DE1914486C3 - Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichlung der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Art.

Bei einer bekannten Brennstoffregeleinrichtung dieser Art (DE-AS 1096 118) wirkt die Begrenzungseinrichtung bei Überschreitung des vorgegebenen Verdichterenddruckgrenzwertes auf die der Fühleinrichtung für den Verdichterenddmck nachgeschaliete, als pneumatisch/mechanischer Signalwandler ausgebildete

Multiplikationsschaltung ein, die über die Übertragungseinrichtung auf das Brennstoffzumeßventil einwirkt Da aber der Multiplikationsschaltung auch sämtliche anderen Parameter zugeführt werden, die den Verdichterenddruck beeinflussen, beeinflussen diese Parameter im Ergebnis auch den einzuhaltenden Verdichterenddruckgrenzwert wodurch sich dieser nur schwierig and ungenau einhalten läßt

Aufgabe der Erfindung ist es, die Brennstoffregeleinrichtung so auszubilden, daß bei Überschreitung des vorbestimmten Verdichterenddruckgrenzwertes die Regelung genauer und schneller erfolgt

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei der Brennstoffregeleinrichtung nach der Erfindung wirkt bei Überschreitung des vorbestimmten Verdichterenddruckgrenzwertes die auf den Verdichterenddruck ansprechende Begrenzungseinrichtung direkt auf den mechanischen Signalausgang der Multiplikationsschaltung unter Umgehung dieser Multiplikationsschaltung ein und das Brcnnstoffzumeßventii wird mit einer Geschwindigkeit verstellt, die nur von der Größe abhängig ist, um die der Verdichterenddmck den vorbestimmten Wert übersteigt Es wird dadurch verhindert daß andere Parameter, die dem Bewertungsteil und damit der Multiplikationsscha'tung zugeführt werden, den Regelvv/rgang beeinflussen können. Damit läßt sich der vorbestimmte Grenzwert des Verdichterenddruckes genauer und schneller einhalten.

In der Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Unteransprüchen ist es möglich, den Verdichterenddruckgrenzwert zu verändern und trotzdem jeweils stets genau einzuhalten. Dies ist besonders vorteilhaft, da beispielsweise der Verdichterenddmck für eine bestimmte Höhe ein Maß für den Triebwerksschub ist. Der Schub kann innerhalb der Grenzen des Verdichterenddruckes genau geregelt werden. Es ist daher möglich, für den Betrieb mit Vorwärtsschub und mit Rückwärtsschub jeweils verschit.J°ne Grenzwerte festzusetzen und/oder diese verschiedenen Grenzwerte auch zu verändern, je nachdem, wie sich z. B. die Temperatur oder der Druck am Triebwerkseinlaß verändert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I schematisch eine mit einem Gasturbinentriebwerk verbundene Brennstoffregeleinrichtung und

F ι g. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Brennstoffregeleinrichtung.

Die im folgenden in Verbindung mit einem Axialgasturbinentriebwerk beschriebene Brennstoffregeleinrichtung kann in Verbindung mit beliebigen Bauarten von Gasturbinentriebwerken verwendet werden, in denen der vom Verdichter abgegebene Gasstrom auf einen vorbestimmten Druckwert begrenzt werden soll.

Gemäß Fig. I ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Brennstoffregeleinrichtung mit einem Gasturbinentriebwerk 12 verbunden und empfängt unter Druck stehenden Brennstoff über eine Leitung 16 und eine Pumpe 18 aus einem Tank 14. Die Brennstoffregeleinrichtung 10 mißt bestimmte Betriebskenngrößen des Triebwerkes und errechnet aus diesen Parametern in Verbindung mit einer vorgegebenen Wertetabelle die notwendigen Größen zur Regelung der über eine Leitung 20 den Brennern zugeführten Brennstoffmenge. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl über eine Verbindung 22 abgegriffen, der

Verdichtereinlaßdruck wird über eine Leitung 24 ermittelt und der Verdichterenddruck wird über eine Leitung 26 gemessen. Eine Aufnahme der Stellung eines Leistungssteuerhebels 134 erfolgt über eine an diesen angeschlossene Verbindung 28.

