DE1919169A1 - Brennstoff-,Drehzahl- und veraenderliche Duesenstellungssteuerung fuer einen Gasgenerator - Google Patents

Brennstoff-,Drehzahl- und veraenderliche Duesenstellungssteuerung fuer einen Gasgenerator

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DE1919169A1
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speed
pressure
compressor
turbine
valve
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DE19691919169
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Maljanian John Martin
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Chandler Evans Inc
Original Assignee
Chandler Evans Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/48—Clamped connections, spring connections utilising a spring, clip, or other resilient member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
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Description

  • Brennstoff-, Drehzahl- und veränderliche DUsenstellungssteuerung für einen Gasgenerator.
  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffsteuerungssystem für den Betrieb einer Gasturbinenmaschine, welche einen Regenerator und ein veränderliches Turbinendüsensystem verwendet, um einen niedrigen spezifischen Brennstoffverbrauch in der mit Dieselmotoren vergleichbaren Größenordnung zu erzeugen.
  • Das allgemeine Problem, das sich bei der Steuerung von Gasturbinenmaschinen mit einem Regenerator und einem veränderlichen Turbinendüsensystem ergibt, ist die Einstellung der Brennstoffströmung in die Verbrennungskammer. Es wird veranlaßt durch die vom Regenerator der in die Verbrennungskammer eintretenden Luftströmung zugeführten Wärme und die gleichzeitige Einstellung der Kraftturbinendüsen, die auf ausgewählte Maschinenbetriebsparanter ansprechen, um eine maximale Maschinenleistung aufrechtzuerhalten.
  • Die Maschine, auf welche der verbesserte Brennstoffverbrauch und das Turbinendüsensteuersystem zur Anwendung kommen, enthält gemäß Fig. 1 einen Luftkompressor, der durch eine Kompressorturbine angetrieben wird, welche mit dem Kompressor direkt verbunden ist.
  • Druckluft, die vom Kompressor zum Kombustor strömt, geht durch den Regenerator hindurch, in welchem sie Wärme von den hindurchströmenden Auspuffgasen aufnimmt..-Der Kombustor empfängt die erhitzte Druckluft vom Regenerator und wird gleichzeitig mit Brennstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit WF aus der BrennstoffsteuereinheNit gespeist, wie in den Figuren-2 und--5 gezeigt ist. Die durceh-die Vèrbrennung des Brennstoffs. im Kombustor erzeugten Gase strßmen durch die veränderlichen KraftturbinendUsen zur primären Kraftturbine. Die primäre'Kraftturbine PT ist eine freie Kraftturbine, die in den Strömungsweg zwischen der veränderlichen. DUse und den RUckströmungsweg zum Regenerator eingeschaltet ist. Die freie Kraftturbine erzeugt die Ausgangsleistung der Maschine, die zum Antrieb eines Bodenfahrzeuges verwendet werden kann, wie z.B.
  • eines Lastkraftwagens oder eines Tanks.
  • Wie Fig. 1 zeigt, tritt die Luft in die Maschine aus der umgebenden Atmosphäre (Stelle 1) durch einen Strömungsdämpfer ein und strömt nacheinander durch den Kompressor und den Regenerator zum Kombustor. Die in der Kammer des Kombustors erzeugten Gase strömen zur Kompressorturbine und dann zu den veränderlichen Düsen, welche die Gasströmung durch die Kraftturbine zum Regenerator, aus dem die Gase in die umgebende Atmosphäre a2ifUhrt werden. Die Ziffern 1-13 bezeichnen die aufeinanderfolgenden Stellen im Strömungsweg von der Luftein-laßstelle 1 bis zur AuspurRgas-Auslaßstelle 13, wie in Fig. 1 deutlich angegeben ist.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nachstehend eine Analyse der Funktion und der Wirkungsweise -der Elemente der Turbinenmaschine gegeben, auf welche die BrennstoR£steuerung der Maschine zur Anwendung kommt.
