DE1915824B2

DE1915824B2 - Regelanlage für Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE1915824B2
Application number: DE1915824A
Authority: DE
Inventors: Stanley Raymond Somers Conn. Paduch (V.St.A.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1968-03-29
Filing date: 1969-03-27
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1250702A; DE1915824C3; US3513899A; DE1915824A1; FR2005028A1

Description

3 '4

wird. Eine Sonde 26 mißt den Brennerdruck Pb, der laßt einen Stift 64, sich kreisbogenförmig nach rechts auch zum Regler 12 übertragen wird. zu bewegen. Die Bewegung d^s Stiftes 64 auf dem

Der Brennerdruck wird üblicherweise als grundle- Zwischenglied 58 bewirkt eine kombinierte Reaktion gender Parameter der Brennstoffsteuerung venvcn- an einem Winkelhebel 66 und einem Führungshebel det. Obwohl bei dieser Erfindung der Brennerdruck 5 68. Ein Stift 70 verbindet den Winkelhebel 66 mit als Regeldruck bevorzugt wird, kann auch der Aus- dem Führungshebel 68. Wenn sich der Stift 64 nach laßdruck des Verdichters oder ein anderer Druck in rechts bewegt, schwenkt der Führungshebel 68 entdiesem Bereich des Triebwerks verwendet werden. gegen dem Uhrzeigersinn um den Stift 70, bis eine an

Die Leistung des Triebwerks wird vom Piloten diesem Hebel angebrachte Rolle 78 einen Nocken 80 durch einen Leistungswählhebel 32 in der Flugzeug- io berührt.

kanzel eingestellt. Der Brennstoffregler gibt über Während dieser Bewegung liegt der Winkelhebel

eine Leitung 30 ein Signal an eine Anzahl gleichmä- 66 auf Grund der durch eine Feder 82 ausgeübten ßig am Umfang der Turbine verteilter Abblasventile Kraft an einem Hebelventil 76 an. Wenn die Rolle 28 an einer Zwischenstufe des Verdichters in Ab- 78 den Nocken 80 berührt, löst dieser gegen die Fehängigkeit von der Drehzahlabnahme. 15 der 40 auf den Winkelhebel 66 ein Moment im Uhr-

Der Brennstoffregler nach F i g. 2 mißt im allge- zeigersinn aus, das das Hebelventil 76 öffnet,
meinen den Brennstoff als Funktion B/Pb zu. Eine Leitung 83, der Druckflüssigkeit zugeführt

Dieser Quotient ist ein grundlegender Regelpara- wird, ist über eine Drossel 84 und ein T-Stück 92 an meter, der in Abhängigkeit voa der Drehzahl des eine Leitung 86 angeschlossen, die zu einem mit Verdichters und der Temperatur am Verdichterein- 20 einem Ventilkörper 120 versehenen Durchflußventil laß steht. einer Steuereinrichtung 88 und von diesem über eine

Die Begrenzung der Drehzahlabnahme wird in der Leitung 90 zum Abf'nß-Hebelventil 76 führt, und an Anlage als eine Kraft proportional zu B/Pb bewirkt, eine Leitung 30 angeschlossen ist, die zu den Stellwas eine Funktion der Drehzahl η der Turbine ist. kolben der Ablaßventile 28 führt. Wenn das Hebel-Sie wird durch verschiedene Parameter, beispiels- 25 ventil 76 geschlossen ist, wirkt der volle Druck der weise die Temperatur der Verdichtereinlaßluft, be- Flüssigkeit aus der Leitung 83 über die Drossel 84 in einflußt. Die Wirkung dieser Parameter auf die eine Kammer ab, wodurch der Druck in der Leitung Brennstoffzumeßung bei Drehzahlabnahme wird im 30 vermindert wird,
folgenden beschrieben. Die dreidimensionale Steuerfläche des Nockens 80

