DE1601592C - Brennstoffsteuervorrichtung zur Beschleunigung von Gasturbinen - Google Patents

Description

beispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffsteuervorrichtung dargestellt.

Die Brennstoffsteuervorrichtung weist eine Pumpe 5 auf, deren Fördermenge von einer aus Zylinder und Stellkolben bestehenden hydraulischen Servoeinrichtung 6 verstellbar ist. Der Pumpe 5 wird der Brennstoff von einer Speisepumpe 7 aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter zugeführt. Der Brennstoffzufluß zur Gasturbine wird von einem als Steuerschieber 10 ausgebildeten Brennstoffventil bestimmt, das in einem Gehäuseteil 8 axial verschiebbar gelagert ist, welchem die Pumpe 5 den Brennstoff durch eine Leitung 11 zuführt. In der zu den Brennern 9 der Turbine führenden Leitung ist ein Überströmventil 13 angeordnet. Der Steuerschieber 10 ist an seinem freien Ende mit nach außen tiefer werdenden Einschnitten versehen und dort von einer ringförmigen Zumeßkante 14 umschlossen. Der Steuerschieber 10 wird von einer Vorrichtung 15 überbrückt, die an jenem einen konstanten Druckabfall aufrechterhält und eine Membran 15 a aufweist, die auf ihrer einen Seite vom Brennstoffdruck in Strömungsrichtung vor und auf ihrer anderen Seite hinter dem Steuerschieber 10 beaufschlagt wird. Die Stellung der Membran bestimmt die Stellung eines Hebels 15 b, der ein Ventilglied trägt, welches den Brennstofffluß zur Servoeinrichtung 6 der Pumpe 5 und damit die Fördermenge der Pumpe 5 steuert.

Die Stellung des Hebels 15 b wird darüber hinaus von einer Druckdose 15 c beeinflußt, welche in Abhängigkeit von Luftdrücken in einer Kompressorstufe des Gasturbinentriebwerks steht.

Der auf die eine Seite der Membran 15 α wirkende Druck wird auch von einer bekannten Vorrichtung 16 beeinflußt, die auf die sich in der Gasturbine einstellende Temperatur anspricht.

Der Steuerschieber 10 weist eine hohlzylindrische Stange 10 a auf, die endseitig einen Stellkolben 17 trägt, der in einem Stellzylinder 18 liegt. In den auf der Seite des Steuerschiebers 10 liegenden Zylinderraum dieses Stellzylinders wird der Brennstoff von Pumpendruck normalerweise über einen Kanal 19 zugeführt, in dem Drosseln 20 angeordnet sind. Die Kolbenstange 10 a weist in ihrer Mantelfläche eine Öffnung 21 auf, die in Uberdeckung mit einem Querkanal 22 eines Tauchkolbens 23 gebracht werden kann, der im Stellkolben und in der Kolbenstange gleitbar gelagert und von Hand betätigbar ist. Die Handbetätigung erfolgt mittels eines Zahnstangentriebs 24 und eines Hebels 25. Der Querkanal 22 steht mit einer Längsbohrung 26 des Tauchkolbens und diese mit einer weiteren Öffnung 27 am Übergang der Stange 10 a zum Steuerschieber 10 in Verbindung. Die Öffnung 27 steht über einen Durchlaß im Gehäuses und einem Kanal 28 mit dem Einlaß der Pumpe 5 oder einer anderen Stelle der Brennstoffanlage in Verbindung, an der ein geringerer Druck herrscht.

Der Raum des Zylinders 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Stellkolbens 17 ist durch einen Kanal 29 an eine Stelle des mit der Pumpendruckleitung 11 in Verbindung stehenden Kanals 30 zwischen zwei Drosseln hinter dem Steuerschieber 10 angeschlossen.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Wenn der Pilot die als Flugzeugantrieb verwendete Turbine zu beschleunigen wünscht, so wird der Tauchkolben 23 (in der Zeichnung) nach rechts bewegt, wodurch die Verbindung zwischen der Öffnung 21 und dem Querkanal 22 des Kolbens 23 aufgehoben und somit der Abfluß des Brennstoffs von dem auf der linken Seite des Stellkolbens 17 liegenden Raum des Zylinders 18 in den Kanal 28 unterbunden wird. Ist die Verstellung des Tauchkolbens 23 verhältnismäßig klein oder erfolgt sie langsam, so baut sich in dem genannten Raum des Zylinders 18 auf Grund des durch den Kanal 19 und die Drosseln 20

