DE1601535C3

DE1601535C3 - Ausgleichseinrichtung fur zwei Gasturbinen Triebwerke

Info

Publication number: DE1601535C3
Application number: DE1601535A
Authority: DE
Inventors: Robert William South Bend Ind. Schuster (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE1601535A1; GB1161954A; FR1560373A; SE339142B; US3403507A; DE1601535B2

Description

andere Triebwerk und dem Hebel eine in Schließrichtung des Ausgleichsventils vorgespannte Feder angeordnet ist, die erst nachgibt, wenn im auf Druck ansprechenden Teil des zugeordneten Triebwerks ein bestimmter Wert überschritten wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung wird die Brennstoffzufuhr zu einem der beiden Triebwerke verringert, wenn dessen Ausgangsleistung die des anderen um einen vorgegebenen Wert übersteigt. Auf diese Weise wird eine übermäßige Brennstoffzufuhr vermieden, was zu einem verhältnismäßig niedrigen Brennstoffverbrauch für derartige Turbinenanlagen führt. Durch das Ausgleichsventil und die den Hebel vorspannende Feder wird die maximale Ausgangsleistung festgelegt. Durch entsprechende Änderung der Vorspannung der Feder kann ein beliebiger maximaler Wert für die Ausgangsleistung eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschriebe'n.

Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Ausgleichseinrichtung nach der Erfindung für zwei Gasturbinen-Triebwerke mit jeweils einer Brennstoffregeleinrichtung.

Jedes von zwei gleichen Gasturbinen-Triebwerken 20 und 22 ist mit einem zu einem Luftverdichter 26 führenden Lufteinlaß 24 versehen, welcher an eine Mehrzahl von Brennkammern 28 angeschlossen ist. Heißes, in den Brennkammern 28 erzeugtes Antriebsgas läuft von dort durch eine Gasturbine 30, welche mit dem Verdichter 26 über eine Welle 32 verbunden ist, und dann durch eine Arbeitsturbine 34, welche unabhängig vom Verdichter 26 drehbar angeordnet ist und eine äußere Last antreibt. Die Gase aus der Turbine 34 strömen durch die Schubdüse 36 in die Atmosphäre.

Ein Brennstoffverteilerrohr 38 führt unter Druck gesetzten Brennstoff zu Düsen 40, welche diesen in die Brennkammern 28 einspritzen. Der Brennstoff wird jedem Verteilerrohr 38 über zugeordnete Leitungen 42 und 44 zugeführt, welche von Brennstoffregeleinrichtungen 46 und 48 kommen, Die Brennstoffregeleinrichtungen 46 und 48 werden mit ungeregeltem, unter Druck gesetztem Brennstoff über eine gegabelte Leitung 50 versorgt, welche von einem Brennstofftank 52 kommt und mit einer oder mehreren motorangetriebenen Brennstoffpumpen 54 versehen ist. Brennstoffumleitungen 55 und 57 verbinden die Brennstoffregeleinrichtungen 46 und 48 mit der Leitung 50 an der Einlaßseite der Pumpe 54.

Ein Drehzahlstellhebel 56 ist über Gelenkhebel 58 und 60 mit den Einrichtungen 46 und 48 verbunden. Die Einrichtungen 46 und 48 sind gleich und arbeiten pneumatisch.

Ein Eingangsdrucksignal P₁., welches vom Verdichter 26 abgeleitet wird, wird über einen Druckfühler 68 und eine Leitung 70 zu den zugeordneten Regeleinrichtungen 46 und 48 übertragen.

