DE1426345C - Regeleinrichtung fur Gasturbinen triebwerke - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für strichelten Linie zunächst sehr schnell bis auf die die

Gasturbinentriebwerke mit einer Rücklaufeinspritz- Brennkammer vor dem Erlöschen schützende Be-

düsc für den Kraftstoff, in deren Rücklaufleitung grenzungslinie d und langsamer gemäß deren Verlauf

eine Drossel mit in Abhängigkeit auch vom Ver- bis zum Punkt D ab, worauf er wieder nach der

dichtereintrittsdruck gegen den Druck einer einstell- 5 Kurve/ bis zum Punkt A ansteigt. Der beschriebene

baren Feder gesteuertem Durchströmquerschnitt an- Regelablauf gilt, wie eingangs festgelegt, für die in

geordnet ist, und mit den Kraftstoffdurchsatz steuern- Bodennähe betriebene Gasturbine, wobei der Ver-

den Grenzreglern für die Gastemperatur und die dichter weder ins Pumpen gerät noch die Brenn-

Triebwerksdrchzahl. kammer erlischt. Wird diese so geregelte Gasturbine

Zur klaren Herausstellung der der Erfindung zu- io jedoch in größerer Höhe betrieben, also mit einem gründe liegenden Aufgabe sei zunächst die Wirkungs- kleineren Verdichtereintrittsdruck P₁ ⁰, so besteht einweise einer Regeleinrichtung für gleichbleibenden mal die Gefahr, daß der Verdichter beim starken Be-Verdichtcreintrittsdruck an Hand des Schaulinien- schleunigen ins Pumpen gerät, dadurch begründet, bilds gemäß Abb. 1 der Zeichnung grundsätzlich er- daß bei kleinerem Verdichtereintrittsdruck bei jeder läutert. Dieses Schaulinienbild gibt Aufschluß über 15 Turbinendrehzahl ein geringeres Luftgewicht durchden jeweiligen Kraftstoffdurchsatz B bei den ver- gesetzt wird und die Kraftstoffmenge, die jeweils notschiedenen Drehzahlen η und Belastungen einer Ein- wendig ist, um eine bestimmte Gastemperatur vor wcllcn-Gasturbine. Die Kurven a, b und c sind Trieb- der Turbine zu erreichen, auch entsprechend kleiner werkskennlinien, die Kurven d, e, j, g und h dagegen ist. An Hand des Schaulinienbilds erläutert würde Rcglerkcnnlinicn. Das Kennfeld gilt für eine Luft- 20 dies bedeuten, daß beim kleineren Verdichteransaugtemperatur und einen Verdichtereintritts- eintrittsdruck die Kurve α tiefer verliefe als die Bedruck p°, wie sie in der Regel in Bodennähe grenzungslinie c. Gleichermaßen abgesenkt würden herrschen. auch die Kurven b und c verlaufen. Auch Kurve d

Die Kurven haben im einzelnen folgende Bedeu- kann tiefer verlaufen, da beim geringeren Durchsatz-

tung: Der Kurve α können die Kraftstoffdurchsatz- 25 gewicht des Verdichters die Brennkammer auch erst

werte B entnommen werden, die bei den verschiede- bei einem entsprechend kleineren Kraftstoffdurchsatz

nen Turbinendrehzahlen η nicht erreicht bzw. nicht erlischt. Bei geringen Belastungen und insbesondere

überschritten werden dürfen, wenn ein Pumpen des bei Leerlauf besteht im übrigen noch die Gefahr, daß

Verdichters vermieden werden soll. Im weiteren wird die Turbine durchgeht, sofern der Regler nicht in der

von dieser Kurve als von der »Pumpgrenze« ge- 30 Lage ist, hierbei den Kraftstoff in dem für die Ab-

sprochen. Senkung insbesondere der Kurven c und d erforder-

Kurve b zeigt den Kraftstoffdurchsatzverlauf über liehen Ausmaß abzustcuern. Es muß also die Regeiden Drehzahlen bei maximaler Abgastemperatur und einrichtung, wie an sich bekannt, so ausgelegt voll belasteter Gasturbine. werden, daß bei Absinken des Verdichtereintritts-

Kurve c zeigt den Verlauf des Kraftstoffdurch- 35 drucks p_t° jeweils selbsttätig eine Anpassung der