  • Luft wird in den Kompressor an der Stelle 1 mit dem Druck P1 und der Temperatur T1 eingesaugt und verlä8t den Kompressorrotor an der Stelle 3 mit einem höheren Auslaßdruck P3 und einer höheren Temperatur T». Die Luft gelangt von der Stelle 3 zur Stelle 4 und dann durch den Regenerator zur Stelle 5. Im Regenerator nimmt die Druckluft Wärme von den entgegenströmenden heißen Gasen aus dem Auspuff der Kraftturbine PT auf.
  • Die Luft, die im Regenerator auf die Temperatur T5 erhitzt worden ist, tritt nunmehr an der Stelle 6 in den Kobbustor ein, wo zusätzliche Wärme durch Verbrennung des Brennstoffs WF zugesetzt wird. Die erhitzte Luft verläßt den Kombustor und tritt an der Stelle 7 mit einer Temperatur T7 in die Kompressorturbine ein.
  • Die erhit-zte Luft dehnt sich in der Kompressorturbine aus und leistet Arbeit in derselben. Sie verläßt die Kompressortttine an der Stelle 7A mit dem Druck P7A und der Temperatur T7A.
  • Die Kompressorturbine ist mit dem Kompressor direkt gekuppelt und die Kombination der beiden mit dem Regenerator und dem Kombustor wird als der Gasgeneratorteil der Maschine bezeichnet.
  • Die heißen Gase vom Gasgenerator betten in die veränderlichen Düsen mit dem Druck P7A und der Temperatur T7A ein. Die veränderlichen Düsen lenken die Gasströmung zur Kraftturbine, in welcher sich die Gase ausdehnen so daß sie an der'Stelle 9 den Auslaßdruck Pg und die Temperatur T9 aufweisen.
  • Während der Ausdehnung in der Kraftturbine PT, die gewöhnlich als freie Kraft turbine bezeichnet wird, wird nützliche Arbeit geleistet, welche auf ein Untersetzungsgetriebe übertragen werden kann, das mit der Ausgangswelle gekuppelt ist.
  • Von der Stelle 9 werden die Auspuffgase durch den Regenerator geleitet, in welchem sie Wärme an die entgegenströmende Druckluft aus dem Kompressor abgeben. Die verbrauchten Gase treten schließlich an der Stelle 12 aus dem Regenerator aus und werden an der Stelle 13 in die umgebende Atmosphäre abgeführt.
  • Es tgbt zwei besondere Probleme, die sich bei der Steuerung einer Gasturbinenmaschine ergeben, welche einen Regenerator zusammen mit einem veränderlihen Turbinendüsensystem verwendet.
  • Das erste Problem besteht darin, daß die Brennstoffströmung in die Verbrennungskammer entsprechend der Temperatur der Luft verändert werden muß, welche den Regenerator an der Stelle 5 verläßt.
  • In einer einfachen Gasturbine stellt die Kompressorstillstandsgrenze die der Turbine auferlegte obere Begrenzung dar. Der Kompressorplan jedes besonderen Kompressors weist eine Stillstandsgrenzlinie auf, welche der Sitz des maximalen Kompressordruekverhältnisses ist, bei welchem die Maschine arbeiten kann, ohne daß der Kompressor gedrosselt wird. Jeder Wert der korrigierten Drehzahl, der auf der Kompressorstillstandsgrenzkurve dargestellt -ist, hat einen entsprechenden Turbineneinlaßparameter, ein Kompressordruckverhältnis und eine korrigierte Brennstoffströmung. Es ist daher notwendig, eine Brennstoffströmung für eine gegebene Reihe Von Turbinenbetriebsbedingungen unter Verwendung der vorstehend angegebenen Parameter zu berechnen, um eine Brennstoffströmung zu erhalten, welche den Stillstand des Kompressors vermeidet.
  • Das zweite Problem besteht darin, einen begrenzten Wert des Kraftturbinendüsenwinkels für jede gemessene Brennstoffströmung und Steuerhebelwinkeleinstellung zu koordinieren, um die maximale Leistung der Kraftturbine für einen gegebenen Betriebszustand zu erhalten.
  • Die Erfindung betrifft eine automatische Brennstoff- und Drehzahlsteuervorrichtung für regenerative Gasturbinenmaschinen und insbesondere für Gasturbinen, die für Bodenfahrzeuge verwendbar sind, wie z.B. Lastkraftwagen, Kraftfahrzeuge und Tanks.