ίο zuströmenden Brennstoffs ein Druck auf, unter dessen Wirkung der Stellkolben 17 so weit nach rechts verschoben wird, bis die Öffnung 21 wieder in Überdeckung mit dem Querkanal 22 gelangt. Es stellt sich daher in der neuen Stellung des Steuerschiebers 10 gegenüber der Ringfläche 14 eine neue Gleichgewichtslage ein, bei der der Gasturbine eine erhöhte Brennstoffmenge zugeführt wird.
Wenn jedoch die Verstellung des Tauchkolbens 23

, verhältnismäßig groß ist oder schnell durchgeführt wird, so verhindern die Drosseln 20 den Zufluß von so viel Brennstoff, daß der Stellkolben 17 und damit der Steuerschieber 10 mit der für die rasche Beschleunigung erforderlichen Geschwindigkeit verstellt wird. Daher wird der Brennstoff nunmehr über einen Kanal 32 dem Zylinder 18 zugeführt.

Der über den Kanal 32 dem Zylinder 18 zufließende Brennstoff kommt aus einem zylindrischen Gehäuse 33 eines Durchgangsventils, das über einen mit einer Drossel versehenen Kanal 31 von der Leitung 11 her mit Brennstoff von Pumpendruck aufgefüllt wird. Die Kanäle 31 und 32 sind auf derselben Seite des im Gehäuse 33 befindlichen Ventilkolbens 34 angeschlossen. Dazu wird von einer Feder 35 gegen ein festes Widerlager 36 in Öffnungsrichtung gedrückt. Die Kanäle 31 und 32 münden in dasjenige Ende des Gehäuses 33, in welchem sich die Feder 35 befindet. Der Ventilkolben 34 weist zwischen den beiden Zylinderräumen einen Durchlaß 37 auf.

An dem das feste Widerlager 36 aufweisenden Ende des Zylinders 33 befindet sich ein Tauchkolben 38, dessen an ihm angeordnete Zahnstange 39 mit dem Zahnstangentrieb 24 des Tauchkolbens 23 zusammenwirkt. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Tauchkolben 38 in das Gehäuse 33 hineingeschoben wird, wenn der Tauchkolben 23 im Sinn einer Beschleunigung der Turbine (nach rechts) verstellt wird. Bei dieser Verstellung verringert sich das Volumen des Zylinderraums auf derjenigen Seite des Kolbens 34, in den der Tauchkolben 38 hineinragt.

Wenn die Verstellung verhältnismäßig klein ist oder langsam durchgeführt wird, so kann der Durchlaß 37 am Ventilkolben 34 die vom Tauchkolben 38 verdrängte Brennstoffmenge abführen, ohne daß hierbei der Ventilkolben 34 eine Bewegung ausführt. Wenn jedoch die Verstellung des Tauchkolbens 38 und entsprechend des Tauchkolbens 23 verhältnismäßig groß ist und/oder rasch durchgeführt wird, so kann der Durchlaß 37 die verdrängte Brennstoffmenge nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit abführen. so daß nunmehr der Ventilkolben 34 gegen die Wirkung der Feder 35 verschoben wird. Dadurch wird der Kanal 31 geschlossen und ein Teil der im Gehäuse 33 befindlichen Brennstoffmenge über den Kanal 32 in den Zylinder 18 verdrängt, wodurch der Stellkolben 17 eine raschere Bewegung ausführt als dies durch den Zufluß des Brennstoffs über den mit Drosseln versehenen Kanal 19 möglich ist.