Ausgleichsvorrichtungen 72 und 74 sind mit den Einrichtungen 46 und 48 verbunden. Die Vorrichtungen 72 und 74 weisen je ein Gehäuse 76 mit entgegengesetzt angeordneten, mit Gewinde versehenen Öffnungen 78 und 80 auf. Mit Kanälen 86 und 88 versehene Anschlußstücke 82 und 84 stehen in Schraubeingriff mit Gewinde aufweisenden öffnungen 78 und 80. Druckdosen 90 und 92 sind mit dem einen Ende der Anschlußstücke 82 bzw. 84 luftdicht verbunden. Die beweglichen, geschlossenen Enden der Druckdosen 90 und 92 sind mit Zapfen 94 und 96 versehen; Drosseln 98 und 100 sind in den Kanälen 86 und 88 angeordnet. Auf einem festen Bolzen 106 schwenkbar angeordnete Hebel 102 und 104 stehen mit den Zapfen 94 und 96 in Eingriff. Das freie Ende des Hebels 102 ist mit einem auch als Federlager wirkenden Ventilglied 108 verbunden, welches mit einem Ventilsitz 109 am Ende eines Kanals 110 zusammenwirkt, welcher in einem Ventilanschlußstück 112 vorgesehen ist, welches mit einer mit Gewinde versehenen Öffnung 114 im Gehäuse 76 in Schraubeingriff steht. Ein fest am freien Ende des Hebels 104 befestigtes Federlager 116 ist mit einer Schrauböffnung 118 versehen, welche einen mit Gewinde versehenen Stift eines Federlagers 120 aufnimmt. Eine zwischen dem Ventilglied 108 und dem Federlager 120 geschaltete Feder 122 drückt die Hebel 102 und 104 in eine vorbestimmte Lage auseinander, wie sie durch die Einstellung eines durch einen Bolzen 124 gebildeten Anschlags bestimmt ist, welcher sich verschiebbar durch eine Öffnung 126 im Hebel 102 in Schraubeingriff mit einer mit Gewinde versehenen Öffnung 128 im Hebel 104 erstreckt. Eine einstellbare Vorbelastung wird gegen den Hebel 104 durch eine Feder 130 ausgeübt, welche zwischen dem Federlager 116 und einem einstellbaren Federlager 132 eingeschaltet ist, welches mit einer Schrauböffnung 134 im Gehäuse 76 in Schraubeingriff steht. Eine Mutter 136, welche mit dem Federlager 132 in Schraubeingriff steht, dient zu dessen Verriegelung in jeder gewünschten Lage.

Das Innere des Gehäuses 76 ist zur Atmosphäre hin durch eine Öffnung 137 in einer an dem Gehäuse 76 befestigten Deckplatte 139 entlüftet.

Die Vorrichtung 72 ist so angeschlossen, daß ein Steuerdruck von der Brennstoffregeleinrichtung 46 ins Innere des Gehäuses 76 auf einen verhältnismäßig niedrigen Druck P_;, über eine Leitung 138 abgeleitet wird, welche von der Vorrichtung 46 zum Ventilanschlußstück 112 führt. Die Druckdose 92 steht über eine Leitung 140 mit einer Abtastvorrichtung 1.42 für das Drehmoment in Verbindung, welche ein entsprechendes, veränderliches Drucksignal erzeugt. Die Abtastvorrichtung 142 ist von herkömmlicher Bauart. Die Druckdose 90 ist über eine Leitung 144 mit einer gleich ausgebildeten Drehmoment-Abtastvorrichtung 146 verbunden.

Die Vorrichtung 74 ist so angeschlossen, daß ein Steuerdruck von der Brennstoffregeleinrichtung 48 in dem Inneren des Gehäuses 76 auf einen verhältnismäßig niedrigen Druck P_:1 über eine Leitung 148 abgeleitet wird, weiche zu einem Ventilanschlußstück 112 führt. Die Druckdose 92 ist mit der Vorrichtung 146 über eine Leitung 150 verbunden.

Die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten folgendermaßen:

Vorausgeschickt wird, daß die Nutzlastturbine jedes Triebwerks 20 und 22 an verschiedene Lasten, z. B. an je einen Propeller eines Turboprop-Flugzeugs, angeschlossen werden kann.

Es soll zunächst angenommen werden, daß sich die Triebwerke 20 und 22 in einem bestimmten stabilen Betriebszustand entsprechend der Stellung des Drehzahlstellhebes 56 befinden. Die Eingangsdrucksignale P₁. werden über die Leitungen 70 zu den zugeordneten Brennstoffregeleinrichtungen 46 und 48 übertragen.

Wenn die Triebwerke 20 und 22 beschleunigt wer-

den, erhöht sich das Drehmoment jedes Triebwerks, was eine Erhöhung der Ausgangsdrucksignale der Abtastvorrichtungen 142 bzw. 146 zur Folge hat. Wenn das Triebwerk 20 stärker als das Triebwerk 22 beschleunigt wird, ist das auf die Druckdose 90 übertragene Druckausgangssignal der Abtastvorrichtung 146 größer als das der Dose 92 zugeführte Ausgangsdrucksignal der Abtastvorrichtung 142. Die daraus resultierende von der Druckdose 90 aufgebrachte größere Kraft überwindet die von der Druckdose 92 aufgebrachte Kraft und führt zu einem Ausschwenken der Hebel 102 und 104 im Uhrzeigersinn entgegen dem verhältnismäßig schwachen Widerstand der Feder 130. Das Ventilglied 108 bewegt sich von seinem Sitz 109 weg und entlüftet dadurch die Leitung 138 auf Atmosphärendruck F_a-Diese Entlüftung der Leitung 138 bewirkt, daß die Brennstoffregeleinrichtung 46 den Brennstoffzufluß zum Triebwerk 20 verringert und dementsprechend · die Beschleunigung reduziert. Wenn die Beschleunigung des Triebwerks 20 reduziert ist, nimmt auch das Ausgangsdrucksignal der Abtastvorrichtung 146 in entsprechendem Maß ab, bis sich die von den Druckdosen 90 und 92 aufgebrachten Kräfte ausgleichen. Das Ventilglied 108 gelangt dann wieder mit dem Sitz 109 in Eingriff und blockiert die Leitung 138. Auf diese Weise wird die Beschleunigung des schnelleren Triebwerks 20 auf die des langsamer beschleunigenden Triebwerks 22 begrenzt.

Das maximale Drehmoment der Turbinen 34 wird durch die Kraft begrenzt, mit der die Hebel 102 und 104 durch die vorgespannte Feder 122 auseinandergehalten werden. Beim Erreichen eines bestimmten Drehmoments der Triebwerke 20 und 22 beaufschlagt eine weitere Erhöhung des Drehmoments des Triebwerks 20 die Druckdose 90 derart, daß der Hebel 102 im Uhrzeigersinn entgegen dem Widerstand der Feder 122 verschwenkt und dadurch das Glied 108 von seinem Sitz 109 abgehoben wird. Dadurch wird der in der Leitung 138 herrschende Druck reduziert, was eine entsprechende Änderung des Brennstoffzuflusses zum Triebwerk zur Begrenzung des Drehmoments zur Folge hat.

Die Ausgleichsvorrichtung 74 arbeitet in der gleichen Weise wie die Vorrichtung 72.

Die den Druckdosen 90 und 92 zugeordneten Drosseln 98 und 100 begrenzen den Strömungsverlust der zugeordneten Leitungen 144, 140, 150 und 152 für den Fall, daß die Druckdosen 90 bzw. 92 undicht werden sollten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 . 2 Patentansprüche: durch einen von der Drehzahl und vom Verdichtungsdruck des zugeordneten Triebwerks abhängigen

1. Ausgleichseinrichtung für zwei Gasturbinen- Steuerdruck eingestellt wird, und mit einem den Triebwerke mit freier Nutzlastturbine mit jeweils Steuerdruck zusätzlich beeinflussenden Ausgleichseiner ein Regelventil enthaltenden Brennstoff- 5 ventil, das über auf Druck ansprechende Teile in regeleinrichtung, das durch einen von der Dreh- der einen Richtung von einem der Ausgangsleistung zahl und vom Verdichtungsdruck des zugeordne- des zugeordneten Triebwerks und in der anderen ten Triebwerks abhängigen Steuerdruck eingestellt Richtung von einem der Ausgangsleistung des anwird, und mit einem den Steuerdruck zusätzlich deren Triebwerks entsprechenden Druck betätigbeeinflussenden Ausgleichsventil, das über auf io bar ist.

Druck ansprechende Teile in der einen Richtung Es ist für eine Ausgleichseinrichtung für mehrere, von einem der Ausgangsleistung des zugeordne- eine gemeinsame Last antreibende Gasturbinenten Triebwerks und in der anderen Richtung Triebwerke bekannt, zwischen jeweils zwei Triebvon einem der Ausgangsleistung des anderen werken die Differenz der Ausgangsleistung zu mes-Triebwerks entsprechenden Druck betätigbar ist. 15 sen. Die Messung erfolgt durch einen beidseitig dadurch gekennzeichnet, daß diese beaufschlagten Kolben, der je nach Höhe der Diffeauf Druck ansprechenden Teile (90. 92) der renz mechanisch verstellt wird und dadurch eine Ausgleicheinrichtung (72 bzw. 74) jedes Trieb- mechanische Verstellung des jeweils einem Triebwerks (20 bzw. 22) an entgegengesetzten Seiten werk zugeordneten Regelventils bewirkt. Die Vereines das Ausgleichsventil (108,109) betätigen- 20· stellung der Regelventile erfolgt derart, daß jeweils den Hebels (102,104) so angeordnet sind, daß dem Triebwerk mit dem geringeren Drehmoment die Ausgangsleistung des zugeordneten Trieb- über das zugeordnete Regelventil verstärkt Brennwerks (z. B. 20) vermindert wird, wenn sie die stoff zugeführt wird (USA.-Patentschrift 3 307 351). Ausgangsleistung des anderen Triebwerks um Es ist ferner eine Ausgleichseinrichtung für meheinen bestimmten Betrag überschreitet, und daß 25 rere parallel arbeitende Gasturbinen-Einlagen mit zwischen dem auf Druck ansprechenden Teil freier Nutzlastturbine und mit jeweils selbständiger. (92) für das andere Triebwerk (22) und dem ein Regelventil enthaltender Brennstoffregelanlage Hebel (102) eine in Schließrichtung des Aus- bekannt, bei der das Regelventil durch einen von gleichsventils vorgespannte Feder (122) angeord- der Drehzahl und vom Verdichtungsdruck der Turnet ist, die erst nachgibt, wenn im auf Druck 30 binenaniage abhängigen Steuerdruck eingestellt wird, ansprechenden Teil (90) des zugeordneten Trieb- Jedes Triebwerk hat ein eigenes Ausgleichsventil werks (20) ein bestimmter Wert überschritten mit einem auf Druck ansprechenden Teil, der den wird. Steuerdruck durch Betätigung des Ausgleichsventils