  • Die Erfindung ist insbesondere auf Gasturbinenmaschinen mit kontinuierlicher Verbrennung anwendbar. Solche Maschinen weisen gewöhnlich einen Lufteinlaß, einen Luftkompressor, eine Verbrennungskammer, eine freie Kraftturbine und einen Regenerator auf, der die abgeführten Verbrennungsgase aufnimmt und einen Teil der Wärme der abgeführten Gase auf die Druckluft überträgt, welche in die Verbrennungskammer eintritt. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche die Drehzahl und Arbeitsleistung der Maschine steuert durch Regelung der gemessenen Brennstofförderung entsprechend einer Funktion einer manuellen Steuerung und einiger Veränderlichen des Maschinenbetriebs, einschließlich der Temperatur und des Drucks der Einlaßluft der Maschine, der Kompressordrehzahl, der Austrittsttemperatur des Regenerators, des Turbinendüsenwinkels und anderer Maschinenbetriebsbedingungen.
  • Infolge von strukturellen und metallurgischen Begrenzungen können Maschinen der angegebenen Art bei Drehzahlen und Temperaturen nicht sicher betrieben werden, welche vorherbestimmte Grenzwerte überschreiten. Für eine maximale Wirtschaftlichkeit des Betriebes müssen jedoch sowohl die Drehzahl als auch die Temperatur der Maschine auf diesen Grenzwerten oder in der Nähe derselben gehalten werden. Während andererseits die Maschgnendrehzahl ein kritischer Faktor der Maschinenleistung ist, kann die Maschine nicht unter allen Betriebsbedingungen mit der maximalen Drehzahl betrieben werden. Die Steuervorrichtung für den Brennstoff und die Drehzahl soll daher der Bedienungsperson ermöglichen, das Drehmoment, die Drehzahl und diese Arbeitsleistung in der gewünschten Weise von einem erforderlichen Maximum auf einen vorherbestimmten Grenzwert der Drehzahl und Arbeitsleistung zu verändern.
  • Der Wert der Drehzahl der Maschine, welcher einem gegebenen Wert der Brennstoffströmung entspricht, verändert sich als eine Funktion der Drehazahl des Kompressors der Maschine, des Drucks und der Temperatur der Einlaßluft der Maschine und einer großen Zahl anderer Faktoren. Die maximale Brennstoffströmung einer Gasturbinenmaschine wird auch begrenzt durch das maximal zulässige Kompressorverhältnis des Luftkompressors, das sich aus der Brennstoffströmung ergibt unter irgendeiner Kombination der Drehzahl des Kompressors, der Temperatur und des Drucks der Einlaßluft der Maschine und der Geschwindigkeit der Luftströmung durch die Maschine. Für eine zweckmäßige Regelung des Betriebs der Maschine und zur Vermeidung der Drosselung des Kompressors ist es demgemäß nicht möglich, sich auf eine automatische Regelung der Brennstoffströmung als eine Funktion von Veränderlichen zu verlassen, welche die Faktoren der Drehzahl, der Einlaßtemperatur und des Einlaßdrucks des Kompressors sowie der Auslaßtemperatur des Regenerators nicht umfassen.
  • Ein anderes wichtiges Erfordernis einer zufriedenstellenden Steuerung des Brennstoffs und der Drehzahl ist die Fähigkeit, die Maschine bei maximaler Geschwindigkeit zu beschleunigen, ohne -die Drosselung des Kompressors zu bewirken, und die Maschine bei maximaler Geschwindigkeit abzubremsen, ohne das Auslöschen des Brenners zu bewirken.
  • Eine der primären Aufgaben der Erfindung besteht -demgemäß in der Schaffung einer Vorrichtung -zur Steuerung des Brennstoffs und der Drehzahl mit einer Einrichtung, welche die Drehzahl des Kompressors für besonders ausgewählte Stellungen des SteuerhebeÇl der Maschine auf bestimmten'Werten hält, und mit ei-ner Einriehtung, we-lche die erforderliche Korrektur der Brennstoffströmung zur Kompressorturbine vornimmt durch Abtastung der Temperatur der aus dem Regenerator austretenden Luftströmung und durch Korrektur der Brennstoffströmung in der Steuervorrichtung als eine Funktion dieser Temperatur.
  • Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Steuervorrichtung, welche in einem einzigen, in sich abgeschlossenen Gehäuse ein Brennstoffmeß-und Steuersystem und eine Steuerung zur Einstellung der Kraftturbinendüsen enthält. Jedes System umfaßt eine Reihe koordinierter hydraulischer Vorrichtungen, welche zusammen wirken, um eine geregelte Brennstofförderung zur Maschine zu erhalten. Diese Vorrihtungen sprechen gemeinsam auf die Einlaßtemperatur des Kompressors, die Auslaßtemperatur des Regenerators, die Drehzahl des Kompressors, die Stellung des Steuerhebels und die Meereshöhe an; Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Steuervorrichtung, welche eine Brennstoffpumpe, eine Brennstoffsteüerung und eine Steuerung zur Betätigung der Turbinendüsen enthält zwecks Verwendung bei einer regenerativen Gasturbine mit Eigenantrieb, welche eine veränderliche Stellung einnehmende Turbinendüsen aufweist.
  • Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Steuervorrichtung, in welcher das planmäßige Brennstoffströmungsbeschleunigungssystem das Brennstoffströmungsschema annähernd auf die theoretischen Brennstofferfordernisse einstellen kann, während eine veränderliche regenerative Wärmezufuhr zu der in den Kombustor des Kompressors eintretenden Luftströmung kompensiert wird.
  • Ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, das Ansteigen der Temperatur des Brennstoffs in der Brennstoffpumpe auf ein Mindestmaß herabzusetzen und die Größe des Betätigers der Turbinendüsen durch Verwendung einer kleinen Pumpe zu begrenzen.
  • Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Steuervorrichtung, welche eine Sicherungsanordnung gegen das Versagen aufweist, damit das Versagen irgendeines Bestandteils der Steuerung nicht eine Beschädigung der Maschine bewirkt.
  • Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Steuervorrichtung für den Brennstoff und die Drehzahl, bei welcher die Drehmomentleistung der freien Kraftturbine der Maschine durch die Stellung der Düsen der freien Turbine gesteuert wird, wobei die Stellung der Düsen in Ubereinstimmung mit dem Drosselhebelwinkel, mit der korrigierten Drehzahl des Korrektors des Gasgenerators und mit dem eingestellten Drehzahlfehler geplant ist.
  • Andere Gegenstände der Erfindung betreffen ein Brennstoff-und Drehzahlsteuersystem, welches die folgenden neuen Merkmale aufweist: 1. Eine Brennstoffpumpe, eine Brennstoffsteuerung und eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellung der Kragftturbendüsen, welche in einem einzigen einheitlichen Steuergehäuse enthalten ist mit einem Steuerhebel, einem Antriebswählhebel und einem Verzögerungshebel zwecks Betätigung unter allen Bedingungen der Umgebung, der Drehzahl und der Meereshöhe.
  • 2. Eine Einrichtung zum automatischen Starten nach einem vorgewählten Brennstoffströmungsschema, das auf die Drehzahl der freien Kraftturbine anspricht.
  • 3. Eine Einrichtung, welche automatisch eine maximale Beschleunigung der Maschine von einer Steuerhebeleinstellung zu einer anderen vorsieht, ohne die Drosselung des Kompressors zu bewirken.
  • 4. Eine Einrichtung, welche bei der Anzeige einer bevorstehenden Entnahme höherer Leistung aus der Turbine eine Steigerung des Leerlaufdrehzahlzustandes bewirkt.
  • 5. Eine Einrichtung für den stationären Betrieb der Maschine mit automatischer Kompensation der Veränderung der Einlaßtemperatur und des Einlaßdrucks der Maschine sowie der Veränderung der Auslaßtemperatur des Regenerators, und mit einer Einrichtung, woche automatisch eine maximale Abbremsung der Maschine von einer gegebenen Steuerhebeleinstellung auf eine niedrigere Steuerhebeleinstellung bewirkt.
