DE1426355C3 - Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinentriebwerk mit einer von diesem angetriebenen Verdrängerpumpe und einem mittels einer federbelasteten Balganordnung vom absoluten Lufteintrittsdruck des Triebwerksverdichters bewegbaren Steuerschieber in der zur Einspritzleitung führenden Pumpendruckleitung.

Aus der deutschen Patentschrift 1 137 906 ist eine Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinentriebwerk mit einer von letzterem angetriebenen Verdrängerpumpe mittels einer Balganordnung vom absoluten Lufteintrittsdruck des Triebwerkes abhängigen Steuerschieber für den Brennstoff bekannt.

Eine derartige bekannte Brennstoffregelanlage weist den Nachteil auf, daß sie insbesondere während der Beschleunigung nicht einen optimalen Betrieb ermöglicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffregelanlage zu schaffen, die insbesondere im Beschleunigungsbereich wirksam und im Aufbau einfach ist und die es während der Beschleunigung des Triebwerks verhindert, daß die Brennstoffzufuhr so groß wird, daß ein instabiler Verdichterbetrieb oder eine überhitzung des Triebwerks eintritt, wobei gleichzeitig sichergestellt Werden soll, daß die Brennstoffzufuhr sich dicht an diesen kritischen Wert annähert, damit die mögliche Beschleunigung des Triebwerks nicht unnötig begrenzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steuerschieber in an sich bekannter Weise gegensinnig zur Durchlaßöffnung in der zur Einspritzleitung führenden Pumpendruckleitung eine D.urchlaßöffnung in einer von der Pumpendruckleitung abgezweigten, zum Pumpeneinlaß zurückführenden Leitung steuert, in der ein Drosselventil angeordnet ist, das den Druck hinter der zusätzlichen Durchlaßöffnung an denjenigen hinter der Durchlaßöffnung in der zur Einspritzleitung führenden Pumpendruckleitung selbsttätig angleicht, und daß ein von der Druckzunahme im Triebwerksverdichter beaufschlagter, mit einer Gegenfeder versehener weiterer Balg so angeordnet ist, daß er von einem bestimmten Wert zwischen dem Ausgangs- und Eintrittsdruck des Verdichters ab ebenfalls auf den Steuerschieber einwirkt. In vorteilhafter Weise wird die an sich bekannte Balgverstellung des Steuerschiebers, welche die Brennstoffzufuhr entsprechend dem absoluten Einlaßdruck begrenzt, mit einer Verstellung durch einen zweiten federbelasteten Balg kombiniert, wobei die Ausbildung derart ist, daß sich dieser zweite Balg ohne Beeinflussung des Steuerschiebers bewegt, bis ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis erreicht ist, wonach eine Anlage gegen den anderen Balg erfolgt, so daß die Steigung der Kurve des Brennstoffstroms beträchtlich erhöht wird. Dadurch wird die bei höheren Verdichtungsverhältnissen mögliche Beschleunigung ebenfalls erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform weisen beide Bälge wenigstens annähernd gleiche Wirkflächen auf.

In den Figuren der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, bei dem die Brennstoffmenge je Triebwerksumdrehung für einen gegebenen Verdichtereinlaßdruck als Funktion des Verdichtungs-

Verhältnisses γ dargestellt ist,

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Brennstoffregelanlage gemäß der Erfindung und

F i g. 3 eine abgewandelte Ausführungsform.

In F i g. 1 sind die Kurven a,a\ und al Brennstoffströmungskurven des stationären Zustandes, die

Kurve α bezieht sich dabei auf einen -5- -Wert von

1,0, die Kurve al auf einen -^ -Wert von 1,5 und die

Kurve al auf einen Mittelwert von γ -Wert, wobei

P₁ der Gesamtdruck am Triebwerksverdichtereinlaß und P₁ der statische Druck am Triebwerksverdichtereinlaß ist. Der Bereich b ist der sogenannte Uberdrehungsgrenzbereich. Um zufriedenstellende Beschleunigungsbedingungen des Triebwerks sicherzustellen, muß der Brennstoffstrom zwischen der Kurve α und dem Bereich b liegen. Eine Kurve, die so dicht wie möglich der unteren Grenze der Uberdrehungsgrenze sich nähert, ist wünschenswert.

Diese Annäherung wird nun mittels einer Kurve erreicht, wie sie bei c dargestellt ist. Bis zu einem Punkt C entspricht diese Kurve einem vorbestimmten

Wert von γ, wobei eine Strömungsmenge pro Umdrehung zugeführt wird, die proportional P₁ ist und die unabhängig von P₂ (Triebwerksverdichteraustrittsdruck) ist, was durch den horizontalen Teil der Kurve c dargestellt ist. Diese Kurve verläuft für

Werte von γ, die über dem besagten Wert liegen,

proportional zu P₂, so daß der dargestellte Wert -p-jj proportional zu γ ist, wobei m die Brennstoffmenge und N die Triebwerksdrehzahl ist und wobei dieser proportionale Wert durch den rechten Teil der Kurve c dargestellt wird.

Gemäß F i g. 2 tritt Brennstoff von einem Behälter kommend bei A ein und erreicht über eine Zentrifugalpumpe 1 eine Zahnradpumpe 2, deren Welle 3 mit dem Triebwerk gekuppelt ist, so daß die Pumpe einen Brennstoffstrom abgibt, der proportional zur Triebwerksdrehzahl ist. Dieser Brennstoffstrom wird über eine Leitung 4 einem Steuerschieber 5 zugeführt, der von einer ringförmigen Kammer 6 umhüllt ist, die zwischen zwei Schieberkanten eingeschlossen ist. Diese Schieberkanten wirken mit zwei Durchlaßöffnungen 7 und 8 zusammen, die derart bemessen sind, daß diese lineare Eigenschaften bezüglich des Verhältnisses von Querschnitt zur Verschiebung haben; ferner sind diese öffnungen derart angeordnet und ausgebildet, daß der gesamte Strömungsquerschnitt unabhängig von der Stellung des Steuerschiebers dauernd konstant ist. Die Durchlaßöffnung 7 speist die Brennkammern des Triebwerks über eine Leitung 9, während die Durchlaßöffnung 8 über eine Kammer 10 mit einer Leitung verbunden ist, die zum Einlaß der Zahnradpumpe 2 zurückführt.

