DE1773779C3

DE1773779C3 - Stromungstemperaturfuhler

Info

Publication number: DE1773779C3
Application number: DE1773779A
Authority: DE
Inventors: Stanley George Brierley Hill Staffordshire Glaze (Grossbritannien)
Original assignee: Hm Hobson Ltd London
Current assignee: Hm Hobson Ltd London
Priority date: 1967-07-05
Filing date: 1968-07-05
Publication date: 1973-11-29
Also published as: US3521655A; GB1178048A; DE1773779B2; DE1773779A1; FR1571876A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Strömungstemperaturfühler mit einem als Fühler wirkenden, durch Heißluft betätigten Strömungsoszillator, welcher eine Folge von Druckimpulsen mit einer der Temperatur der Heißluft entsprechenden Impulsfolgefrequenz erzeugt, und mit einem durch kühlere Luft betätigten Strömungsoszillator variabler Frequenz.

Dabei wird eine Prüfeinrichtung in Form eines¹ Strömungsoszillators zusammen mit einem verstärkenden und anzeigenden Strömungssystem verwendet, wobei sehr wenig bewegliche Teile vorhanden sind.

Strömungsverstärker und Strömungsoszillatoren sind bekannt; typische Beispiele derartiger Anordnungen sind in den F i g, 1 und 2 der Zeichnung dargestellt.

Wird ein Gas- oder Flüssigkeitsstrahl durch eine Einlaßdüse/ (Fig. 1) geleitet, so strömt er längs der einen oder anderen von zwei geeignet angeordneten Wänden W₁ und W₂ zu einem Auslaß O₁ oder O₁. Der Strahl kann durch die Wirkung von Druckimpufsen an Steueröffnungen C₁, C, von einer Wand auf die andere umgeschaltet werden, wobei die Anordnung wie ein Verstärker analog zu einem Triodenventil wirkt. Werden zwischen den Auslässen und den Steueröffnungen Rückkopplungsdurchlässe F₁ und F., vorgesehen, so wirkt die Anordnung als Oszillator. Wird der Strahl auf die Wand W₁ geschaltet, so gelangt ein Drucksignal durch den Rückkopplungsdurchlaß F, zur Steueröffnung C₁ und schaltet den Strahl auf die andere Wand um, wenn dieser die Öffnung C₁ erreicht. Die Frequenz der Umschaltung vom einen Auslaß auf den anderen ist eine Funktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Drucksignals über einen festen Abstand und eine Funktion der Temperatur des in den Einlaß/ eintretenden strömenden Mediums. Ist das strömende Medium ein Gas, so ist die Frequenz proportional zur Quadratwurzel der absoluten Temperatur des strömenden Mediums.

Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung wirkt eben-

falls als Oszillator. Beide Anordnungen erzeugen an jedem Auslaß eine Folge von Druckimpulsen mit einer Impulsfolgefrequenz, welche eine Funktion der Temperatur des Eintretens des strömenden Mediums ist.

Es ist weiterhin aus der USA.-Patentschrift 3 302 398 ein Strömungssystem zur Ermittlung der Temperatur in einem Gasturbinenmotor bekanntge worden, durch das ein Über- oder Unterschreiten der Motortemperatur über oder unter bestimmte Grenzen vermieden werden soll.

Dabei wird die herrschende Turbinentemperatur durch einen Strömungsfühler bestimmt, der eine Folge von Impulsen temperaturabhängiger Frequenz erzeugt und in einen Eingang einer Frequenz-Subtraktionsstufe eingibt. Ein Impulsoszillator konstanter Frequenz gibt Impulse einer der maximal zulässigen Turbinentemperatur entsprechender Frequenz in einen weiteren Eingang der Subtraktionsstufe ein. Nur wenn die Folgefrequenz der Impulse des Strömungsfühlers die Folgefrequenz der Impulse des Impulsoszillators übersteigt, spricht die Subtraktionsstufe an und gibt ein Signal ab, um die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu drosseln.