Die Regelanlage ist bei gleichmäßigem Betrieb 30 ist so ausgebildet, daß das gewünschte Verhältnis dargestellt. Um die Drehzahl herabzusetzen, wird der B/Pb der Verzögerung erhalten wird. Der Nocken 80 Gashebel 32 durch den Piloten (in der Zeichnung) ist in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters nach links gezogen, wie durch den Pfeil in Fig.2 axial und in Abhängigkeit von der Temperatur am dargestellt. Diese Bewegung erzeugt ein Signal 33 Verdichtereinlaß drehbar. Die Nockenstellung be- und über den Drehzahlregler 34 der Turbine ein Si- 35 stimmt die Stellung des die negative Beschleunigung gnal 35 an ein Zwischenglied 36, wodurch dieses im begrenzenden Hebelwerks. Folglich bestimmt der Uhrzeige/sinn um einen Punkt 38 gebrach* wird. Nocken das Ausmaß der Verzögerungsabnahme der Diese Drehung veranlaßt bei einer Feder 40 eine Ab- Turbine, um das Abwürgen und plötzliche Stillsetzen wärtsbewegung, die das Verhältnis B/Pb darstellt der Turbine bei Drehzahlabnahme zu vermeiden, und in einen Kraftverstärker 42 eingegeben wird. 40 ohne die Verzögerungszeit der Turbine zu beein-Der Brennerdruck wirkt derart auf den Kraftver- trächtigen.

stärker 42 ein, daß die auf die Oberseite der Feder Wird z. B. zwecks Drehzahlabnahme der Gashebel

40 wirkende Kraft durch den Brennerdnxk verviel- 32 zurückgezogen, schwenkt das Zwischenglied 36 in facht wird und ein Signal 44 erzeugt, welches dem der Zeichnung im Uhrzeigersinn und schiebt dadurch gewünschten Brennstoffdurchfluß durch eine Zumeß- 45 die Feder 40 so weit nach unten, wie es das Hebeleinrichtung 46 entspricht. Brennstoff unter hohem werk der negativen Beschleunigung erlaubt, nämlich Druck gelangt dabei durch einen Einlaß 48 zu dieser bis die Rolle 78 an den Nocken 80 anstößt. Die AbEinrichtung 46, die einen Ventilkörper 50 aufweist wärtsbewegung der Feder 40 steuert den für die Vereinen Ventilsitz), der einen Durchflußspalt 54 steu- zögerung bemessenen Brennstoffzufluß durch das ert. Ein Druckregler (nichtdargestellt) hält eine kon- 50 Ventil 50 der Zündeinrichtung 46.
stante Druckdifferenz am Spalt 52 aufrecht. Der zu- Das Hebelventil 76 öffnet, wodurch der Druck in

gemessene Brennstoff tritt durch einen Auslaß 56 aus der Leitung 30 vermindert wird und die Abblasvender Einrichtung 46 aus und wird zum Rohranschluß tile 28 geöffnet werden.
18 des Brenners 16 geleitet. Gleichmäßiger Betrieb wird in bekannter Weise

Eine Bewegung des Gashebels 32 entgegen dem 55 durch den Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Uhrzeigersinn erniedrigt daher den Brennstoffzufluß Drehzahl erreicht, die vom Piloten durch den Leizur Turbine. Die Wirkung der Signale 33 und 35 stungswählhebel 32 eingestellt wird. Dieser Vergleich wird bei Drehzahlabnahme durch ein Hebelwerk da- geschieht im Drehzahlregler 34, der keinen Teil der durch begrenzt, daß die Schwenkung des Zwischen- vorliegenden Erfindung bildet. Am Nocken 80 tastet glieds 36 um den Punkt 38 begrenzt wird, so daß 60 ein Fühler 92 die Ist-Drehzahl ab und überträgt ein sich die Feder 40 nur so weit nach unten bewegt, wie Rückführungssignal 94 zum Drehzahlregler 34. zwecks Drehzahlabnahme erwünscht ist. Wenn die Ist-Drehzahl gleich der Soll-Drehzahl ist,

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Hebel- gibt der Drehzahlregler 34 kein Ausgangssignal 35 werks bei DrehzaMabnahme beschrieben. Wenn das ab, so daß auf das Zwischenglied 36 keine Schwenk-Zwischenglied 36 im Uhrzeigersinn schwenkt, ist ein 65 kraft mehr ausgeübt wird. Das Hebelwerk der negati-Zwischenglied 58 infolge einer Verbindung an einem ven Beschleunigung kehrt in die Normalstellung zuStift 62 gezwungen, um den Punkt 60 entgegen dem rück, wodurch das Hebelventil 76 schließt.
Uhrzeigersinn zu schwenken. Diese Bewegung veran- Wenn die Turbine mit geringstem Brennstoffzu-

fluß arbeitet, ist ein Minimum-Anschlag 96 für das Zumeßventil 50 wirksam, wobei im Ansatz 98 am Ventilkörper 50 der Zündeinrichtung 46 sich an ein Ende eines Winkelhebels 100 anlegt, der bei 102 schwenkbar gelästert ist, und am anderen Ende ein angeordnetes Hebelventil 104 kraft einer Feder 106 öffnet, welche das Hebelventil 104 bei Normalbetrieb geschlossen hält. Wenn das Hebelventil 104 geöffnet ist, tritt Flüssigkeit aus einer an eine Kammer 116 angeschlossenen Leitung 108 aus.

