DE1476889A1 - Gasturbinentriebwerksanlage - Google Patents

Description

Patentante . . ■ «fiOkt. 1986

Dipl. !ng. C.Wonach ι / τ c ο ο α

Dipl..if j. G. kCoeh .14/0889

Dr. T. 1-Lbach

8 M3. :'wn 2

Kaufingerstr. 8, Tel. 24 02 75

ROLLS-BOYCELIMITED, Derby, Derbyshire, EhKland Gasturbinentriebwerksanlage

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinentriebwerksanlage, umfassend mindestens ein Gasturbinentriebwerk mit einer Brennstoffversorgung, eine Füllkammer, welche die Abgase des oder jedes Triebwerks aufnimmt und eine Vielzahl von Auslassen hat, welche jeweils zur Abgabe der Abgase dienen können, eine Vielzahl von Freikraftturbinen, du.e in diesen Auslassen angeordnet sind, und Steuermittel, welche auf Änderungen in den Drehzahlen der Freikraftturbinen ansprechen, um die Brennstoffversorgung zum Triebwerk oder zu den Triebwerken zu verstellen, wobei diese Steuermittel Vorrichtungen haben zum Xndern der ■Wirkquerschnitte der betreffenden Auslässe, um dadurch die Drehzahlen der betreffenden Freikraftturbinen zu verstellen, und wobei diese Vorrichtungen zum Verstellen der Auslassquersehniti&e mit einander so verbunden sind, dass eine wirksame VergrSsserung oder Verkleinerung in einem Querschnitt von einer wirksamen Verkleinerung oder Vergrb'sserung in andern Querschnitt oder in den anderen Querschnitten begleitet wird, sodass die gesamte V&rkflache aller Auslasse vor dan Einstellen der Brennstoffveraorgung im wesentlichen konstant gehalten wird.

Da die gesamte WirkflSche des Auslasses oder der Auslässe vor dem Verstellen der Brennstoffversorgung nicht wesentlich geändert wird, wird die Leistung des Triebwerks oder der Triebwerke verstellt, ohne Gefahr zu laufen, dass der Verdichter des Triebwerks hoohlaufen könnte

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oder dass es zum Flattern der Verdichterschaufeln kommen könnte.

Jede Freikraftturbine kann mit e-jnem Regler ausgestattet sein, der auf die Drehzahl der betreffenden Turbine anspricht und mit der betreffenden Vorrichtung zum Einstellen des Auslassquerschnitts verbunden ist, sodass er diese mit einer 3ffnungs- oder äehliesskraft beaufschalgt, wobei die Vorrichtungen zum Versteifen der Auslassquerschnitte durch ein ; Gestänge so verbunden sind, dass die durch die Regler auf diese Vorrichtungen einwirkenden Kräfte deren Verstellen so bewirken, dass das Verhältnis zwischen der Drehzahl jeder Freikraftturbine und der durch den Regler gewählten im wesentlichen für alle Freikraftturbinen dasselbe ist, wobei das Gestänge mit Mitteln zum Regeln der Brennstoffversorgung der Triebwerke verbunden ist, um die Brennstoffversorgug so einzuregeln, dass die Drehzahlen der verschiedenen Freikräftturbinen auf indiduell gewählte 'Werte gebracht werden.

Das Gestänge ist vorzugsweise mit einer Verankerung durch Mittel verbunden, welche das Gestänge gegen die Verankerung drücken, aber eine begrenzte Bewegung des Gestänges von der Verankerung hinweg gestatten.

Die Mittel zum Steuern der Brennstoffversorgung werden vorzugsweise selbst nach Massgabe der Stellung des Gestänges gegenüber der Verankerung gesteuert.

Es können Mittel vorgesehen sein, zum Verstellen der Verbindung zwischen dem Gestänge und der Verankerung nach Massgabe der Anzahl der eingesetzten Triebwerke. Jede Vorrichtung zum Verstellen des Auslassquerschnitts hat vorzugsweise verstellbare DUsenleitschaufeln. Diese verstellbaren Dusenleitschaufeln jeder Turbine können durch eine Servoeinrichtung verstellt werden, die ihrerseits durch die Stellung eines Hebels gesteuert wird,

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welche einen Teil des Gestänges bildet, und durch eine elastische ode. ahnliche Verbindung mit dem betreffenden Regler so verbudden ist·, dass ar dadurch verstellt wird.