Um zu verhindern, daß die Motortemperatur unter einen bestimmten Wert fällt, ist eine weitere Frequenz-Subtraktionsstufe vorgesehen. Die Impulse des Strömungsfühlers werden einem Eingang dieser Subtraktionsstufe zugeführt, deren anderer Eingang durch einen Impulsoszillator erzeugte Impulse konstnnter Frequenz empfängt, dit einer Minimaltemperatur entspricht. Diese Subtraktionsstufc arbeitet nur, wenn die Impulsfolgefrequenz des Strömungsfühlers die Impulsfolgefrequenz des Impulsoszillators unterschreitet und gibt für diesen Fall ein Signal ab, um die Kraftstoffzufuhr zur Turbine zu erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungstemperaturfühler zur exakten Temperaturmessung anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Strömungstemperaturfühler der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Einen durch kühlere Luft betätigten Strömungsverstärker, in dessen eine Steueröffnung eine von dem als Fühler wirkenden Strömungsoszillator und in dessen andere Steueröffnung eine vom Strömungsoszillator variabler Frequenz gelieferte Folge von Druckimpulsen eingegeben ist, eine Betätigungseinrichtung, die auf entgegengesetzten Seiten den an den Auslässen des Strömungsverstärkers entwickelten Drücken ausgesetzt ist, und eine durch die Betätigungseinrichtung gesteuerte Einrichtung zur Einstellung des Strömungsoszillators variabler Frequenz, derart, daß die Folgefrequenz der durch diesen Oszillator erzeugten

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Impulse in Übereinstimmung mit der Folgefrequenz gen des Strömungsoszillator 6. Diese Impulsfolge der durch den als Fühler wirkenden Strömungsoszil-' wird durch einen dem Modulator 5 gleichen pulsbreilator erzeugten Impulse gebracht wird ten Modulator 8 in eine Impulsfolge 1OA umge-

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, formt, wobei die gleiche konstante Breite wie bei den daß zwischen den impulserzeugenden Strömungsos- S Impulsen der Folge lö vorhanden ist. Die Impulsfolzillatoren und dem Strömungsverstärker identische gefrequenz wird jedoch durch die Blattfeder be-Strömungs-Pulsbreitenmodulatoren vorgesehen sind, stimmt. Die Impulse der Impulsfolgen 10 und 1OA welche ebenfalls durch die kühlere Luft betätigt sind. besitzen auch die gleiche Amplitude, da sie yon Lmt Es ist weiterhin möglich, den Ström, mgstempera- mit dem gleichen Zuführungsdruck abgeleitet werturfühler so abzuändern, daß auch Strömungsvor- io den. Die Impulsfolgen 10 und 10 A werden auf die richtungen verwendet werden, welche durch eine Steueröffnungen eines Flip-Flops 11 gegeben. Die Flüssigkeit betätigt werden. Das würde beispielsweise Auslässe des Flip-Flops 11 erhalten daher den Speifür den Fall gelten, wenn das spezifische Gewicht sestrahl gemäß dem Druckdifferential an den Meuer- oder der Elastizitätsmodul für Druck (Kehrwert der Öffnungen; wird angenommen, daß der Flip-Flop Ie-Kompressibilität) einer Flüssigkeit gemessen werden 15 diglich beim Empfang eines Impulsdifferentials soll. Dies ist möglich, weil die Schallgeschwindigkeit schaltet und das Ausgangssignal in diesem •fus^nd in einer Flüssigkeit eine eindeutige Funktion des hält, bis sich das Differential umkehrt, so ist der Mit-Verhältnisses des spezifischen Gewichtes zum Elasti- telwert des Ausgangssignals an einem Auslaß prozitätsmodul für Druck der Flüssigkeit ist. portional zum Frequenzfehler, wobei das Ausgangs-

Ein Ausführungsbeispiel eines Strömungstempera- 20 signal an dem der Steueröffnung abgekehrten Auslati turfühlers gemäß der Erfindung ist schematisch in mit der größten Frequenz das größere ist, da das je-F i g. 3 der Zeichnung dargestellt. nen Zustand erzeugende Differential öfter auttritt.

Dieser Fühler umfaßt einen Strömungsoszillator 1, Das Ausgangssignal des Flip-Flops 11 wird ^Wl-"^ltcr

der in Fig. 1 dargestellten Art, auf dessen Eingang hin durch eine nachfolgende Stufe 12 verstärkt und Luft mit hoher Turbinentemperatur gegeben wird. 25 auf einen Betätigungskolben 13 gegeben, bine wei-Die Auslässe des Oszillators 1 sind an zwei Steuer- tere Glättung des impulsförmigen Ausgangssignais Öffnungen eines Strömungsverstärkers 2 angeschaltet, tritt durch Integrationen auf Grund des Volumens der als Relais-Flip-Flop wirkt und durch auf seinen und der Masse des Betätigungskolbens aut. Der BeEinlaß gegebene kühlere Luft betätigt wird. Ein Aus- täti?ungskolben 13 beschleunigt proportional zu und laß des Verstärkers 2 ist luftoffen, während an sei- 30 in einer Richtung entsprechend der Große und dem nem Ausgang eine Impulsfolge mit angenähert recht- Vorzeichen des Frequenzfehlers Diese Bescnleumeckiger Form erzeugt wird. Die Impulsfolgefrequenz gung ist auch proportional zum Speisedruck, wie er dieser Impulse ist die gleiche wie die der vom Füh- in den Ausgangsleitungen der Endstufe IZ wiedergeler 1 gelieferten Impulse, d. h., die Impulsfolgefre- wonnen wird.

