DE1915824C3 - Regelanlage für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regclaninge für Gasturbinentriebwerke, mit einer einen Leistungswählhebcl aufweisenden Brennstoffzumeßeinrichtung. die in Abhängigkeit von durch Fühler gemessenen Betriebskennwerten steht, wie der Drehzahl. Drücken und/oder Temperaturen am Triebwerk, und mit einer Einrichtung, um bei starker Verzögerung des Triebwerks durch hydraulisch zu öffnende Abblasventile am Verdichter bei gleichzeitiger Zurücknahme der zugeführten Brennstoffmenge dessen Pumpen zu vermeiden.

Eine derartige Rcgclanlagc ist durch die USA.-Patentschrift 3 006 145 bekanntgeworden. Dort werden die Abblasvenlilc während der Beschleunigung geöffnet und geschlossen. Das öffnen der Abblasvcntilc erfolgt abhängig von einer korrigierten Rotordrehzahl bzw, von der Rolordrehzahl, der die Eingangstemperatur überlagert wird, sowie durch das Maß der Beschleunigung oder Verzögerung, Die Stellung der Abblasventile wild über ein äußeres System gesteuert.

Hieran ist es jedoch nachteilig, daß insbesondere beim Verzögern der Drehzahl einer derartigen Gasturbinentriebwerks ein Übersteuern derart erfolgen kann, daß der Kompressor abgewürgt wird oder der Brenner unvermittelt erlischt. Dies liegt im wesentlichen daran, daß die Betriebskennwertc die jeweils gerade zugeführte Brennstoffmenge beeinflussen.

Durch die USA.-Patentschrift 2 978 166 ist eine Regelanlage für Gasturbinentriebwerke bekanntgeworden, mit der eine Übersteuerung beim Beschleunigen des Triebwerks erreicht wird. Dazu ist ein Steuerhebel vorgesehen, der die Abblasventile bei geringer Drehzahl und im unteren Lastbereich der Turbine öffnet. Bei Belastungszunahme werden die Abblasventile unterhalb eines bestimmten La^if-ereichs über den Steuerhebel geöffnet.

Durch die USA.-Patentschrifl 3 001080 ist eine Regelanlage für Gasturbinentriebwerke bekannt, bei der ein Begrenzer für die Beschleunigung vorgesehen ist, um einen instabilen Betrieb der Gasturbine während dieser Phase zu verhindern. Dieser Begrenzer liefert beim Beschleunigen somit ein Steuerprogramm. Diese Regelanlage befaßt sich nicht mit dem Verhalten des Triebwerks beim Verzögern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelanlage mit der. Eingangs benannten Merkmalen vorzuschlagen, bei der die Abblasventilc beim Verzögern derart gesteuert werden, daß keine kritischen Betricbszustände auftreten können.

Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Brennstoffzumeßeinrichtung Teile enthält, die auf andere Teile so einwirken, daß sie bei Zuir.essung der gerade noch zulässigen Mindestbrennstoffmenge den Einfluß der Betriebskennwert" auf die Steuereinrichtung für die hydraulischen Stcllkolhcn der Abblasvcntile ausschalten.

Die Abblasventile können somit beim Verzögern geöffnet gehalten bleiben, ohne daß eine Messung der Drchzahlabnahmc erforderlich ist. Das dadurch auf die Regelanlage einwirkende Programm stellt ein einfaches und betriebssicheres Hilfsmittel für das öffnen der Abblasventilc in Abhängigkeit von der Steuerung und/odc; der Drchzahlabnahme der Turbinen dar.

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

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispicls näher erläutert. Es zeigt

F^rig. 1 eine scliematischc Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer Regclanlage nach der Erfindung.

F i g. 2 in scliemalischer Weise die Regclanlage.

In F i g. 1 ist als Beispiel ein Axial-Gasturbinentriebwcrk mit einer Brennkammer 14 und einem Brennstoffregler 12 gezeigt. Die Brennkammer 14 umfaßt eine Anzahl von Brennern 16 und einen Kohranschluß 18, dem Brennstoff von der Menge von einem Tank 20 über den Regler 12 zugeführt wird.