Weitere Vorteile und Kennzeichen der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsveisen Beschreibung anhand der besiegenden Zeichnung hervor. Fig. 1 ist ein scheraatisoher Querschnitt einer erfindungsgemässen

Triebwerksanlage und
ELg, 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Anlage nach FLg. 1.

Eine industrielle Triebwerksanlage 10 umfasst eine Vielzahl (z.B. vier) von Gasturbinentriebwerken 11, deren Abgase in eine geraeinsame pULlkammer 12 abgegeben werden. Jedes Triebwerk 11 hat einen Lufteinlass 13, eine mehrstufiger. Axialverdichter 14, eine Brennkammer und eine Turbine 1u, welche den Verdichter 14 'über eine Kelle 17 antreibt.

Jede Brennkammer 15 ist mit eine:; öder mehreren Einspritzger'äten ausgestattet, wobei die EinspritzperHte 2C jedes Triebwerks 11 mit Brennstoff über einen Brennstoffregler 21 beliefert werden, welcher seinerseits den Brennstoff Tiber eine Brennstoffsuleitung 22 erhalt.

Erwunschtenfalls können nicht dargestellte Uralenkventile vorgesehen sein,welche es gestatten, die Strahlgase eines oder mehrerer Triebwerke 11 unter Oragehen der jUllkamner 12 an die Aussenluft abzugeben. In diesem Falle verhindern nicht pezeichnete Ruckschlagventile das RSckstrSraen.

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Die Füllkammer 12 hat eine Vielzahl (z.B. vier) von Auslassen 23, durch welche die Strahlgase an die Aussenluft abgegeben werden können. In jedem Auslass 23 ist eine Freikraftturbine 24 angeordnet; jede Freilcraftturbine 24 treibt einen nicht dargestellten Verbraucher an.

Jede Freikraftturbine 24 ist mit verstellbaren DUsenleitschaufein 25 ausgetattet, welche so eingestellt werden können, dass die wirksame Querschnittsflache· des betreffenden Auslasses 23 verstellt und damit die Drehzahl der betreffenden Freikraftturbine geändert werden kann.

Jede Freikraftturbine 24 hat einen Regler 26, welcher auf die Drehzahl

der betreffenden Freikraftturbine und damit auf den damit verbundenen. Verbraucher anspricht.

Jeder Regler 20 ist über eine Feder 30 (Fig.2) mit einem Hebel 31 verbunden. Jeder H^bel 31 sitzt auf einer Welle 32 und läuft mit dieser um; die Welle 32 bildet einen Teil einer Kraftservovorrichtung 33 rcit niedrigen Eingangsdrehmoment, welche die Stellung der betreffenden verstellbaren DUsenleitschaufein 25 nach Kassgabe der Winkelstellung der Welle 32 steuert. Die Stellung des Hebels 31 steuert daher die Stellung der verstellbaren DUsenleitschauf ein 25.

Die Hebel 31 der vier Turbinen 22 sind in zwei Paaren angeordnet, wobei die Hebel 31 jedes Paars schwenkbar über Verbindungsstücke 34 mit einem gemeinsamen Verbindungsstück 35 verbunden sind. Jedes Verbindungsstück 35 ist mittig bei % schwenkbar mit einem Verbindungsstück 37 verbunden, robei die Verbindungsstücke J? schwenkbar mit einem gemeinsamen Verbindungsstück 40 verbunden sind. Das Verbindungsstück 40 ist schwenkbar rait tig bei 41 mit einem Verbindungsstück 42 verbunden, v.-elches an seinem von Funkt 41 abliegenden iaide eine Rolle 43 hat, die

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in eine Bohrung 44 in einer Nocke 45 eingreift. Die Hocke 45 ist auf einer Welle 4& angeordnet, die Drehbar in einem Block 4? gelagert ist. Der Block 47 ist mit einer Verankerung 50 Über eine sehr steife Feder 51 verbunden, welche den Block 47 gegen die Verankerung 50 drückt.

Elektrische Kontakte 52» 53, die normalerweise mit einander in Berührung stehen, sind auf der Verankerung 50, bzw, auf dem Block 47 angeordnet und bilden einen Teil eines Steuerkreises 54· Der Steuerkreis 54 steuert eine Vorrichtung 55% welche Signale an den Brennstoffregler 21 abgibt und so die Brennstoffversorgiig zu den Triebwerken 11 regelt.