Um die Verteilung des Brennstoffstroms zwischen den Durchlaßöffnungen 7 und 8 proportional zu deren Querschnitt zu machen, ist zwischen der Durchlaßöffnung 8 und der Kammer 10 ein Drosselventil 12 vorgesehen, welches durch die Druckdifferenz an der stromabwärts gelegenen Seite der Durchlaßöffnungen 7 und 8 bewegbar ist; dieses Drosselventil hält den stromabwärtigen Druck der Durchlaßöffnung 8 gleich dem an öffnung 7.

Damit die Verschiebung des Steuerschiebers 5 proportional zum Triebwerksverdichter-Einlaßdruck P₁

ist, wenn sich das Verdichtungsverhältnis γ unterhalb eines bestimmten Werts befindet, ist der Steuerschieber mit einer federbelasteten Balganordnung verbunden, welche einen Balg 13 aufweist, dem Triebwerksverdichter-Einlaßdruck bei 14 zugeleitet wird, wobei dieser Balg 13 gegen einen evakuierten Balg 13 a vom gleichen Querschnitt wirkt, so daß eine Erhöhung des Triebwerksverdichter-Einlaßdrucks P₁ eine Vergrößerung des in die Brennerleitung 9 geleiteten Brennstoffstroms bewirkt. Um eine Regelung zu schaffen, die proportional zum Triebwerksverdichter-Austrittsdruck arbeitet, wenn das Verdichtungsverhältnis den besagten bestimmten Wert übersteigt, ist ein Balg 15 vorgesehen, der einen zwischen zwei Federn 17 und 18 angeordneten Anschlag 16 trägt. Der Balg wird durch die Druckzunahme P₂-Pi im Triebwerk beaufschlagt, der in der Kammer 19 wirkt, wobei diese Druckzunahme den Druck überwiegt, der in der Kammer 21 wirksam ist, die mit dem Inneren des Balgs 13 in Verbindung steht. Dadurch wird der Balg aus der dargestellten Lage, in der sich der Anschlag 16 im Abstand von einem weiteren Anschlag 20 befindet, der mit dem Steuerschieber 5 verbunden ist, zu diesem Anschlag hin

bewegt. Wenn das Verdichtungsverhältnis γ unter einem bestimmten Wert liegt, ist die Wirkung des Triebwerksverdichter-Austrittsdruckes P₂ in der Kammer 10 lediglich die, den Abstand zwischen den Anschlägen 16 und 20 zu vermindern. Wenn jedoch dieser bestimmte Wert erreicht wird, schlagen die Anschläge 16, 20 aneinander an, so daß bei einer

weiteren Erhöhung des Werts γ die Kräfte der

Bälge 13, 15 den Steuerschieber 5 in eine Stellung . bewegen, in der er einem größeren Anteil des Brennstoffstroms ermöglicht, die Brenner zu erreichen. Der wirksame Querschnitt des Balgs 15 ist gleich dem

des Balgs 13, so daß für Werte von -£■, die den be-

"l

stimmten Wert übersteigen, die Stellung des Steuerschiebers 5 ausschließlich durch den Triebwerksverdichter-Austrittsdruck P₂ bestimmt wird.

F i g. 3 zeigt eine Abänderung der in F i g. 2 dargestellten Anordnung, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Hauptunterschied zwischen den in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungen besteht darin, daß ein Hebelgestänge 33 zwischen dem Schaft des Steuerschiebers 5 und dem Anschlag 20 eingeschaltet ist, so daß die Achsen der Bälge 13 und 15 seitlich gegenüber der Achse des Steuerschiebers 5 versetzt sind. Weiterhin wurde der in F i g. 2 dargestellte einzelne Vakuumbalg 13a durch ein Paar Vakuumbälge 13al und 13 a 2 ersetzt, die symmetrisch zur Achse des Anschlages 20 angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

i 426 Patentansprüche:

1. Brennstoffregelanlage Für ein Gasturbinentriebwerk mit einer von diesem angetriebenen Verdrängerpumpe und einem mittels einer federbelasteten Balganordnung vom absoluten Lufteintrittsdruck des Triebwerksverdichters bewegbaren Steuerschieber in der zur Einspritzleitung führenden Pumpendruckleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (5) in an sich bekannter Weise gegensinnig zur Durchlaßöffnung (7) in der zur Einspritzleitung führenden Pumpendruckleitung (4) eine Durchlaßöffnung (8) in einer von der Pumpendruckleitung abgezweigten, zum Pumpeneinlaß zurückführenden Leitung steuert, in der ein Drosselventil (12) angeordnet ist, das den Druck hinter der Durchlaßöffnung (8) an denjenigen hinter der Durchlaßöffnung (7) selbsttätig angleicht, und daß ein von der Druckzunahme (P₂-Pi) im Triebwerksverdichter beaufschlagter, mit einer Gegenfeder (17, 18) versehener weiterer Balg (15) so angeordnet ist, daß er von einem bestimmten Wert (jr~) zwischen dem Ausgangs- und Eintrittsdruck des Verdichters ab ebenfalls auf den Steuerschieber (5) einwirkt.

2. Brennstoffregelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bälge (13, 15) wenigstens annähernd gleiche Wirkfläche aufweisen.