2. Ausgleichseinreichtung nach Anspruch 1. zusätzlich beeinflußt, und der auf der einen Seite dadurch gekennzeichnet, daß der auf Druck an- 35 vom Verdichtungsdruck des eigenen Triebwerks und sprechende Teil (90) für das zugeordnete Trieb- auf der anderen Seite vom höchsten Verdichtungswerk (20) an einem das Ausgleichsventilglied druck aller parallel arbeitenden Triebwerke beauf-(108) tragenden Hebel (102) und der auf Dnick schlagt wird (deutsche Patentschrift 1 274 852).
ansprechende Teil (92) für das andere Trieb- Bei beiden beschriebenen Gasturbinen-Anlagen werk (22) an einem gegen jenen durch die Feder 40 erfolgt der Ausgleich zwischen den einzelnen Trieb- (122) abgestützten Hebel (104) angeordnet ist. werken immer so, daß die mit geringerer Ausgangs-

3. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 2. leistung laufenden Triebwerke auf die Leistung des gekennzeichnet durch eine den Schwenkausschlag mit größter Leistung laufenden Triebwerks hochder Hebel (102, 104) zueinander begrenzende geregelt werden. Auf diese Weise kann sehr leicht Einrichtung (124,126,128). 45 geschehen, daß ein übermäßiger Brennstoffverbrauch

4. Ausgleichseinrichtung nach einem der An- eintritt, da immer nach der höchsten Ausgangsleisprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite stung ausgeregelt wird. Um eine übermäßige Brenn-Feder (130), die auf den Hebel (102) in der Stoffversorgung zu unterbinden, sind daher zusätzgleichen Richtung einwirkt, wie der auf Druck liehe Vorkehrungen erforderlich. Außerdem müssen ansprechende Teil (92) für das andere Triebwerk 50 bei den bekannten Anlagen besondere Maßnahmer (22) und wesentlich schwächer als die erste zur Begrenzung auf eine Höchstausgangsleistung ge-. Feder (122) ist. troffen werden.

5. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 4. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung Ausgleichseinrichtung für zwei Gasturbinen-Triebbeider Federn (122,130) änderbar ist. 55 werke zu schaffen, bei der eine übermäßige Brenn-

6. Ausgleichseinrichtung nach einem der An- stoffzufuhr vermieden und mit der zugleich eine Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Begrenzung der Ausgangsleistung der Triebwerke zwischen jedem auf Druck ansprechenden Teil erhalten wird.

(90, 92) und dem entsprechenden Triebwerk (20. Bei einer Ausgleichseinrichtung der eingangs ge-

22) eine Drossel (98,100) angeordnet ist. 60 nannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

diese auf Druck ansprechende Teile der Ausgleichs-

einrichtung jedes Triebwerks an entgegengesetzten

Seiten eines das Ausgleichsventil betätigenden Hebels so angeordnet sind, daß die Ausgangsleistung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichs- 65 des zugeordneten Triebwerks vermindert wird, wenn vorrichtung für zwei Gasturbinen-Triebwerke mit sie die Ausgangsleistung des anderen Triebwerks um freier Nutzlastturbine mit jeweils einer ein Regel- einen bestimmten Betrag überschreitet, und daß zwiventil enthaltenden Brennstoffregeleinrichtung, da? sehen dem auf Druck ansprechenden Teil für das