Die Drehzahl/1 der Turbine wird von einem Fühler 22 gemessen, dessen Signal zum Regler 12 geleitet wird. Eine Sonde 24 tastet die Temperatur am Verdichter ab, die ebenfalls dem Regler 12 zugeführt

wird. Eine Sonde 26 mißt den Brennerdruck /^Jft, der nuch zum Regler 12 übertragen wird.

Der Brennerdruck wird üblicherweise als grundlegender Parameter der Brennstoffsteuerung verwendet. Obwohl bei dieser Erfindung der Brennerdruck als Regeldruck bevorzugt wird, kann auch der Auslaüdruck des Verdichters oder ein anderer Druck in diesem Bereich des Triebwerks verwendet werden.

Die Leistung des Triebwerks wird vom Piloten durch einen Leistungswählhebel 32 in der Flugzeugkanzel eingestellt. Der Brennstoffregler gibt über eine Leitung 30 ein Signal an eine Anzahl gleichmäßig am Umfang der Turbine verleiher Abblasventile 28 an einer Zwischenstufe des Verdichters in Abhängigkeit von der Drehzahlabnahme.

Der Brennstoffregler nach Fig.2 mißt im allgemeinen den Brennstoff als Funktion B/Pb zu.

Dieser Quotient ist ein grundlegender Regelparameler, der in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters und der Temperatur am Verdichtereinlaß steht.

Die Begrenzung der Drehzahlabnahme wird in der Anlage als eine Kraft proportional / ι Β Ph bewirkt, was eine Funktion der Drehzahl/i der TiHiine ist. Sie wird durch verschiedene Parameter, beispielsweise die Temperatur der Verdichteiciniai.'kiM. K·- cinflußt. Die Wirkung dieser Parameter au* die prennstoifzumeßung bei Dreh/.ahlabnahmc wird im folgenden beschrieben.

Die Regelanlage ist hei gleichmäßigem Betrieb tlar»estellt. Um die Drehzahl herabzusetzen, v.-ul der Gashebel 32 durch den Piloten (in der Zeichnung) nach links gezogen, wie durch, den Pfeil in Fin. 2 dargestellt. Diese Bewegung erzeugt ein Signal 33 und über den Drehzahlregler 34 der Tm bine ein Signal 35 an ein Zwischenglied 36. wndiiich dieses im I'hr/eiiiersinn um einen Punkt 38 uebraeht wird. Diese Drehung veranlaßt bei einer Feder 40 eine Abwärtsbewegung, die das Verhältnis B Pb darstellt und in einen Kraftverstärker 42 eingegeben wird.

Der Breiinerdruck wirkt derart auf den Kraftverstärker 42 ein. daß die auf die Ohciseii.· der lede 40 wirkende Kraft durch den Bieiinerdiiick. vervielfacht wird und ein Signal 44 erzeugt, weh. he- dem i'evrünschtcn Brennstolfdurclifb.iß ilurcli en,- Ζιιπί'.¹!.'-einrichtunc 46 entspricht. Bremistoii unter hohem Druck gelangt dabei durch einen Fmlaß 48 zu die-ci Hinrichtung 46. die einen Veniilkorpcr 50 autwci.t (einen Ventilsitz), der einen Durclilluß .pal! 54 steuert. Fin Druckregler (nielildargesicllt) hält eine konstante Druckdifferenz am Spalt 52 auf rech;. Dei zugemessene 13TCnIiStOtI' tritt durch ein<.:i Auslaß 56 aus der Einrichtung 46 aus und win! /um Unhraiischluß 18 des Brenners 16 geleitet.