SaIzCSbCiLcCrIaUf(W = O). maximalen und minimalen Kraftstoffdurchsätze an

Kurve/stellt den Kraftstoffdurchsatz in Abhängig- den neuen Verdichtereintrittsdruck im Sinn der Ver-

keit von der Drehzahl für eine mittlere Belastung hinderung des Pumpcns des Verdichters, des Durch-

durch eine Arbeitsmaschine dar. gehens der Turbine und des Erlöschens der Brenn-

Die Kurven d und e stellen der Auslegung der 40 kammer erfolgt. Die der Erfindung zugrunde liegende

Regeleinrichtung entsprechende Begrenzungslinien Aufgabe ist darin zu sehen, diese Anpassung exakt

für den Kraftstoffdurchsatz dar. Die Begrenzung mit möglichst einfachen Mitteln sicherzustellen. Es

nach d verhindert ein Erlöschen der Brennkammer ist eine Regeleinrichtung der vorangestellten Art be-

beim starken Verzögern der Gasturbine, die Be- kannt, bei der der Verdichtereintrittsdruck an der

grenzung nach e dagegen ein Überschreiten der 45 Höhenanpassung insofern beteiligt ist, als die Drossel

Pumpgrenze (Kurve α) bei starker Beschleunigung in der Rücklaufleitung der Einspritzdüse in Ab-

der Turbine. hängigkeit von einem sich aus dem Mittelwert aus

Nach den Linien /, g und Ii ändert sich der Kraft- Verdichtereintrittsdruck und Verdichteraustrittsdruck stoffdurchsatz bei stationärem Betrieb und konstanter ergebenden Wert gesteuert wird. Diese Art der Steue-Stcllung des Drehzahlwählhebcls in Abhängigkeit von 5° rung befriedigt insofern nicht, als sowohl bei voller der Belastung zwischen dem Leerlaufdurchsatz Verdichterdrehzahl und größerer Flughöhe als auch (Kurve c) und dem Vollastdurchsatz (Kurve b). Bei bei Teildrchzalen und entsprechend niedrigeren Flugstarkem Beschleunigen und Verzögern der Turbine höhen eine gleiche Beeinflussung der Drossel stattist der Änderungsvcrlauf des Kraftstoffdurchsatzes finden kann. Die bekannte Regeleinrichtung empein anderer. Wird beispielsweise die mit der Dreh- 55 fängt somit nur bei gleichbleibender Verdichterdrehzahl /i, laufende Gasturbine plötzlich auf die Dreh- zahl einen eindeutig auf die Flughöhe bezogenen zahl /I₂ beschleunigt, so steigt der Kraftstolfdurch- Impuls.

satz vom Punk/ A aus nach der gestrichelten Linie Erfindungsgemäß wird die Höhenanpassung dazunächst sehr schnell an bis zu der das Pumpen des durch erreicht, daß die in der Rücklaufleitung an-Vcrdichtcrs verhindernden Begrenzungslinie e. Dieser 60 geordnete Drossel allein vom Verdichtereintrittsdruck folgend steigt der Durchsatz dann langsamer an bis und derart gesteuert wird, daß mit abnehmendem zum Punkt D und sinkt von dort aus, der Kurve g Druck der Durchströmcjuerschnitt zunimmt. Die erfolgend, auf den dem neuen Betriebszustand bei Ai₂ findungsgemäße Regeleinrichtung empfängt also bei entsprechenden Wert (Punkt C) auf Kurve/ ab. einfachem Aufbau über den gesamten Betriebsbereich Analog gestaltet sich der Verlauf bei starkem Ver- 65 der Turbine stets einen eindeutigen Impuls entzögern der Turbine. Wird beispielsweise die mit der sprechend der jeweiligen Flughöhe.
Drehzahl n₂ laufende Turbine auf n, zurückgeregelt, Eis empfiehlt sich, jeweils den Drosselcjuerschnitt so fällt der Kraftstoffdurchsatz von C nach der ge- so zu steuern, daß das Verhältnis des Verdichter-

eintrittsdrucks zum maximalen und minimalen Kraftstoffdurchsatz über den ganzen Drehzahlbereich der Gasturbine wenigstens annähernd konstant ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

A b b. 1 zeigt das bereits besprochene Schaulinienbild und

Abb. 2 schematisch den mechanischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