Wenn der Druckabfall am Ventilkolben 34 ab-

nimmt und der Rückfluß durch den Durchlaß 37 eine Rückstellbewegung des Ventilkolbens 34 unter Wirkung der Feder 35 zuläßt, so wird die Verbindung zum Kanal 31 wieder geöffnet und zugleich der Zufluß zum Zylinder 18 über den Kanal 32 aufgehoben. Entsprechend verringert sich die Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 17. Die Stellbewegung hört auf, wenn die öffnung 21 mit dem Querkanal 22 im Tauchkolben 23 in Uberdeckung gelangt, wodurch die Gleichgewichtslage wieder hergestellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   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, wobei 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, und 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 Patentanmeldung P 1476830.0-13, dadurch gekennzeichnet, daß an die in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils (10) wirkende Seitenkammer des Stellkolbens (17) eine mit der Pumpendruckleitung (11) in Verbindung stehende und ein Durchgangsventil (33 bis 37) aufweisende Leitung (31, 32) angeschlossen ist, und daß das Durchgangsventil in seinem Gehäuse (33) einen durch eine Feder (35) in Öffnungsrichtung belasteten, mit einem gedrosselten Durchlaß (37) versehenen Ventilkolben (34) sowie einen auf diesen entgegen der Federkraft hydraulisch einwirkenden Tauchkolben (38) aufweist, der mit dem von Hand verstellbaren Teil (23) des Servoventil des Brennstoffventils (10) so gekuppelt ist, daß er bei Verstellung des Brennstoffventils (10) in Öffnungsrichtung in das Gehäuse (33) eingeschoben wird.

   Die Erfindung betrifft eine 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 Öffnurigssinn 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, wobei 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, und 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 Patentanmeldung P 14 76 830.0-13.

   Bei dieser Brennstoffsteuervorrichtung wird beim Beschleunigen den Brennern eine zusätzliche Menge Brennstoff und beim Verzögern eine verminderte Menge Brennstoff im Vergleich zum gewünschten stationären Zustand zugefördert. Die zusätzliche Menge Brennstoff wird dadurch zugefördert, daß der Brennstoffabfluß aus der in Öffnungsrichtung wirkenden Seitenkammer zumindest teilweise gesperrt wird, so daß die weiter geförderte Brennstoffmenge nicht mehr abfließen kann, sondern der Gasturbine zugefördert wird. Außerdem wird aus der anderen Seitenkammer durch Verlagerung des Kolbens der in dieser Seitenkammer befindliche Brennstoff der Gasturbine zugefördert. Beim Verzögern wird der Brennstoffabfluß aus der in Öffnungsrichtung des Brennstoff ventils wirkenden Seitenkammer mehr oder weniger freigegeben. Dadurch gelangt zur Gasturbine eine geringere Menge Brennstoff, denn ein Teil des geförderten Brennstoffes fließt über die in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils wirkende Seitenkammer ab und eine andere Menge fließt in die andere Seitenkammer, um das Brennstoffventil in Schließrichtung zu bewegen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Förderung der zusätzlichen Brennstoffmenge beim Beschleunigen noch schneller aus der in Schließrichtung des Brennstoffventils wirkenden Seitenkammer heraus und den Brennern zuzufördem.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils wirkende Seitenkammer des Stellkolbens eine mit der Pumpendruckleitung in Verbindung stehende und ein Durchgangsventil aufweisende Leitung angeschlossen ist, und daß das Durchgangsventil in seinem Gehäuse einen durch eine Feder in Öffnungsrichtung belasteten, mit einem gedrosselten Durchlaß versehenen Ventilkolben sowie einen auf diesen entgegen der Federkraft hydraulisch einwirkenden Tauchkolben aufweist, der mit dem von Hand verstellbaren Teil des Servoventil des Brennstoffventils so gekuppelt ist, daß er bei Verstellung des Brennstoffventils in Öffnungsrichtung in das Gehäuse eingeschoben wird.

   Während beim Gegenstand der Hauptanmeldung die Bewegung des Stellkolbens in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils ausschließlich durch den Brennstoff erfolgt, der in die Seitenkammer über die beiden Drosseln aus der Pumpendruckleitung gefördert wird, wird gemäß der Erfindung die Verstellung des Stellkolbens in Öffnungsrichtung des Brennstoffventils bei schneller und/oder großer Verstellung am von Hand verstellbaren Teil außerdem noch durch in die Seitenkammer aus dem Durchgangsventil gedrückten Brennstoff bewirkt. Nach einer gewissen Zeit gleicht sich über den Durchlaß des Ventilkolbens der unterschiedliche Druck auf beiden Seiten des Ventilkolbens aus und gibt den Brennstoffabfluß aus der in Öffnungsrichtung wirkenden Seitenkammer wieder frei. Der Durchlaß im Ventilkolben kann so bemessen werden, daß dieser nur ab einer bestimmten Stellgeschwindigkeit des Tauchkolbens anspricht, während unterhalb der bestimmten Stelige schwindigkeit ein Druckausgleich über den Durchlaß stattfindet, der eine Verstellung des Ventilkolbens verhindert.

   In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführung-