DE1426345C - Regeleinrichtung fur Gasturbinen triebwerke - Google Patents
Regeleinrichtung fur Gasturbinen triebwerkeInfo
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Description
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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 pt° 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-
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)
- 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
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