Eine mit einer Drossel 112 versehene Leitung 110 führt jener Kammer 116 Druckflüssigkeit zu. Die Steuervorrichtung 88 enthält einen Kolben 114, welcher vom Druck in der Kammer 116 gegen eine Druckfeder 118 verschiebbar ist. Der Kolben 114 ist mit dem Ventilkörper 120 des Durchflußventils verbunden, an den die Leitung 86 angeschlossen ist.

Als Beispiel sei angenommen, daß das Hebelventil 76 zwecks Drehzahlabnahme öffnet. Wenn die Brennstoffzufuhr auf dem Mindestwert angelangt ist, öffnet das Hebelventil 104, wodurch der Druck in der Kammer 116 abfällt. Der Venülkörper 120 bewegt sich dadurch unter dem Einlaß der Feder 118 abwärts, wodurch der Durchfluß in die Leitung 86 geschlossen wird. Somit kann die Flüssigkeit in der Leitung 86, 30 nicht über die Leitung 90 ablaufen. Daher wird der durch die Leitung 30 auf die Stellkolben des Abblasventils 28 des Kompressors einwirkende Druck nicht vermindert. Diese Anordnung stellt sicher, daß den Stellkolben der Abblasventüe

ίο 28 normaler Druck zugeführt wird, wenn die Regelanlage die Mindestbrennstoffmenge zuteilt. Bei einer Zunahme über die Mindestbrennstoffmenge hinaus wird der Ventilkörper 50 nach oben bewegt, wodurch die Feder 106 durch Schwenken des Winkeihebeis 100 das Hebelventil 104 schließen kann. Dann füllt die durch die Leitung 110 zuströmende Steuerflüssigkeit die Kammer 116 und die Leitung 108, wodurch der Ventilkörper 120 gegen die Kraft der Feder 118 angehoben wird. Dadurch gelangt der

so Druck in den Leitungen 86, 30 unter Einfluß des Abflußventils 76.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 zahl bzw. von der Rotordrehzahl, der die Eingangs-Patentansprüche: temperatur überlagert wird, sowie durch das Maß der Beschleunigung oder Verzögerung. Die Stellung

1. Regelanlage für Gasturbinentriebwerk, mit der Abblasventile wird über ein äußeres System geeiner einen Leistungswählhebel aufweisenden 5 steuert

Brennstoffzumeßeinrichtung, die in Abhängigkeit Hieran ist es jedoch nachteilig, daß insbesondere von durch Fühler gemessenen Betriebskennwer- beim Verzögern der Drehzahl einer derartigen Gasten steht, wie der Drehzahl, Drücken und/oder turbinentriebwerks ein Übersteuern derart erfolgen Temperaturen am Triebwerk, und mit einer Ein- kann, daß der Kompressor abgewürgt wird oder der richtung, um bei starker Verzögerung des Trieb- *° Brenner unvermittelt erlischt. Dies liegt im wesentliwerks durch hydraulisch zu öffnende Abblasven- chen daran, daß die Betriebskennwerte die jeweils tile am Verdichter bei gleichzeitiger Zurück- gerade zugeführte Brennstoffmenge beeinflussen,
nähme der zugeführten Brennstoffmenge dessen Durch die USA.-Patentschrift 2 978 166 ist eine Pumpen zu vermeiden, dadurch gekenn- Regelanlage für Gasturbinentriebwerke bekanntgezeichnet, daß die Brennstoffzumeßeinrich- 15 worden, mit der eine Übersteuerung beim Beschleutung (46) Teile (50, 96, 98) enthält, die auf an- nigen des Triebwerks erreicht wird. Dazu ist ein dere Teile (100, 104, 106, 138, 112, 114, 118, Steuerhebel vorgesehen, der die Abblasventile bei ge- 120) so einwirken, daß sie bei Zumessung der ge- ringer Drehzahl und im unteren Lastbereich der Turrade noch zulässigen Mindestbrennstoffmenge bine öffnet. Bei Belastungszunahme werden die Abden Einfluß der Betriebskennwerte auf die 20 blasventile unterhalb eines bestimmten Lastbereichs Steuereinrichtung (88) für die hydraulischen über den Steuerhebel geöffnet.
Stellkolben der Abblasventile (28) ausschalten. Durch die USA.-Patentschrift 3 091080 ist eine

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch Regelanlage für Gasturbinentriebwerke bekannt, bei gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (50) der der ein Begrenzer für die Beschleunigung vorgesehen Zündeinrichtung (46) mit einem Anschlag (96) «5 ist, um einen instabilen Betrieb der Gasturbine wähfür die Mindestbrennstoffmenge zusammenwirkt rend dieser Phase zu verhindern. Dieser Begrenzer und einen Ansatz (98) trägt, der mit einem Ende liefert Leim Beschleunigen somit ein Steuerproeines Winkelhebels (100) so zusammenwirkt, daß gramm. Diese Regelanlage befaßt sich nicht mit dem er dabei ein an seinem anderen Ende angeordne- Verhalten des Triebwerks beim Verzögern.

tes Abfluß-Hebelventil (104) gegen eine Feder 30 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine (106) öffnet, daß dieses Ventil (104) am Ende Regelanlage mit den Eingangs benannten Merkmalen einer Leitung (108) angeordnet ist, die an eine vorzuschlagen, bei der die Abblasventile beim Verder Steuereinrichtung (88) zugehörige Kammer zögern derart gesteuert werden, daß keine kritischen (116) angeschlossen ist, der durch eine mit einer Betriebszustände auftreten können.
Drossel (112) versehene Leitung (110) Druck- 35 Di ts gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß flüssigkeit zugeführt wird und in der ein gegen die Brennstoffzumeßeinrichtung Teile enthält, die auf eine Feder (118) vorschiebbarer Kolben (114) andere Teile so einwirken, daß sie bei Zumessung angeordnet ist, daß dieser mit dem Körper (120) der gerade noch zulässigen Mindestbrennstoffmenge eines Durchflußventils verbunden ist, das zwi- den Einfluß der Betriebskennwerte auf die Steuereinschen dem Ende einer Leitung (90), in der ein in 40 richtung für die hydraulischen Stellkolben der AbAbhängigkeit von Betriebskennwerten gesteuertes b.asventile ausschalten.

Abfluß-Hebelventil (76) angeordnet ist, und dem Die Abblasventile können somit beim Verzögern

Ende einer zu den Stellkolben der Abblasventile geöffnet gehalten bleiben, ohne daß eine Messung

(28) führenden Leitung (30) angeordnet ist, der der Drehzahlabnahme erforderlich ist. Das dadurch

durch eine mit einer Drossel (84) versehene Lei- 45 auf die Regelanlage einwirkende Programm stellt ein

tung (83) Druckflüssigkeit zugeführt wird. einfaches und betriebssicheres Hilfsmittel für das

Öffnen der Abblasventile in Abhängigkeit von der Steuerung und/oder der Drehzahlabnahme der Tur-

binen dar.

50 Eine bevorzugte Ausgestaltung des Gegenstands der Erfindung ergibt sich aus dem Unlnaaspruch.

Die Erfindung v.'ird im folgenden an Hand eines

Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für Gas- Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

turbinentriebwerke, mit einer einen Leistungswählhe- F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbi-

bel aufweisenden Brennstoffzumeßeinrichtung, die in ₅₅ nentriebwerks mit einer Regelanlage nach der Erfin-

Abhängigkeit von durch Fühler gemessenen Be- dung,

triebskennwerten steht, wie der Drehzahl, Drücken F i g. 2 in schematischer Weise die Regelanlage.

und/oder Temperaturen am Triebwerk, und mit einer In F i g. 1 ist als Beispiel ein Axial-Gasturbinen-

Einrichtung, um bei starker Verzögerung des Trieb- triebwerk mit einer Brennkammer 14 und einem

werks durch hydraulisch zu öffnende Abblasventile 60 Brennstoffregler 12 gezeigt. Die Brennkammer 14

am Verdichter bei gleichzeitiger Zurücknahme der umfaßt eine Anzahl von Brennern 16 und einen

zugeführten Brennstoffmenge dessen Pumpen zu ver- Rohranschluß 18, dem Brennstoff von der Menge

meiden. von einem Tank 20 über den Regler 12 zugeführt

Eine derartige Regelanlage ist durch die USA.-Pa- wird.

tentschrift 3 006 145 bekanntgeworden. Dort werden 65 Die Drehzahl η der Turbine wird von einem Fühdie Abblasventile während der Beschleunigung geöff- ler 22 gemessen, dessen Signal zum Regler 12 geleinet und geschlossen. Das Öffnen der Abblasventile tet wird. Eine Sonde 24 tastet die Temperatur am erfolgt abhängig von einer korrigierten Rotordreh- Verdichter ab, die ebenfalls dem Regler 12 zugeführt