mit denen die Maschine beschleunigt oder verzögert werden kann, darstellen," ber denen aber noch ein Fehlerrandbereich vorgesehen ist, der das Unwirksamwerden der Maschine verhindert.' Diese Kurven"*^χ'·^; v/erden nachstehend als "ideale Beschleunigungskurve" und "ideale Verzögerungskur.ve" bezeichnet. Die Maschinen-. geschwindigkeiten auf einer der beiden idealten Kurven werden als "ideale, Geschwindigkeit en'¹ bezeichnet.

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Betrachtet man zunächst die ideale Beschleunigungskurve, so sollen die idealen Geschwindigkeiten auf dieser Kurve die Bezeichnung Ni haben. Wenn ^ P der für die Beschleunigung der Maschine längs der idealen Besehleunigungskurve erforderliche BrennstoffÜberschuß ist, dann kann man, da 4 &T sehr klein sind, schreiben:

ilia]

LTtJ

wo g eine Funktion der speziellen Maschine ist,

Empirisch wurde gefunden, daß a Ni

at

df Na

.ebenfalls eine Punktion der Maschine ist,

Durch Einsetzen von Λ. Ρ erhält man

d Ni dt

Na

\ps

Wird weiterhin, eingeführt f Ni aufgelöst, so ergibt sich

■Kl = P

g und die Gleichung nach

Na

dt

BAD ORIGINAL

Diese Gleichung gibt die Maschinengeschwindigkeit zur Zeit 't¹ wieder, wenn die Maschine längs der idealen Beschleunigungskurve beschleunigt wird.

Wenn Ni¹ die ideale Geschwindigkeit zu einem beliebigen Augenblick darstellt, während die Maschine längs der idealen Verzögerungskurve verzögert wird, kann man in gleicher Weise errechnen

Ni' = P V^D ( f' J Na

dt (2)

wo f' eine andere Funktion der Maschine ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung anzugeben, mit deren Hilfe eine Maschine während der Beschleunigung auf der Geschwindigkeit Ni und /oder während der Verzögerung auf der Geschwindigkeit Ni¹ gehalten werden kann. Es wurde gefunden, daß zur Erreichung dieses Ziels in der Praxis durch entsprechende Einstellung der Punktionen der Ausdruck ^""τ in den Gleichungen (1) und (2) in erster Annäherung vernachlässigt werden kann.

Eine Steuerung gemäß der Erfindung weist in Kombination auf: Mittel zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals,

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das der tatsächlichen Maschinengesehwindigkeit proportional ist, eine Steuereinrichtung, die das erste Signal und ein zweites Signal empfängt und dazu dient, die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer der Maschine konstant zu halten, wenn das erste und das zweite Signal eine vorbestimmte relative Größe haben, aber die Brennstoffzufuhr erhöht oder erniedrigt, wenn ein Unterschied gegenüber der vorbestimmten relativen Größe vorhanden ist, eine von Hand zu "betätigende Einrichtung zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals, das der gewünschten Geschwindigkeit der Maschine proportional ist, und Mittel zur Erzeugung des zweiten Signals, durch die das zweite Signal dem ersten Signal zugeordnet ist, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit und die gewünschte Geschwindigkeit gleich sind, durch die aber des zweite Signal im wesentlichen proportional zur idealen Geschwindigkeit gehalten wird, wenn die gewünschte Geschwindigkeit größer und /oder wenn die gewünschte Geschwindigkeit kleiner ist als die tatsächliche Geschwindigkeit.

Ein Beispiel der Erfindung ist schematisch in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.

Dort ist eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung 1 veran- sohaulicht, der von einem Tachometergenerator 2 ein erstes elektrisches Signal, das der tatsächlichen Geschwindigkeit

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Na der Maschine proportional ist, und außerdem ein zweites Signal von einem Integrator 3, der später noch beschrieben wird, zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 1 steuert über einen Verstärker 4 einen Motor 5, der seinerseits ein Ventil 6 zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer 7a der Maschine 7 überwacht. Der Motor 5 weist Transduktoren auf, die vom Motorwinkel und von der Motorgeschwindigkeit abhängige Signale erzeugen, und diese Signale werden ebenfalls der Steuereinrichtung 1 zugeführt, um den Betrieb des Motors zu stabilisieren. Die Anordnung ist derart getroffen, daß, wenn das erste und das zweite Signal gleich sind (oder wenn sie irgendeine andere vorbestimmte Relation zueinander haben) die Steuereinrichtung die Brennstoffzufuhr konstant hält, wenn jedoch das zweite Signal größer oder kleiner als das erste Signal ist, erhöht oder erniedrigt die Steuereinrichtung die Brennstoffzufuhr.

Innerhalb des Luftansaugstutzens 7b der Maschine ist ein druckempfindliches Element 8 und ein temperaturempfindlicher Widerstand 9 (über deren Zweck noch berichtet wird) und ein zweiter Widerstand Io angeordnet.

Der Widerstand Io führt zu einem Signal in Abhängigkeit von der Temperatur, und dieses Signal, zusammen mit dem ersten Signal vom Generator 2 wird einer Einheit 11 von einer, beliebigen üblichen Form zugeführt, die ein Ausgangssignal

Wa
proportional dem Wert erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird

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einem Funktionsgenrator 12 übermittelt, der aus zwei Teilen ■besteht, liner dieser Teile erzeugt die Punktion f -γ>ψ— , die in der obigen Gleichung (l) erscheint, während der andere Teil die Punktion f^f -rrhg , aus der obigen Gleichung (2) erzeugt. Ein Paar Dioden 13,14 stellen sicher, daß zu jedem Zeitpunkt nur eine dieser Funktionen von dem Generator 12 abgegeben werden kann.

Der Ausgangswert des Generators 12 wird den Einheiten 15,16 zugeführt, die dem Widerstand 9 bzw. dem Element 8 zugeordnet sind. Die Einheiten 15,16 modifizieren das Signal mitteils der Faktoren y~T bzw. P, und der Ausgangswert der Einheit 16 wird dem Integrator 3 zugeführt. Dies kann in beliebiger bekannter Weise geschehen, und wenn der Integrator ,ein Signal von der Einheit 16 empfängt, erzeugt er einen Ausgangswert, der ausgedrückt werden kann durch

P fT J h

wo ta entweder die Punktion f oder die Funktion f· darstellen kann.

Bee weiteren ist ein Wähler 17 vorgesehen, der durch den Piloten toetatlgt werden kann, um ein drittes Signal zu erzeugen, welches der gewünschten' Geschwindigkeit entspricht. Das dritte Signal wird einem Verstärker 18 zugeführt, der

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außerdem auch das erste Signal empfängt. Der Verstärker 18 ist so aufgetaut, daß er nur dann einen Ausgangswert abgibt, wenn diese beiden Signale voneinander unterschiedlich sind.

Die Arbeitsweise der Steuerung ist die folgendes

Wenn die Maschine stetig läuft, ist die gewünschte Geschwindigkeit gleich der tatsächlichen Geschwindigkeit. Der Verstärker 18 gibt keinen Ausgangswert ab und keine der Dioden 13,14 ist leitend. Daher wird von dem Generator kein Signal zu dem Integrator 3 geleitet und der Ausgangswert des Integrators 3 (d.h. das zweite Signal) ist gleich dem ersten Signal, so daß die Steuereinrichtung die Brennstoffzufuhr konstant hält.

V/enn der Pilot wünscht, die Maschine zu beschleunigen, ändert er den Wähler 17, so daß die gewünschte Geschwindigkeit größer ist als die tatsächliche Geschwindigkeit. Der Verstärker 18 erzeugt nun einen Ausgang swer"c, so daß die Diode 13 leitend wird. Hierbei ergibt sich ein zweites Signal:

P fT

Na

dt-

und die Steuereinrichtung stellt die Brennstoffzufuhr so ein, daß die Maschine längs oder im wesentlichen längs der idealen Beschleunigungskurve beschleunigt wird, bis die gewünschte

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- 9 Geschwindigkeit erreicht ist.

Wenn der Pilot die Maschine verzögert, wird die Diode 14 leitend und die Funktion f wird dem Integrator 3 zugeführt. In diesem Fall wird die Maschine so gesteuert, daß sie sich längs oder im wesentlichen längs der idealen Verzögerungskurve verzögert.

In einer Abwandlungsfortn kann man auch, anstatt das erste Signal dem Verstärker 18 zuzuführen, diesem den Ausgangswert des Integrators zuleiten.

Es ist klar, daß, obgleich in dem beschriebenen Beispiel der Generator 12 zwei Teile zur Erzeugung der Funktionen f und f¹ "besitzt, die Erfindung auch anwendbar ist, wenn lediglich eine Steuerung entlang der idealen Beschleunigungskurve allein oder entlang der idealen Verzögerungskurve allein vorgenommen werden soll. Des weiteren kann man durch entsprechende Einstellung der Funktion oder der Funktionen, die von dem Generator 12 erzeugt werden, das Element 9 und die Einheit 15 fortfallen lassen.

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Claims

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- Io -

Patentanspruch

Steuerung für die Brennstoffzufuhr einer Gasturbine, gekennzeichnet durch die Kombination einer Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals, das der tatsächlichen Geschwindigkeit der Maschine proportional ist, einer Steuereinrichtung, die das erste Signal und ein zweites Signal empfängt und die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer der Maschine konstant hält, wenn das erste und das zweite Signal eine vorbestimmte Größenrelation besitzen, aber die Brennstoffzufuhr erhöht oder absenkt, wenn diese Signale von der vorbestimmten Größerirelation abweichen, einer handbetätigbaren Vorrichtung zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals, das der gewünschten Maschinengeschwindigkeit proportional ist, und einer Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals, durch welche das zweite Signal dem ersten Signal zugeordnet ist, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit und die gewünschte Geschwindigkeit gleich sind, aber durch die das zweite Signal im wesentlichen proportional der idealen Geschwindigkeit gemacht wird, wenn die gewünschte Geschwindigkeit größer und/oder kleiner ist als die tatsächliche Geschwindigkeit.

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