Die Feder 5t drückt das durch die Teile 31, 34, 35» 37, 40 gebildete Gestänge pegen die Verankerug 50, gestattet jedoch eine begrenzte Bewegung der Gestänges 311 34, 35» 37» 40 von der Verankerung 50 hinweg. Die Vorrichtung 55 wird daher nach Massgabe der Stellung des Gestänges 31» 34» 35» 37 40 gegenüber der Verankerung 50 gesteuert.

Die Nocke 45 bildet ein Mittel zum Verstellen der Verbindung zwischen den Gestänge und der Verankerug 50 nach Massgabe der eingesetzten Triebx-.erke 11.

Vienn beim Betrieb die Belastung einer der Freikraftturbinen 24 steigt, fällt die Drehzahl dieser .„Turbine. Der betreffende Regler 2b beaufschlagt daher die betreffende Feder 30 mit einer Kraft, welche die entsprechenden verstellbaren Düsenleitschaufeln 25 so bewegt, dass die wirksame Querschnittsfläche des betreffenden Auslasses 23 vergrössert Kird. Diese Kraft wird aber nicht voll auf die verstellbaren Düsenleitschauftln 25. übertragen, da ihr die Fedem30 der übrigen Freikraftturbinen 24 entgegenwirken. Das bedeutet, dass diese Kraft den betreffenden Kübel 21 winekelmässig bewegt, und dies bewirkt die Schwenkbewegung

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des betreffenden Verbindungsstücks 35» welcher die Kraft der Feder des benachbarten Reglers 2ö entgegenwirkt, Gleichzeitig wird das Verbindungsstück 40 um seinen mittigen Punkt 41 verschwenkt, wobei' dieser Schwenkbewegung in {gewissen Masse die Federn % des anderen Paars von Reglern 26 entgegenwirken. Das Endergebnis ist, dass, wenn der Regler 26 der nicht genügend betriebenen freikraftturbine 24 versucht, die !»üsenleitschaufeln 25 so zu bewegen, dass eine Vergrosserung der Querschnittfläche ihres Auslassen um 20 v.H. zustande kommt, wird die Querschnittfläche tatsachlich um 15 v.H. vergrössert, und dies wird von einer Verkleinerung in den Flächen der anderen Auslässe 23 um 5 v.H. begleitet. Die gesamte wirksame Querschnittfläche der vier Auslässe £3 wird daher in diesem Zustand-im wesentlichen konstant gehalten und das Verhältnis zwischen den Drehzahlen jeder der Freikraftturbinen 24 und der durch ihren Regler 26 gewählten Drehzahl bleibt für alle Freikraftturbinen 24 dasselbe.

Das bedeutet natürlich, dass alle Freikraftturbrien 24 vorübergehend nicht genügend betrieben werden und infolgedessen werden die Kontakte 52, 53 voneinander abgehoben. Die Vorrichtung 55 gibt daher ein Signal and den Brennstoffregler 21 ab, and dies führt zu einer Vergrosserung der Brennstoffmenge an die Triebwerke 11, sodass die Drehzahlen aller Freikraftturbinen 24 auf ihre individuell gewählten Werte gebracht werden. Gleichzeitig werden die Düsenleitschaufeln 25 der verschiedenen Freikraftturbinen 24 natürlich so eingestellt, dass eine altsprechende Vergrosserung der Gesaratquerschnittfläche der Auslasse 23 sfettfindet.

Die Drehzahlen der Freikraftturbinen 24 werden daher auf ihre individuall gewählten Werte gebracht, ohne dass es vor dem Verstellen der Brennstoff-

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Versorgung zu deh Triebwerken 11 zu einer wesentlichen Änderung der gesaraten Querschnittflachen der Auslässe 23 kommt, Infolgedessen wird die Befahr eines Hochlaufens des Verdichters 14 oder eines Flatterns der Verdichtcrschaufein vermieden, was sonst infolge einer Fehlabstimmung der Auslassquerschnittsflachen cfer Triebwerke 11 mit Hinsicht auf das durch diese erzeugte Strahlgasvolumen vorkommen konnte.

Es ist zu bemerken, dass jede Minderung der Belastung einer Freikraftturbine 24 das sehr schnelle Versteifen der Brennstoffversorgung zu den Triebwerken 11 bewirkt.

Das Gestänge 311 34» 351 371 4C benutzt vorzugsweise umlaufende Wellen mit niedriger Reibung, während die Servovorrichtungen 33 eine minimale Eingangsreibung aufweisen»

Wenn eine kleine NichtlinearitKt der Auslassfläche infolge der Dusenleitschaufeln 25 mit Hinsicht auf die Stellung der betreffenden Servovorrichtungen 33 besteht, kann dies durch entsprechende Ausbil—' dung des Gestriges kompensiert werden.