Fine Bewegung des Ciashebels ^:·. entgegen dem Uhrzeiticrsinn erniedrigt daher den Bieniisioflziilhiß ;ur Turbine. Die Wirkung der Signale 33 und 35 wird bei Drelizahlabnalime durch ein Hebelwerk dadurch begrenzt, daß die Schwenkung des Zwisel.cnglieds 36 um den i'iinki 38 hegienzi wnd. sr, ιΙ.ιΓ, sich die Feder 40 nur so weit nach linien bewegt, wie zwecks Drelizahlabnalime erwünscht ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Hebelwerks bei Drehzahlabnahme bcsrhiicben. Wenn das Zwischenglied 36 im I'lir/cigcrsinn schwenkt, ist ein Zwischenglied 58 infolLe einer Verbindung an einem Stift 62 gezwungen, um .!en Punkt 60 entgegen dem Uhrzeigersinn zu schwenken. Diese Bewegung veranlaßt einen Stift 64, ruh kreisbogenförmig nach rechts zu bewegen. Die Bewegung des Stiftes 64 auf dem Zwischenglied 58 bewirkt eine kombinierte Reaktion an einem Winkelhebel 66 und einem Führungshebel

s 68. Ein Stift 70 verbindet den Wii.Kclhebel 66 mit dem Führungshebel 68. Wenn sich der Stift 64 nach rechts bewegt, schwenkt der Führungshebel 68 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Stift 70, bis eine an cliesem Hebel angebrachte Rolle 78 einen Nocken 80

ίο berührt.

Während dieser Bewegung liegt der Winkelhebel 66 auf Grund der durch eine Feder 82 ausgeübten Kraft an einem Hebelventil 76 an. Wenn die Rolle 78 den Nocken 80 berührt, löst dieser gegen die Fe-

der 40 auf den Winkelhebel 66 ein Moment im Uhrzeigersinn aus, das das Hebelventil 76 öffnet.

Eine Leitung 83, der Druckflüssigkeit zugeführt wird, ist über eine Drossel 84 und ein T-Stück 92 an eine Leitung 86 angeschlossen, die zu einem mit

einem Ventilkörper 120 versehenen Durchflußventil einer Steuereinrichtung 88 und von diesem über eine Leitung SH) zum Abfluß-] lehelv.niil 76 führt, und an eine Leniing 30 angeschlossen ι . . die zu den Stcilkolhen der Ablaßventile 28 führt. Wenn das Hebel-

-5 ventil 76 geschlossen isl. wirk¹, der volle Druck der Flüssigkeit aus der Leitung 83 über die Drossel 84 in erne Kammer ab. wodurch dei Druck in der Leitung 30 vermindert wird.

Die dreidimensionale Steuerfläche des Nockens 80 i't -,, ausgebildet, daß das gev-üiise hte Verhä'inis i> Pb der Verzögerung eihalten wird. Der Nocke ι 80 ist in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters axial um! in Abhängigkeit von der Temperatur am Vcdiditcreinlaß drehbar Die Nockenstellung be-

.i5 stimmt die Stellung des die nen^ive Beschleunigung begrenzenden Ilehclweiks 1 olglich bestimmt dei Nocken das Ausmaß der \ er/ofei imgsabnahnie tier I urbine. um das Abwuruen um) plot/Üche St'tlKei/cn der Tu,-bine bei Drehzahlabnahme zu vermeiden.

4» Oine die Vcrzo'jcrunuszeii der Turbine /.a beeintrik !lügen.

Wird /. B /weck- Dichzahlabnabme der Gashebel 32 /ü'ückgezogen. schwenkt das Zwischenglied 36 in dei Zeichnung im I hizeigersmn und schiebt dadurch

•;s die 1 ed,. ■ JO μ) weit nach unten, wie es das Hebel '■■ ν; Y Ci nc'.;a!!\en Beschleunigung erlaubt, nämiich b,- ,!^;, U,,IiJ 78 m ,',^n Nocken 80 anstoßt. Die Abwai tsbewegiiML' eier leder 40 sieuc π den für die ^ .rzogciiing beme'-sencn Bi ennstoil/ul luß durch das

V' Ventil 50 de; Zumcßeririkhtu:
Das Ilebelvemil 76 HI'üC.
der 1 eHiuiL' 30 \crmindei: wi
tile 18 geoffne! weide·-,