In F i g, 2 ist ein Bewertungsteil oder Rechenabschnitt der Brennstoffregeleinrichtung als Block 32 dargestellt Das Bewertungsteil 32 liefert ein bewertetes Signal -^ jeweils für den gleichbleibenden Betriebszustand, für die Beschleunigung und für die Verzögerung, (wobei Wr die zugeführte Brennstoffmenge und P der Verdichterenddruck ist). Das bewertete Signal ^wi wird

über einen drehbar gelagerten Hebel 34 sowie eine Feder 36 auf eine als Gestängemechanismus ausgebildete Multiplikationsschaltung 38 übertragen. Die Multiplikationsschaltung 38 enthält einen schwenkbaren Druckbalken 40, bewegbare Rollen 42 und einen verschwenkbaren Hebel 44. Das bewertete, dem Verhältnis

ι entsprechende Signal übt über den Druckbalken 40

eine Kraft auf die Rollen 42 aus. Die jeweilige Stellung der Rollen 42 wird in der nachfolgend noch zu beschreibenden Weise durch den Wert des tatsächlichen Verdichterenddruckes Pj festgelegt Die mit Bezug auf den Lagerungspunkt des Hebels 44 am Hebelarm angreifende Kraft entspricht daher dem Multiplika-

tionsergebnis J ■ Ps, so daß das Ausgangssignal der

zugeführten Brennstoffmenge W/ entspricht Dieses Signal wird dazu verwendet ein Brennstoffzumeßventil 46 vermittels eines Steuerventils 48 und einer Rückführungsfeder 50 einzustellen.

Aus obigem ergibt sich daher, daß das von der Multiplikationsschaltung 38 erzeugte Signal zur Einstellung der Ventilspindel 52 des Steuerventils 48 entsprechend einer Bewegung des schwenkbaren Hebels 44 dient. Die Schwenkbewegungen des Hebels 44 bewirktii über eine Verbindungsstange 54 eine Einstellung der Ventilspindel 52, welche dazu dient Brennstoff als Betätigungsdruckmittel einem mit halbierten Wirkungsflächen ausgestatteten Differential Betätigungskolben 56 des Brennstoffzumeßventils 46 zuzuführen oder von diesem Kolben wegzuführen. Der in der Leitung 16 anstehende, unter Druck stehende Brennstoff wird über Zweigleitungen 58 und 60 dem Steuerventil 48 zugeführt, von wo aus der Brennstoff vermittels dieses Steuerventils 48 über eine Leitung 62 zu dem Betätigungskolbcn 56 gelangt wenn sich der Bund 64 der Ventilspindel 52 aufwärts bewegt. Wandert der Bund 64 nach abwärts, so wird die Leitung 62 mit einer Auslaßleitung 66 verbunden, so daß der Differential-Betätigungskolben 56 von dem Brennstoff entlastet wird. Die gegenüberliegende Seite oder die kleineren Querschnitt aufweisende Wirkungsfläche des Differential· Betätigungskolbens 56 steht fortwährend unter dem hohen Druck des Brennstoffes. Wird das Steuerventil 48 und damit auch der Betätigungskolben 56 verschoben, jo erfolgt eine entsprechend«: Verstellung des Brennitoffzumeßventils 46, wodurch eine jeweils die Brenn- »toffzumessung bestimmende Durchtrittsfläche 68 zur Regulierung der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk über die Leitung 16, die Zweigleitung 58 und eine weitere Zweigleitung 70 vsi ändert wird. Die Rückführungsfeder JO dient zur Einstellung der auf den schwenkbaren Hebel 44 wirkenden Kraf „ so daß dieser und damit auch die Ventilspindel 52 des Steuerventils 48 zurückgestellt werden. Der Bund 64 hat daher bei gleichbleibenden Betriebszijständen stets die in F i g. 2 gezeigte Stellung, weiche als Gleichgewichtsstellung oder Nullstellung zu bezeichnen ist Das Brennstoffzumeßventil nimmt ab -, diesem Punkt jeweils eine neue Betriebsstellung ein,

weiche dem Produkt

Pi entspricht Wie oben

bereits erwähnt, werden die Rollen 42 gegenüber dem Drehpunkt des Hebels 44 in Abhängigkeit von dem

ίο jeweils festgestellten tatsächlichen Verdichterenddruck P₃ im Triebwerk eingestellt welcher vermittels eines insgesamt mit 74 bezeichneten, auf den tatsächlichen Verdichterenddruck Pi ansprechenden Fühlers bestimmt wird. Der Fühler 74 enthält einen evakuierten Balg 76 und einen Fühlerbalg 78, dessen einer Kammerraum dem über die Leitung 26 zugeführten Verdichterenddruck ausgesetzt ist während der andere Kammerraum oder die andere Seite des Balges dem über einen Kanal 80 zugeführten Umgebungsdruck ausgesetzt ist Der evakuierte BaIj₁ /6 dient lediglich dazu, die Druckwerte zu einem Absolutwert in Beziehung zu setzen. Ein Verbindungsstück 82 wird daher in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck verschoben und bewegt einen schwenkbar gelagerten

