DE1626094B2 - Brennstoffregelanlage fur ein Gasturbinen Strahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinen-Strahltriebwerk, bei der in der zum Hauptbrenner führenden Druckleitung der Brennstoffpumpe mehrere von Betriebskenngrößen bzw. von Hand steuerbare Ventile hintereinander angeordnet sind.

Anlagen dieser Art mit hintereinandergeschalteten Brennstoff-Steuerventilen und Vorrichtungen zum Konstanthalten des Druckabfalls über diesen Ventilen sind nach der deutschen Patentschrift 1210 255 bekannt. Auch ist es nach dieser Patentschrift bekannt, auf die Ventile Stellglieder einwirken zu lassen, die von der Flughöhe (Umgebungsdruck) und von Drükken am Triebwerksverdichter sowie von der Turbinendrehzahl abhängen.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1 101 054 ist es bekannt, bei Anlagen genannter Art zwei Steuerventile hintereinander zu schalten, von denen das eine von Hand und das andere durch einen Drehzahlfühler

betätigt wird.

Mehrere hintereinandergeschaltete, von der Turbinendrehzahl und Verdichterdrücken verstellbare Brennstoffventile sind auch in der deutschen Patent-S schrift 1 044 526 beschrieben.

Das Verhüten des Pumpens des Triebwerkverdichters mittels Brennstoffbegrenzung ist nach der deutschen Patentschrift 1144 539 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffregel-ίο anlage eingangs genannter Art anzugeben, die folgendes leistet:

1. Sie soll einen einwandfreien Triebwerkanlauf bis zum Triebwerkleerlauf ermöglichen.

2. Sie soll eine einwandfreie Beschleunigung der Triebwerkdrehzahl von der Leerlaufdrehzahl auf eine gewünschte, unterhalb der Höchstdrehzahl des Triebwerks liegende Drehzahl ermöglichen und die erreichte Drehzahl konstant halten.
Diese Aufgabe soll unter der Bedingung gelöst werden, daß nur ein einziges Bedienungsorgan von Hand einzustellen ist, während alle anderen Regelvorgänge selbsttätig ablaufen. Zur Lösung dieser Auf- ( gäbe ist die Brennstoffregelanlage dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung hintereinander ein erstes Steuerventil und ein mit ihm verbundenes, jedoch entgegengesetzt öffnendes zweites Steuerventil, die zur Leerlaufeinstellung und Pumpverhütung bzw. zur Höchstdrehzahlbegrenzung von einem Fliehkraftregler steuerbar sind, sowie ein für Normalbetrieb von Hand betätigbares drittes Steuerventil angeordnet sind, daß die Steuerquerschnitte dieser Steuerventile so bemessen sind, daß nur das dem gewählten Betriebsbereich zugeordnete Steuerventil die Druckleitung drosselt, daß in dieser vor dem dritten Steuerventil ein viertes Steuerventil liegt, das von seinem Vordruck in der Druckleitung gegen einen Druck betätigt wird, der vom Eingangsdruck der Druckleitung abgeleitet und mittels einer von Verdichterdrücken abhängigen Einrichtung gesteuert ist, und daß in der Druckleitung hinter dem dritten Steuerventil ein fünftes Steuerventil liegt, das von seinem Vordruck in der Druckleitung gegen einen Druck betätigt wird, der vor dem dritten Steuerventil abgeleitet und mittels einer vom Verdichtereintrittsdruck abhängigen Einrichtung gesteuert wird.

Beim Triebwerkleerlauf erfolgt die Steuerung der Brennstoffzufuhr allein durch das erste Steuerventil, das somit als Leerlaufsteuerventil bezeichnet werden kann. Das dritte Steuerventil, das als Drosselventil bezeichnet werden kann, ist in diesem Zustand so weit offen, daß es den Brennstoffzufluß nicht beeinflußt. Das erste Steuerventil, das Leerlaufsteuerventil, wird durch den Fliehkraftregler in Abhängigkeit von der Drehzahl des Triebwerks so eingestellt, daß es verhältnismäßig wenig Brennstoff zum Hauptbrenner durchläßt, aber immerhin doch soviel, daß eine gewünschte Leerlaufdrehzahl erhalten bleibt. Bei Übergang vom Leerlauf zu der zu erreichenden Drehzahl geht die Steuerung des Brennstoffflusses vom ersten Steuerventil, dem Leerlaufsteuerventil, auf das von Hand einstellbare dritte Steuerventil, das Drosselventil, über. Durch den Fliehkraftregler wird das erste Steuerventil, das Leerlaufsteuerventil, so weit geöffnet, daß es den Brennstoffzufluß zum dritten Steuerventil, dem Drosselventil, praktisch nicht beeinflußt. Dennoch kann aber das erste Steuerventil, das Leerlaufsteuerventil, während Beschleunigungsperioden wirksam werden, wenn nämlich das dritte Steuerven-

til, das Drosselventil, so weit geöffnet wird, daß der Verdichter übersteuert wird, was sich durch Pumpen des Verdichters anzeigt. Tritt dieser Fall ein, so wird das erste Steuerventil, das Leerlaufsteuerventil, so weit geschlossen, daß es die Brennstoffzufuhr mindert, dadurch das Pumpen aufhört. Das zweite Steuerventil, das als Brennstoffbegrenzungsventil bezeichnet werden kann, ist normalerweise so weit offen, daß es den Brennstofffluß nicht beeinflußt. Erreicht das Triebwerkseine Höchstdrehzahl, so schließt der Fliehkraftregler das zweite Steuerventil, das Brennstoffbegrenzungsventil, so daß dann dieses die Brennstoffzufuhr maßgeblich bestimmt.

Wenigstens eines der genannten Steuerventile steuert somit jetzt nach dem vorliegenden Betriebszustand die Brennstoffzufuhr. Über dem jeweils steuernden Ventil tritt ein Druckabfall auf. Welches Ventil gerade die Brennstoffzufuhr steuert, bestimmt entweder der Fliehkraftregler oder das von Hand zu betätigende dritte Steuerventil, das Drosselventil. Beim Normalflug wird die Brennstoffzufuhr allein durch das dritte Steuerventil, das Drosselventil, festgelegt. Die Durchlaßquerschnitte der beiden anderen Ventile sind dann so weit, daß sie die Brennstoffzufuhr praktisch nicht beeinflussen. Beim Anlaufen des Triebwerks ist hingegen allein das erste Steuerventil, das Leerlaufsteuerventil, bestimmend, aber auch dann, wenn das dritte Steuerventil, das Drosselventil, so weit geöffnet wird, daß der Verdichter zu pumpen beginnt. Das vierte Steuerventil und das fünfte Steuerventil ändern den Brennstofffluß in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis des Verdichters und vom atmosphärischen Umgebungsdruck. Das vierte Steuerventil ändert hierfür den Druckabfall am ersten und zweiten Steuerventil und das fünfte Steuerventil ändert hierfür den Druckabfall am dritten Steuerventil. In keinem Fall beeinflussen das vierte und das fünfte Steuerventil maßgeblich den Brennstoffzufluß.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennstoffregelanlage nach der Erfindung schematisch dargestellt.

Eine Zentrifugalpumpe 30 wird von einem Verlängerungsstück 31, das mit einer nicht dargestellten Welle des Triebwerkverdichters verbunden ist, angetrieben.

Der Brennstoff strömt von der Pumpe 30 durch die Druckleitung 39 zur Druckleitung 40, welche zum Hauptbrenner (nicht dargestellt) führt. Zwischen diesen beiden Leitungen wird der Brennstoff durch die Durchlaßöffnungen 34, 35, 36, 37 und 38 von fünf Steuerventilen geführt, nämlich eines Beschleunigungsregelventils 10, eines Übersteuerungsventils 8, eines druckregelnden Ventils 41, eines Drosselventils 13 und eines druckregelnden Ventils 14. Die Steuerventile 10 und 8 werden von einem Fliehkraftregler 21, welcher in einer Beschleunigungsregeleinrichtung 42 eingebaut ist, gesteuert.

Das Drosselventil 13 wird von einer Zahnstange 43, in welche ein Ritzel 44 eingreift, gesteuert. Das Ritzel 44 wird über eine Welle 45 von einem nicht dargestellten Steuerdrosselhebel in Schwenkbewegung gesetzt. Dasdruckregelnde Ventil 41 steuert den Druckabfall an den Steuerventilen 10 und 8, und das druckregelnde Ventil 14 steuert den Druckabfall am Drosselventil 13.

Die Beschlcunigungsregeleinrichtung 42 verhindert eine Überfunktion des Verdichters und erleichtert den automatischen Start. Zur Höchstdrchzahlbegrenzung des Triebwerks ist der Fliehkraftregler 21 an die Welle des Triebwerkverdichters über ein verringerndes Stirnradgetriebe (nicht dargestellt) gekuppelt.

Sobald der Fliehkraftregler 21 umläuft, übertragen seine Fliehgewichte 46 über eine Feder 20 eine Kraft auf einen Servokolben 17. Gleichfalls wird dabei die axiale Stellung eines Reglerservoventils 18 geändert, welches mit dem Fliehkraftregler umläuft, um Unregelmäßigkeiten wegen Reibung zu vermindern und die Gefahr des Steckenbleibens zu verhindern. Der Brennstoff strömt mit Pumpendruck an der stromaufwärts liegenden Seite der Beschleunigungsregeleinrichtung 42 durch eine Leitung 47, in welche ein Brennstoffverteiler eingebaut ist. Dieser weist eine Öffnung 22 auf, welche durch das Reglerservoventil 18 und eine Drossel 23 gesteuert wird. Der Brennstoff strömt weiter zu einer Leitung 48, welche an der Saugseite der Pumpe 30 liegt, so daß das Druckgefälle am Servokolben 17 durch das Reglerservoventil 18 gesteuert wird. Der Servokolben 17 und das mit ihm in Wirkverbindung stehende Steuerventil 10 der Beschleunigungsregeleinrichtung stehen somit in Abhängigkeit von der Drehzahl des Triebwerks. Bis zum Leerlaufbetrieb wird der Brennstofffluß vom Steuerventil 10 und oberhalb des Leerlaufs vom Steuerventil 13 gesteuert. Das Profil des Steuerventils 13 ist so beschaffen, daß ein konstanter Anstieg des Schubs oberhalb des Leerlaufs und ein konstanter Wert unterhalb des Leerlaufs gegeben ist.

Gleichfalls schneidet das Steuerventil 13 den Brennstoffzufluß vollständig ab, sobald der Drosselhebel in die Abschaltstellung gebracht ist.

Im Normalfall ist die Bewegung des Steuerventils 8 ohne Einfluß auf den Brennstofffluß durch seine Durchlaßöffnung 35. Sobald jedoch die Drehzahl des Triebwerks auf die höchstzulässige Drehzahl anwächst, beschränkt das Steuerventil 8 den Brennstofffluß durch seine Durchlaßöffnung 35. Dabei werden alle anderen Steuerventile außer Wirkung gesetzt, so daß allein der Fliehkraftregler 21 das Triebwerk steuert und ein weiteres Ansteigen seiner Drehzahl verhindert. Sobald die Triebwerkdrehzahl vom gewünschten Wert, auf den der Fliehkraftregler 21 eingestellt ist, abweicht, stellt der Fliehkraftregler mittels des Steuerventils 8 den Brennstofffluß zum Triebwerk so ein, daß die gewünschte Drehzahl wiederhergestellt wird.

Das druckregelnde Steuerventil 14, welches den Druckabfall am Drosselventil 13 steuert, wird von einer Membran 16 betätigt. Diese ist an ihrer Unterseite dem Druck einer Feder 15 ausgesetzt. An ihrer Oberseite wirkt der Druck des Brennstoffs in einer Leitung 50, die an der Durchlaßöffnung 37 vorbeiführt und mit einem Ventil 51 versehen ist, welches mit Hilfe einer Feder 52 betätigt wird, sobald das Drosselventil 13 geöffnet ist. Die Membran 16 vergleicht die Druckkraft, welche von einem Anteil des Druckabfalls an der Durchlaßöffnung 37 herrührt, mit der Spannung der Feder 15. Das Steuerventil 14 wird betätigt, bis dieser Druckabfall die Kräfte, welche an der Membran 16 angreifen, ausgleicht. Der Anteil des Druckabfalls ist eine Funktion der Stellung eines Nadelventils 5, welches eine Drossel 54 in der Leitung 50steuert. Die Stellung des Nadelventils 5 wird durch eine evakuierte Druckdose 3, welche einem Anteil des Verdichtereintrittsdrucks P_[ ausgesetzt ist, gesteuert. Der Anteil des Verdichtereintrittsdrucks P₁ wird

durch einen Einlaß 49 eingestellt. Ein Hebel 4, welcher an einem Drehpunkt 55 gelagert ist, überträgt die Bewegungen der Druckdose 3 auf das Nadelventil 5. Durch eine Dichtung 29 wird der Brennstoff gegen die Luft abgedichtet. Sobald die Flughöhe zunimmt, dehnt sich die Druckdose 3 aus und öffnet das Nadelventil 5, so daß bei einem vorgegebenen Druckabfall an der Durchlaßöffnung 37 der Druckabfall an der Membran 16 ansteigt, wodurch das druckregelnde Steuerventil 14 geschlossen und der Druckabfall an der Durchlaßöffnung 37 vermindert wird. Daraus folgt, daß bei jeder Stellung des Drosselventils 13 der Brennstoffzufluß mit steigender Höhe herabgesetzt wird.