Unter Dauerzustandsbedingungen ist keine Belastung zum Halten der Hebel 31 erforderlich und daher auch keine Spannung in den Federn 30.

Anstelle der Kontakte 52, 53 kann auch ein hydraulisches oder anderes System benützt werden. Dieses System kann ein "Proportional-undintegral-Systesa⁸ sein, bei welchen das Ausgangssignal erst schnell auf einen der Eingangslast proportionalen Wert geändert wird,worauf eine langsame und progressive änderung erfolgt.

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Claims (5)

H76889 Patentansprüche

1. Triebwerksanlage, umfassend mindestens ein Gasturbinentriebwerk mit einer Brennstoffversorgung, eine FKHkammer in welche die Abgase des oder jedes Triebwerks einströmen und die eine Vielzahl von Auslassen hat, welche jeweils zu Abgabe der Abgase dienen können, eine Vielzahl von Freikraftturbinen, die in diesen Auslassen angeordnet sind» und Steuermittel, welche auf Änderungen in den Drehzahlen der Freikraftturbinen ansprechen, üb die Brennstoffversorgung zum Triebwerk oder zu den Truebwerken zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Steuermittel Vorrichtungen (25) haben zum Xndern der Wirkquersebnitte der betreffenden Auslasse (23) um dadurch die Drehzahlen der betreffenden Freikraftturbinen (24) zu versteifen, und wobei diese Vorrichtungen (25) zum Verstellen der Auslassquerschnitte mit einander so verbunden sind, dass eine wirksame Vergrößerung oder Verkleinerung in eine» Querschnitt von einer wirksamen Verkleinerung oder Vergrosserung in andern Querschnitt oder in den anderen Querschnitten begleitet wird, sodass di» gesamte t&rkflSche aller Auslässe (23) vor dem Einstellen der Brennstoffversorgung im wesentlichen konstant gehalten wird»

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das* jede ftreikraft-

turbine mit einen Begier (26) ausgestattet ist, der auf die Drehzahl der betreffenden Turbine anspricht und sit der betreffenden Vorrichtung (25) zum Einstelisn de» Auslassquerschnittes verbanden ist, sodass er diese mit einer Sffnungs- oder Schliesskraft beaufschlagt, wobei die Vorrichtungen (25) zum Verstellelau der Auslassquerechnitte durch ein Gestänge (31. 34» 35. 37, 40) so verbunden sind, dass die durch die Hegler auf diese Vorrichtungen einwirkenden Krtfte der Verstellen so bewirken, dass das Verhältnis zwischen der Drehzahl jeder Freikraft-

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turbine (24) und der durch den Regler gewählten ia wesentlichen for alle Freikraftturbiaeo (24) dasselbe i£t» wobei das OestStige (31. 34, 35» 37» 40} mit Mitteln (55) zu« legeln der Brennstoffversorgung der Triebwerke (11) verbunden ist» ms, die Brennstoffversorgung so einzuregeln» dass die Drehzahlen der verschiedenen Freikraftturbinen (24) auf individuell gewählte Werte gebracht werden.

3. Triebwerksanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge mit einer Verankerung (50) durch MIttel verbunden ist» die das Gestänge gegen die Verankerung drucken» aber eine begrenzte Bewegung des Gestänges von der lerankerung hinweg gestatten»

4. Triebwerksanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (55) zum Steuern der Brennstoffversorgung selbst nach Massgabe der Stellung des Gestänges (31» 34» 35» 37» 40) gegenüber der Verankerung (50) gesteuert werden.

5. Triebwerksanlage nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch Mittel (45) zum Verstellen der Verbindung zwischen dem Gestänge unoer Verankerung (50) nach Massgabe der eingesetzten Triebwerke (11).

6» Triebwerksanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vorrichtung zum Verstellen des Auslassquerschnitts verstellbare Düeenleitschaufe^-n (25) hat«

7* Triebwerksanlage nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet» dass die verstellbaren DÜsenleitsehaufeln (25) jeder Freikraftturbine (24) durch eine Servoeinrichtung (33) verstellt werden, die ihrerseits durch die Stellung eines Hebels (31) gesteuert wird, welcher einen Teil des Gestänges (31» 34» 35» 37» 40) bildet und durch eine elastieöhe

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oder ähnliche Verbindung mit dem betreffenden Regler (26) so verbunden ist, dass er dadurch verstellt wird.

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