quenz ist ein Maß für die Temperatur der Hochtem- 35 Wird der Betätigungskolben so eingebaut, dab er peraturluft. Diese Impulse werden über eine direkte die effektive Länge der Blattfeder 14 über ein Ver-Leitunp.3 und eine längere Verzögerungsleitung4 auf biridungsstück 14 und damit die Frequenz der Imdie Steueröffnungen eines proportionalen pulsbreiten pulsfolpc 10/1 verändert, so wird unabhängig vom Modulators5 gegeben, dessen einer Ausgang wie- Druckniveau ein Nullwert erreicht. Diese durch den derum luftoffen ist 40 Kolben 13 eingenommene Nullstellung ist daher ein

Beim Ankommen eines Impulses der Steueröff- Maß für die Temperatur der in den Fühler 1 eintrenung des Modulators 5 über die direkte Leitung 3, tendon Luft.

wird der Strahl kalter Luft, welcher auf dessen Ein- Wie einzusehen ist, werden Temperatur- und

gang gegeben wird, auf den nicht luftoffenen Auslaß Druckanderungen der kalten Luft durch die ldentiumgeschaltet. Beim Ankommen eines Impulses am 45 sehen Modulatoren 5 und 8 eliminiert, wobei die Imanderen Steuereingang durch die Verzögerungslei- pulse beider Impulsfolgen die gleiche Hohe unü tung4 wird der Strahl auf den luftoffenen Auslaß zu- Breite haben.

rückgeschaltet. Das Ausgangssignal des Modulators 5 Der Kolben 13 kann zur Betätigung einer Icmpe-

besteht daher in einer Folge von Impulsen 10 der raturanzeige einer Nadel oder eines AusilußventUs gleichen Impulsfolgefrequenz wie die der Impulse 50 im Brennstoffzufülirungssystem verwendet werden, von Fühler 1. Die Impulsbreite ist jedoch entspre- um die Brennstoffzufuhr zum Strahltriebwerk als chend der Zeitdifferenz der Signalausbreitung durch Funktion der Änderung der Tnebwerksturbinenterndie Leitungen 3 und 4 um eine Konstante reduziert. peratur zu regeln. Auf diese Weise kann die 1 urbi-Ein ebenfalls durch kalte Luft betätigter Strömungs- nentemperatur im Bedarfsfall durch Reduzierung der oszillator 6 erzeugt eine Impulsfolge mit einer Im- 55 Brennstoffzufuhr begrenzt werden. Die Vorrichtung pulsfolgefrequenz, welche durch die effektive Länge kann auch zur Regelung der Brennstoffzufuhr waneiner Blattfeder? bestimmt wird. Diese Blattfeder rend Beschleunigungspenoden verwendet werden, öffnet und schließt periodisch eine der Steueröffnun- um ein Kompressorschwingen zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ϊ 773 779 Patentansprüche:

1. Strömungstemperaturfühler mit einem als Fühler wirkenden, durch Heißluft betätigten Strömungsoszillator, welcher eine Folge von Druckimpulsen mit einer der Temperatur der Heißluft entsprechenden Impulsfolgefrequenz erzeugt, und mit einem durch kühlere Luft betätigten Strömungsoszillator variabler Frequenz, gekennzeichnet durch einen durch kühlere Luft betätigten Strömungsverstärker (11), in dessen eine Steueröffnung eine von dem als Fühler wirkenden Strömungsoszillator (1) und in dessen andere Steueröffnung eine vom Strömungsoszillator (6) variabler Frequenz gelieferte Folge von Druckimpulsen eingegeben ist, eine Betätigungseinrichtung (13), die auf entgegengesetzten Seiten den an den Auslässen des Strömungsverstärkers entwickelten Drücken ausgesetzt ist, und eine durch die Betätigungseinrichtung gesteuerte Einrichtung (14, 7) zur Einstellung d^ Strömnng^o·.-zillators (6) variabler Frequenz, derart, daß die Folgefrequenz der durch diesen Oszillator erzeugten Impulse in Übereinstimmung mit der Folgefrequenz der durch den als Fühler wirkenden Strömungsoszillator erzeugten Impulse gebracht wird.

2. Stfömungstemperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impuls erzeugenden Strömungsoszillatoren (1,6) und dem Strömungsverslärker (11) identische Stromungs-Pulsbreitenmodulatoren (5,8) vorgesehen sind, welche ebenfalls durch die kühlere LuIt betätigt sind.