In A b b. 2 ist die Brennkammer einer Gasturbine mit 1, der diffusorartig ausgebildete Abgasstutzen mit 2, ein als Sicherheitsregler dienender Begrenzungsregler für die Abgastemperatur mit 3, eine den Drehzahlregler und die Kraftstoffpumpe enthaltende Baueinheit mit 4 und der die Kraftstoffabsteuerung im Sinn der Erfindung vornehmende Höhenkorrektor mit 5 bezeichnet. Die Regeleinrichtung arbeitet grundsätzlich und ohne Berücksichtigung des Höhenkorrektors 5 folgendermaßen: Der Kraftstoff fließt der mit dem Drehzahlregler zu der ao Baueinheit 4 vereinigten Pumpe durch die Leitung 6 zu. Die Druckleitung 7 der Pumpe ist an die in die Brennkammer 1 eingesetzte Einspritzdüse 8 angeschlossen. Durch Betätigung des auf den Regler einwirkenden Drehzahlwählhebels 9 an der Baueinheit 4 ist die Drehzahl der Gasturbine in den durch deren Auslegung gegebenen Grenzen einstellbar. Um eine Überlastung der Turbine mit Sicherheit zu verhindern, ist hinter der Turbine im Abgasdiffusor 2 ein Temperaturwächter 10 angeordnet, dessen Impulse dem eine Beipaßleitung 11 zur Kraftstoffpumpe beherrschenden Begrenzungsregler 3 zugeleitet werden. Die Regelung erfolgt im Sinn der Einhaltung einer maximal zulässigen Abgastemperatur über den ganzen Drehzahl- und Lastbereich der Turbine.

Um nun auch bei Betrieb in größeren Höhen, d. h. bei einem kleineren Verdichtereintrittsdruck P₁ den gleichen ordnungsgemäßen Betrieb wie in Bodennähe sicherzustellen und um vor allen Dingen zu verhindern, daß bei dem kleineren Verdichtereintrittsdruck ein Pumpen des Verdichters bei scharfer Beschleunigung der Turbine bzw. ein Durchgehen derselben bei geringer Belastung und Leerlauf eintritt, weist die beschriebene Regeleinrichtung noch zwei Besonderheiten auf. Die eine besteht darin, daß die Hinspritzdüse 8 eine an sich bekannte Rücklaufdüse ist. Durch eine vom Raum 23 in dieser Düse vor der Düsenbohrung ausgehende Leitung 12 wird laufend ;in mehr oder weniger großer Teil der von der Pumpe durch die Leitung 7 zugeförderten Kraftstoffmenge zur Ansaugseite der Pumpe zurückgeleitet. Die zweite Besonderheit besteht darin, daß die Leitung 12 durch eine Drossel beherrscht wird, deren Querschnitt in Abhängigkeit vom Verdichtereintrittsdruck P₁ im erforderlichen Sinn gesteuert wird.

Diese Drosseleinrichtung ist im als Höhenkorrektor 5 bezeichneten Bauteil untergebracht Sie besteht im wesentlichen aus einer in einem ständig unter dem Verdichtereintrittsdruck ^₁ ⁰ stehenden Raum 14 angeordneten Barometerdose 13, die auf einen den Rückfluß von Kraftstoff durch die Leitung 12 und eine Leitung 15 zur Ansaugleitung 6 der Kraftstoffpumpe steuernden Kolbenschieber 16 entgegen einer Feder 17 einwirkt. Bei Ausdehnung der Barometerdose 13 wird der Schieber 16 in der Zeichnung nach rechts verschoben, gibt hierbei mit seiner Kante 22 nacheinander Drosselbohrungen 18 frei und gibt damit dem durch die Leitung 12 zuströmenden Kraftstoff in wachsendem Ausmaß den Weg in die Kammer 19 und damit in die Leitung 15 frei. Die Gesetzmäßigkeit, nach der die Querschnittsfreigabe erfolgt, ist durch die der Erfindung zugrunde liegende, an Hand der A b b. 1 bereits erläuterte Aufgabe gegeben. Dem gesteuerten Drosselquerschnitt ist eine mittels einer Nadel 20 fest einstellbare Drosselstelle parallel geschaltet, um eine Grundeinstellung zu ermöglichen. In der Leitung 15 ist ein sich nur zur Ansaugleitung 6 der Pumpe öffnendes Rückschlagventil 21 angeordnet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke mit einer Rücklaufeinspritzdüse für den Kraftstoff, in deren Rücklaufleitung eine Drossel mit in Abhängigkeit auch vom Verdichtereintrittsdruck gegen den Druck einer einstellbaren Feder gesteuertem Durchströmquerschnitt angeordnet ist, und mit den Kraftstoffdurchsatz steuernden Grenzreglern für die Gastemperatur und die Triebwerksdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Rücklaufleitung (12, 15) angeordnete Drossel (16) allein vom Verdichtereintrittsdruck (P₁) und derart gesteuert wird, daß mit abnehmendem Druck der Durchströmquerschnitt (18, 22) zunimmt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen