DE1476830C - Brennstoff steuervorrichtung zur Beschleunigung von Gasturbinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffsteuervorrichtung zur Beschleunigung von Gasturbinen, bei der ein als Schieber ausgebildetes Brennstoffventil einen Stellkolben aufweist, der mit einem von Handbetätigbaren Servoventil zusammenwirkt, das den Abfluß von Brennstoff aus der einen; im Öffnungssinn wirkenden Seitenkammer des Stellkolbens steuert, die über eine mit Drosseln versehene Leitung an die Pumpendruckleitung angeschlossen ist, an die auch die andere Seitenkammer des Stellkolbens über eine Leitung angeschlossen ist.

Bei einer bekannten Brennstoffsteuervorrichtung dieser Art (USA.-Patentschrift 3 246 682) wird die Verstellung des Brennstoffventils nicht nur durch den Stellkolben, sondern auch von einem Drehzahlregler beeinflußt, der ein Ventil steuert, das in einer die beiden Seitenkammern verbindenden Leitung angeordnet ist. Vom Drehzahlregler kann die Bewegung des Brennstoffventils, die durch eine Verstellung des von Hand betätigbaren Servoventils veranlaßt wird, vermindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffsteuervorrichtung zur Beschleunigung von Gasturbinen zu schaffen, mit der den Brennern bei positiver und negativer Beschleunigung eine die besonderen Beschleunigungsverhältnisse berücksichtigende—zusätzliche bzw. verminderte Brennstoffmenge gegenüber dem stationären Zustand zugeführt wird. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Teil der Pumpendruckleitung mit dem als Steuerschieber ausgebildeten Brennstoffventil ein überdruckventil und diese beiden Ventile eine Umgehungsleitung aufweisen, in der einer Drossel eine Drossel größeren Querschnitts nachgeschaltet ist, daß die mit Drosseln versehene Leitung für die eine Seitenkammer des Stellkolbens vor der Drossel und die Leitung für die andere Seitenkammer zwischen den Drosseln in die Umgehungsleitung mündet.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Servoventil als Ansatz eines im Stellkolben verschiebbar gelagerten Tauchkolbens ausgebildet, wobei es einen Ringeinschnitt sowie eine zum freien Ende hin offene Axialbohrung aufweist und in eine koaxiale Bohrung mit einem geschlossenen Ende in der den Stellkolben mit dem Steuerschieber verbindenden Stange hineinragt und diese Stange in Nähe des Stellkolbens eine mit dem Ringeinschnitt zusammenwirkende öffnung und in Nähe des Steuerschiebers eine Öffnung aufweist, die mit einer Abflußleitung dauernd in Verbindung steht.

Zur Notbrennstoffzufuhr zu den Brennern kann nach einem Vorschlag der Erfindung zwischen dem Servokolben und dem Tauchkolben eine Druckfeder angeordnet sein.

Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffsteuervorrichtung wird beim Beschleunigen den Brennern eine zusätzliche Menge Brennstoff und beim Verzögern eine verminderte Brennstoffmenge im Vergleich zum gewünschten stationären Zustand zugefördert. Beim Beschleunigen wird durch Verstellung des Servokol-, bens der Abfluß des Brennstoffs aus der einen in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils wirkenden Seitenkammer mindestens teilweise gesperrt, so daß die weiter geförderte Brennstoffmenge mindestens teilweise nicht mehr abfließen kann, sondern der Gasturbine zugefördert wird. Ferner wird aus der anderen Seitenkammer durch' Verlagerung des SteUkolbens der in dieser Kammer befindliche Brennstoff der Gasturbine zugeführt. Beim Verzögern wird der Abfluß von Brennstoff aus der einen Seitenkammer ganz freigegeben, so daß mehr Brennstoff abfließen kann, damit weniger Brennstoff den Brennern zugefördert wird. Darüber hinaus wird zusätzlicher Brennstoff benötigt, um die andere Seitenkammer zu füllen, die in Schließrichtung des Brennstoffyentils· wirkt.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Brennstoff steuervorrichtung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Eine Hauptpumpe 10 der Schiefscheibenbauart wird von einer Welle 11 der Gasturbine angetrieben. Im gleichen Gehäuse wie die Hauptpumpe 10 ist ein Servo-Mechanismus 12 mit einem Zylinder und einem Kolben vorgesehen; weiterhin ist ein Regler 13 für den Servo-Mechanismus 12 vorhanden. Von

einem nicht dargestellten Behälter führt eine Einlaßleitung 14 zur Pumpe 10; zwischen dem Behälter und der Pumpe 10 liegt eine Vorpumpe 15 und ein Filter 16. Die Hauptpumpe 10 fördert Brennstoff in eine Leitung 17, die zu Brennern 18 der Gasturbine führt. Der Servo-Mechanismus wird in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Pumpe 10 gesteuert.

.Weiter wird der Servo-Mechanismus 12 durch den Regler 13 und durch eine Vorrichtung 19 gesteuert, die über Leitungen 20, 21 auf die Drücke hinter und vor dem Kompressor anspricht.

Zwischen der Pumpe 10 und den Brennern 18 der beschriebenen bekannten Anlage liegt in der Leitung 17 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Brennstoffzuflusses zur Gasturbine bei deren Beschleunigung oder Verzögerung. Ein mittels eines Hebels 26 von Hand betätigbares Ventil 25 kann den Brennstoffzustrom abschließen und die Gasturbine damit stillsetzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gehäuse 27 mit einer Bohrung auf, in der ein Steuerschieber 28 gleitbar gelagert ist, dessen eines Ende schräge Einschnitte 29 trägt; diese wirken mit einer Zumeßkante 30 zusammen, die zwischen Teilen 17 a "und 17 b der Leitung 17 liegt.

Vor dem Steuerschieber 28 zweigt eine Umgehungsleitung 36 ab, in der einer Drossel 37 eine Drossel 38 größeren Querschnitts nachgeschaltet ist. Das entgegengesetzte Ende des Steuerschiebers 28 bildet einen Kolben 31, der in einem im Gehäuse 27 ausgebildeten Zylinder 32 gleitbar gelagert ist. An diesen ist eine Leitung 33 angeschlossen, die zwei hintereinanderliegende Drosseln 34, 35 aufweist und mit dem vor der Drossel 37 liegenden Teil der Leitung 36 in Verbindung steht.

Der Druck zwischen den Drosseln 37, 38 wird über eine Leitung. 39 zum entgegengesetzten Ende des Kolbens 31 im Zylinder 32 übertragen. In der Leitung 17 b liegt ein federbelastetes Ventil 40, das sicherstellt, daß nur unter Druck stehender Brennstoff zu den Brennern 18 gelangen kann. Hinter diesem Ventil 40 sind die Leitungen 17 b und 36 zusammengeführt.

In einer koaxialen Bohrung 42 mit geschlossenem Ende einer den Kolben 31 mit dem Steuerschieber 28 verbindenden zylindrischen Stange 50 liegt ein Tauchkolben 41. Die Wandung des Steuerschiebers 28 hat eine öffnung 43, die normalerweise zum Ende des Zylinders 32 hin offen ist, und zwar an der Seite des Kolbens 31, an der der Steuerschieber 28 liegt. Der Kolben 41 hat einen Ringeinschnitt 44 und eine mittige Bohrung 45, die mit der Bohrung 42 in Verbindung steht; die Bohrung 42 steht über eine öffnung 46 mit einer Abflußleitung 47 in Verbindung, die zu einer unter niedrigerem Druck stehenden Stelle führt.

Ah den Kolben 41 ist eine Bedienungsstange 48 angeschlossen. Zwischen den Kolben 41 und 31 liegt eine Druckfeder 49, die bei Versagen der Brennstoffsteuerung den Kolben 41 so bewegt, daß die Öffnung 43 ganz geschlossen wird. In einem solchen Fall wird eine Notbrennstoffzufuhr zur Gasturbine vom Abschließventil 26 gesteuert. '

Ein normaler Lauf der Gasturbine wird aufrechterhalten, indem der Kolben 31 auf beiden Seiten mit der gleichen Kraft beaufschlagt wird. Das wird dadurch erreicht, daß für den Gleichgewichtszustand Brennstoff durch die Öffnung 43, den Ringeinschnitt 44, die Leitung 45, die Bohrung 42 und von dort durch die Öffnung 46 zur Abflußleitung 47 fließt.

Soll die Gasturbine beschleunigt werden, dann muß zusätzlicher Brennstoff gefördert werden. Zu diesem Zweck wird die Bedienstange 48 von Hand und damit der Kolben 41 (in der Zeichnung) nach rechts bewegt, wodurch die Verbindung zwischen der öffnung 43 und dem Ringeinschnitt 44 geschlossen wird. Es baut sich also in diesem Ende des Zylinders 32 ein Druck auf, der den Kolben 31 so weit bewegt, bis die Verbindung wieder besteht und sich wieder Gleichgewicht einstellt. Die Größe der Bewegung des" Kolbens 31 hängt von der Größe der Drosseln 34, 35 in der Leitung 33 ab. Die Bewegung des Kolbens 31 hat zur Folge, daß eine zusätzliche Menge Brennstoff, die normalerweise durch die öffnung 43 abfließt, über die Drosseln 37, 38 der Gasturbine zugeführt wird. Am entgegengesetzten Ende des Zylinders erfolgt eine geringere Verdrängung von Brennstoff durch die Leitung 39 in die zu den Brennern 18 führende Leitung, und zwar durch die Drossel 38, die größer als die Drossel 37 ist. Die so geförderte zusätzliche Brennstoffmenge ist die zur Beschleunigung notwendige Brennstoffmenge; die Förderung dieser zusätzlichen Brennstoffmenge hört auf, wenn sich der Kolben" 31 nicht mehr bewegt, d. h. bei Beginn des Abschlusses der öffnung 43, wodurch dann wieder Gleichgewicht hergestellt wird.

Soll die Gasturbine verzögert werden, wird die Bedienstange 48 in entgegengesetzter Richtung um einen entsprechenden Betrag bewegt. Dann bewegt sich der Kolben 31 in der gleichen Richtung, d. h. (in der Zeichnung) nach links. Nun steht die öffnung 43 voll mit dem Ringeinschnitt 44 in Verbindung, so daß der Abfluß aus dem Zylinder 32 wesentlich größer und die zur Maschine gelangende Brennstoffmenge entsprechend kleiner wird. Der Druck an diesem Ende des Zylinder 32 fällt ab, so daß sich der Kolben durch den aus der Leitung 39 kommenden Druck bewegt. Dadurch wird die wirksame Öffnung 43 so lange kleiner, bis wieder Gleichgewicht herrscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennstoffsteuervorrichtung zur Beschleunigung von Gasturbinen, bei der ein als Schieber ausgebildetes Brennstoffventil einen Stellkolben aufweist, der mit einem von Hand betätigbaren Servoventil zusammenwirkt, das den Abfluß von Brennstoff aus der einen, im Öffnungssinn wirkenden Seitenkammer des Stellkolbens steuert, die über eine mit Drosseln versehene Leitung an die Pumpendruckleitung angeschlossen ist, an die auch die andere Seitenkammer des Stellkolbens über eine Leitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Pumpendruckleitung (17 a, 17 b) mit dem als Steuerschieber (28) ausgebildeten Brennstoffventil . ein Überdruckventil (40) und diese beiden Ventile. (28, 40) eine Umgehungsleitung (36) aufweisen, in der einer Drossel (37) eine Drossel (38) größeren Querschnitts nachgeschaltet ist, daß die mit Drosseln (34, 35) versehene Leitung (33) für die eine Seitenkammer des Stellkolbens (31) vor der Drossel (37) und die Leitung (39) für die andere Seitenkammer zwischen den Drosseln (37, 38) in die Umgehungsleitung (36) mündet.

2. Brennstoffsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil als Ansatz eines im Stellkolben (31) verschiebbar gelagerten Tauchkolbens (41) ausgebildet ist, einen Ringeinschnitt (44) sowie eine zum freien Ende hin offene Axialbohrung (45) aufweist und in eine koaxiale Bohrung (42) mit einem geschlossenen Ende in der den Stellkolben mit dem Steuerschieber (28) verbindenden Stange (50) hineinragt und daß diese Stange in Nähe des Stellkolbens eine mit dem Ringeinschnitt zusammenwirkende öffnung (43) und in Nähe des Steuerschiebers eine öffnung (46) aufweist, die- mit einer Abflußleitung (47) dauernd in Verbindung steht.

3. Brennstoffsteuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellkolben (31) und dem Tauchkolben (41) eine Druckfeder (49) angeordnet ist.