Das druckregelnde Steuerventil 41, welches den Druckabfall an den Steuerventilen 10 und 8 steuert, wird von einer Membran 56 betätigt, an deren Unterseite der Druck der Feder 58 und an deren Oberseite der Druck des Brennstoffs in einer Leitung 60 wirkt, welche an den Steuerventilen 10 und 8 vorbeiführt. Die Membran 56 vergleicht einen Anteil des Druckabfalls an den Steuerventilen 10 und 8 mit der Kraft der Feder 58. Der Anteil wird durch zwei einstellbare Nadelventile 6 und 7 festgelegt, die über einen Hebel 63 von4einer in einer Kammer 61 befindlichen Druckdose 62 eingestellt werden. Der Hebel 63 ist in einer Dichtung 59 gelagert. Der untere Teil 62^4 der Druckdose 62 ist evakuiert und der obere Teil 62 B enthält Luft mit einem Druck P₂, welcher vom Verdichtereinlaßdruck abgeleitet ist. Die Luft in der Kammer 61 hat einen Druck P_x, welcher zwischen dem Verdichterdruck P₂ und dem Verdichterauslaßdruck P₃ liegt. Der Druck P_x wird zwischen zwei festen Drosseln 64, 65 aufrechterhalten. Diese Drosseln 64, 65 befinden sich in einer Leitung 66, durch welche Luft vom Verdichterauslaß zum Verdichtereinlaß strömt. Die an der Druckdose 62 angreifende Kraft und infolgedessen ihre daraus resultierende Bewegung ist proportional zu 2P_x-P₂. Die Profile der Nadeln 6 und 7 sind so gestaltet, daß sich ein Druckabfall am Steuerventil 10 der Beschleunigungsregeleinrichtung einstellt, der derart abhängig vom Wert 2P_x-P₂ ist, daß der Querschnitt der Durchlaßöffnung 34 linear mit der Drehzahl wächst, jedoch bei jeder Triebwerksdrehzahl ein Brennstoffzufluß vorliegt, welcher niedriger als der höchstzulässige ist. Der höchstzulässige Brennstoffzufluß ist durch eine Grenze festgelegt, welche bei allen Drücken und Temperaturen an den Triebwerkeinlässen die gleiche ist.

Da der gleiche Druckabfall am Steuerventil 8 wirkt, ergibt sich ein niedrigerer Brennstoffzufluß durch die- ( ses Steuerventil 8 bei vorgegebener Durchlaßöffnung 35, sobald an den Einlassen des Triebwerks die Drücke niedriger oder die Temperaturen höher sind. Daraus ergibt sich eine Korrektur mit wachsender Drehzahl, welche sich sonst bei diesen Bedingungen nur mit einem nicht-isochronen Regler einstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinen-Strahltriebwerk, bei der in der zum Hauptbrenner führenden Druckleitung der Brennstoffpumpe mehrere von Betriebskenngrößen bzw. von Hand steuerbare Ventile hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (39, 40) hintereinander ein erstes Steuerventil (10, 34) und ein mit ihm verbundenes, jedoch entgegengesetzt öffnendes zweites Steuerventil (8, 35), die zur Leerlaufeinstellung und Pumpverhütung bzw. zur Höchstdrehzahlbegrenzung von einem Fliehkraftregler (21) steuerbar sind, sowie ein für Normalbetrieb von Hand betätigbares drittes Steuerventil (13, 37) angeordnet sind, daß die Steuerquerschnitte dieser Steuerventile so bemessen sind, daß nur das dem gewählten Betriebsbereich zugeordnete Steuerventil die Druckleitung (39, 40) drosselt, daß in dieser vor dem dritten Steuerventil (13, 37) ein viertes Steuerventil (41, 36) liegt, das von seinem Vordruck in der Druckleitung gegen einen Druck betätigt wird, der vom Eingangsdruck der Druckleitung abgeleitet und mittels einer von Verdichterdrükken (P2, P3) abhängigen Einrichtung (62, 63, 67) gesteuert ist, und daß in der Druckleitung (39, 40) hinter dem dritten Steuerventil (13,37) ein fünftes Steuerventil (14, 38) liegt, das von seinem Vordruck in der Druckleitung gegen einen Druck betätigt wird, der vor dem dritten Steuerventil abgeleitet und mittels einer vom Verdichtereintrittsdruck (Pl) abhängigen Einrichtung (3, 4, 5) gesteuert wird.

2. Brennstoff regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte und das fünfte Steuerventil (41,36; 14, 38) als Abflußventile an die Druckleitung (39, 40) derart angeschlossen sind, daß eine Zunahme des Verdichtungsdrucks (P3 bis P2) in Schließrichtung des vierten Steuerventils (41, 36) und eine Zunahme des Verdichtereintrittsdrucks (Pl) in Öffnungsrichtung des fünften Steuerventils (14, 38) wirkt.