2^ri Hebel 94, der mit dem Verbindungsstück über einen Anschlagstift 86 gekoppelt ist Der Hebel 84 wird demgemäß um seinen Lagerungspunkt 88 verschwenkt so daß er mit Bezug auf Düsen 90 und 92 verstellt wird. Der über die Leitung 58 herbeigefühs te, unter Druck

in stehende Brennstoff gelangt über eine Zweigleitung 94 zu der Düse 90 und über eine Zweigleitung 96 zu der Düse 92

In den Zweigleitungen 94 und 96 sind Drosselverengungen 98 bzw. 100 vorgesehen. Der aus den Düsen 90

j'"> und 92 ausströmende Brennstoff trifft auf den Hebel 84, welcher zur Drosselung der Strömung aus den Düsen dient und den Strömungswiderstand an einer der Düsen erhöht wenn er sich näher zu der betretenden Düsenspitze hinbewegt Hat daher der als Drosselklap-

<to pe dienende Hebel 84 gleichen Abstand von den Düsen 90, 92, so ist auch der jeweilige Druckabfall an den Drosselverengungen 98 und 100 gleich und daher wird der Brennstoff in den beiden Kammern VSZ und 104 eines Betätigungszylinders 106 auf gleichen Druckwer-

■r, ten gehalten. Wenn sich daher beispielsweise der Verdichterenddruck erhöht so bewirkt der von dem Druckfühlerbalg 78 aufgenommene Druck eine Verstellung des Verbindungsstückes 82 nach links, so daß der Hebel 84 im Gegenuhrzeigersinn um den Lagerungs-

» punkt 88 verdreht und näher an die Düse 92 bewegt wird, wobei sich der Hebel 84 von der Düse 90 entfernt Hierdurch wird der Dru^k in der Kammer 104 erhöht während der Druck in der Kammer 102 erniedrigt und ein Kolben 110 nach abwärts verschoben wird. Ein

v> Winkelhebel 112 i;' mit seinem einen Ende drehbar an eine Kolbenstange 120 des Betätigungszylinders 106 angeschlossen, während das andere Ende des Winkelhebels gelenkig mit einem Verbindungsgestänge 114 verbunden ist das wiederum Verbindung mit den Rollen

M) 42 hat und diesen eine geradlinige Verschiebungsbewe gung erteilen kann. Hierdurch wird der wbksamt Hebelarm an dem Hebel 44 und damit die auf das Steuerventil 48 einwirkende Kraft verändert so daß in der oben beschriebenen Weise eine Verstellung des

h'i Brennstoffzumeßventils 46 erfolgen kann. Eine der jeweiligen Stellung des Kolbens UO entsprechende Rückführung wird über einen Winkelhebel 116 sowie eine Zugfeder 118 erreicht, die zwischen dem Winkelhe-

bei und dem als Drosselklappe dienenden Hebel 84 gespannt ist und den letztgenannten Hebel in die Mittelstellung zwischen den Spitzen der Düsen 90 und 92 zurückführt Dies ist dann zwar wieder die Gleichgewichts- oder Nullstellung, der Kolben 110 befindet sich jedoch in einer neuen Stellung, die dem festgestellten tatsachlichen Verdichterenddruck P, entspricht

In der Brennstoffregeleinrichtung ist eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen, die den Verdichterenddruck begrenzt damit dieser einen vorbestimmten Wert nicht Obersteigen kann. In gleicher Weise könnte aber auch irgendein anderer Druck begrenzt werden. Wie bereits oben in Verbindung mit dem auf den Verdichterenddruck ansprechenden Fühler 74 gesagt wurde, nimmt der Kolben UO stets eine Stellung ein, welche eine Anzeige des jeweils festgestellten tatsächli-

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des Verdichterenddruckes ergibt sich daher eine ganz bestimmte Stellung des Kolbens 110. Wenn der Verdichterenddruck ansteigt nimmt der Kolben HO in dem Zylinder 106 eine tiefere Lage ein. Über die Kolbenstange 120 ist mit dem Kolben HO ein Gestänge 122 verbunden, welches einen nach abwärts gerichteten Arm 124 aufweist welcher bei der in F i g. 2 gezeigten Betriebsstellung einen bestimmten Abstand von der Oberseite des Hebels 44 hat Obersteigt nun der Verdichterenddruck Pj einen vorbestimmten Wert so legt sich der Arm 124 an den Hebel 44 an und bewirkt eine Verdrehung des Hebels 44 um seinen Lagerungspunkt im Uhrzeigersinn, wodurch die Ventilspindel 52 des Steuerventils 48 nach unten gedrückt wird. Dadurch wird der Differential-Betätigungskolben 56 mit der AuslaBleitung 66 verbunden, so daß er sich seinerseits nach unten in Richtung auf die Schließstellung bewegt und damit die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk mit einer Geschwindigkeit verringert welche von der Größe abhängig ist um die der tatsächliche Verdichterenddruck Pj den gewünschten Wert übersteigt. Die Verminderung der Brennstoffzufuhr hält so lange an, wie der Verdichterenddruck über dem vorgegebenen Wert liegt. Eine Verminderung der Brennstoffzufuhr -> führt zu einer Verringerung des Verdichterenddruckes Py. Kehrt der Verdichterenddruck auf einen zulässigen Wert zurück, so hebt sich der Arm 124 wieder von dem schwenkbaren Hebel 44 ab und die normale Arbeitsweise der Brennstoffregeleinrichtung kann wieder aufge-

K) nommen werden.

Der jeweilige Grenzwert kann leicht durch Bewegung eines Raumnockens 132 in Abhängigkeit von dem Leistungssteuerhebel 134 neu eingestellt werden. Ein Nockentaster 136, welcher an dem Gestänge 122

i"> befestigt ist, dient zur Einstellung des Zwischenraumes zwischen dem Hebel 44 und dem nach unten ragenden Arm 124 und ermöglicht daher eine Einstellung des νεΓΰίνΓιϊ6Γ£ΓιΰΰΓ'ϋθίϊ63, bei welciicii'i <Jic Scgieniurigv einrichtung den normalen Regelbetrieb übersteuert.

.Ό Ferner kann es wünschenswert sein, die Einstellung in Abhängigkeit von der jeweiligen Flughöhe zu verändern oder vorzuspannen. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn ein Flugzeug an einem Flughafen landen muß, dessen Höhe von der Höhe des Flughafens

.') verschieden ist, an welchem das Flugzeug gestartet ist. Während die Grenzwerteinstellung an dem einen Flughafen „-.ir Erzeugung eines ausreichenden Schubes genügen mag und innerhalb der zulässigen Druckwerte liegt, kann dieselbe Einstellung an dem anderen

«) Flughafen ungenügend sein. Es dient deshalb ein evakuierter Balg 138 zur Messung des Umgebungsdrukkes oder der Höhe. Er bewirkt über eine Verbindungsstange 142 eine Schwenkbewegung eines Hebels 140, so daß der Raumnocken 132 in axialer Richtung verscho-

i". ben und wieder eine neue Einstellung des Zwischenraumes zwischen dem nach abwärts ragenden Arm 124 und dem Hebel 44 vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, mit folgenden Merkmalen:

a) ein auf Betriebskenngrößen des Gasturbinentriebwerks ansprechendes Bewertungsteil liefert ein der Brennstoffmenge über dem Verdichterenddruck proportionales Signal an eine Multiplikationsschaltung;

b) eine Fühleinrichtung für den Verdichterenddruck liefert über einen Signalwandler ein dem tatsächlichen Verdichterenddruck proportionales Signal an die Multiplikationsschaltung;

c) das der erforderlichen Brennstoffmenge proportionale Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung steuert über eine Übertragungseinrichtung ein Brennstoffzumeßventil;

d) eine beim Oberschreiten eines vorbestimmten Verdiri.terenddruckes ansprechende Begrenzungseinrichtung zur Herabsetzung der Brennstoffzufuhr ist vorgesehen;

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

e) die Begrenzungseinrichtung (74, 106, 122, 124) wirkt unter Umgehung der Multiplikationsschaltung (38) direkt auf die Übertragungseinrichtung (44,54,48) ein;

f) die Verstellung des Brennstoffzumeßventils (46) erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die nur von der Größe abhängig ist, um die der Verdichterenddruc'i' (Pj) den vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Brennstoffregeleinrichtuiig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (74,106,122,124) eine anordnung (136) zur Einstellung des vorbestimmten Verdichterenddrukkes aufweist.

3. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (136) auf Beiriebskenngrößen, z. B. Temperatur oder Druck am Triebwerkseinlaß, anspricht.

4. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 7 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (136) mittels einer mechanischen Vorrichtung (132) versteilbar ist.

5. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vorrichtung (132) mit einem Leistungssieuerhebel (134) verbunden ist.

6. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vorrichtung einen drehbaren Raumnocken (132) aufweist, der außerdem in Abhängigkeit von einer Betriebskenngröße in axialer Richtung verschiebbar ist.