(lieivhm.ißiger Betrieb wird m bekannter Weise

durch den Vergleich i.\cr Im-Du-Iiai'.! mit der SoII-Dich/ahl erreicht, die vom Piloie.i duch den Lei stuiigsw.ili|hel-.el 32 emge-iollt wild. Dieser Vergleich !.."■chielr, uv, Dreli/.iliii .gk ι 34. der keinen Teil der vorliegenden Pilindung bildet. Λιη Nocken 80 tastet cm Huller ')2 die Ki-Dieh/ahl ;ib und übertrügt cm Rücklühiungssignal ¹M zum Drehzahlregler 34. Wenn die Ist-Dieh/alil gleich der S^ll-Dreh/ahl ist. gibt der I)iehzahbeglcr 34 kein Ausgangssignal 3S ab. so daß auf d.is Zwischenglied 36 keine Schwenkkrall mein ausgeübt wird. Das Hebelwerk der negativen Beschleunigung kehrt in die Normalslcllung zurück, wodurch das Hebels eniil 76 schließt.

Wenn die Tuibine mi! geringstem Brcnnstoff/u-

u:Ji Oer Druck in .,..! die Abbl.isven

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

Eine mit einer Drossel 112 versehene Leitung 110 führ, 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 Hcbelventil 76 zwecks Drehzahlabnahme öffnet. Wenn die Brennstoffzufuhr auf dem Mindestwert angelangt ist, öffnet das Hebelvcntil 104, wodurch der Druck in der Kammer 116 abfällt. Der Ventilkörper 120 bewegt sich dadurch unter dem Einlaß der Feder UH abwärts, wodurch der Durchfluß in die Leitung 8(i geschlossen wird. Somit kann die Flüssigkeit in de-Leitung 86. 30 nicht über die Leitung 90 ablaufen. Daher wird der durch die Leitung 30 auf die Stellkolben des Abblasvcntils 28 des Kompressors einwirkende Druck nicht vermindert. Diese Anordnung stellt sicher, daß den Stellkolbcn der Abblasventili;

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

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

Hierzu 1 Blatt 7ieichnungen

Claims (2)

I 915824 Patentansprüche:

1. Regelanlage für Gasturbinentriebwerk, mit einer einett Leistungswählhebel aufweisenden S Brennstoffzumeßeinrichtung, dlie in Abhängigkeit von durch Fühler gemessenen Betriebskennwerten steht, wie der Drehzahl, Drücken und/oder Temperaturen am Triebwerk, und mit einer Einrichtung, um bei starker Verzögerung des Trieb- ™ werks durch hydraulisch zu öl'fnende Abblasventile am Verdichter bei gleichzeitiger Zurücknahme der zugeführten Brennstoffmenge dessen Pumpen zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzumeßeinrichtung (46) Teile (50, 96, 98) enthält, die auf andere Teile (100, 104, 106, 108, 112, 114, 118, 120) so einwirken, daß sie bei Zumessung der gerade noch zulässigen Mindestbrennstoffmenge den Einfluß der Betriebskennwerte auf die *° Steuereinrichtung (88) für die hydraulischen Stellkolben der Abblasventile (28) ausschalten.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (50) der Zündeinrichtung (46) mit einem Anschlag (96) *5 für die Mindestbrennstoffmeinge zusammenwirkt und einen Ansatz (98) trägt, der mit einem Ende eines Winkelhebels (100) so 2:usammcnwirkt, daß er dabei ein an seinem anderen Ende angeordnetes Abfluß-Hebelventil (104) gegen eine Feder (106) öffnet, daß dieses Ventil (104) am Ende einer Leitung (108) angeordnet ist, die an eine der Steuereinrichtung (88) zugehörige Kammer (116) angeschlossen ist, der durc'i eine mit einer Drossel (112) versehene Leitung (110) Druckflüssigkeit zugeführt wird und in der ein geuen eine Feder (118) vorschiebbarci Kolben "(Π4) angeordnet ist, daß dieser mit dem Körper (120) eines Durchflußventils verbunden ist, das zwischen dem Ende einer Leitung (90), in der ein in Abhängigkeit von Betriebskennwerten gesteuertes Abfluß-Hcbeiventil (76) angeordnet ist, und dem Ende einer zu den Stellkolben der Abblasvenlilc (28) führenden Leitung (30) angeordnet ist. der durch eine mit einer Drossel (84) versehene Leitung (83) Druckflüssigkeit zugeführt wird.