  • 6. Eine Einrichtung zum Abbremsen der Kraftturbine durch Einstellüng der Winkel der Kraftturbinendüsen entsprechend einem Verzögerungssignal.
  • Weitere Gegenstände der Erfindung betreffeneine verbesserte Brennstoff- und Drehzahlsteuervorrichtung für eine Gasturbinenmaschine mit einer freien Kraftturbine, wobei die Maschine mit einem Regenerator und einem veränderlichen Kraftturbinendüsensystem ausgerostet ist. Die Steuervorrichtung weist die rolgenden neuen Merkmale auf: 1. Eine Brennstoffpumpe, eine Brennstoffsteuerung und ein Turbinendsenbetätigungssystem, das in einem einzigen, in sich abgeschlossenen Gehäuse enthalten ist. Jedes System enthält eine Reihe von koordinierten hydraulischen Vorrichtungen, welche dem Kombustor und dem Betätiger der Turbinendüsen eine abgemessene Hochdruckströmung zuführen, ein Meßsystem, welches die Brennstofförderung zur Maschine während des Startens, Beschleunigens und Abbremsens steuert und welches eine aus einem Steuerbereich ausgewählte, gleichmäßige Drehzahl des Gasgenerators aufrechterhält, sowie einen Komputer, der den veränderlichen Düsenwinkel als eine Funktion der Steuerhebelstellung ansetzt.
  • 2. Eine Steuervorrichtung, die eine Reihe von Vorrichtungen enthält, welche die Einlaßtemperatur und den Einlaßdruck des Kompressors, die Temperatur des Regenerators und die Drehzahl des Gasgenerators messen, um ein Meßventil entsprechend einer vorgewählten zusammengesetzten Funktion dieser Parameter einzustellen, damit ein vorgewählter Wert der Drehzahl des Gasgenerators aufrechterhalten wird.
  • 3. Eine Steuervorrichtung, welcher derart wirkt, daß die Stellung der einen veränderlichen Winkel aufweisenden Kraftturbinendüsen ausgewählt werden kann, um auf die Kraftturbhe eine Bremswirkung auszuüben, wenn ein Verzögerungssignal angezeigt wird.
  • 4. Eine Steuervorrichtung, die mit Überholvorrichtungen zusammen wirkt, welche die Drehzahlr und Temperatursteuerungen bei einem Signal vom Drehzahlanzeiger der Kraftturbine überholen,um;-zu verhindern, daß die Kraftturbine mit übermäßigen Drehzahlen umläuft.
  • 5. Eine Steuervorrichtung, welche derart wirkt, daß die Stellung der veränderlichen Kraftturbinendüse unabhängig von der Drehzahl des Gasgenerators eingestellt werden kann, um eine maximale Arbeitsleistung der Maschine zu erzielen, insbesondre in dem normalen stationären Betriebsbereich der Maschine.
  • 6. Eine Steuervorrichtung, welche derart wirkt, daß die Maschine bei einem entsprechenden vorgewählten Signal von einer niedrigen Leerlaufdrehzahl auf eine erhöhte Leerlaufdrehzahl eingestellt werden kann, um unter Vorwegnahme einer erhöhten Leistungsanforderung an die freie Kraft turbine eine erhöhte Leerlaufdrehzahl vorzusehen.
  • Im Hinblick auf dise und andere Gegenstände, welche mit den Verbesserungen der vorliegenden Steuerung verbunden sind, besteht die Erfindung in der nachstehend beschriebenen und dargestellten Kombination und Anordnung von Elementen.
  • Aus der nachstehenden Beschreibung werden für den Fachmann noch viele andere Vorteile und Merkmale der Erfindung erkennbar sein.
  • Nachstehend wird eine beispielsweise Ausführungsform des Gasgenerators gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt: Fig. 1 ein schematisches Diagramm; des Strömungsverlaufs einer regenerativen Gast#urbinenmaschine, welche einen veränderlichen Winkel aufweisende Kräftturbinendüsen enthält, Fig. 2 etwas schematisch eine Steuervorrichtung, die nach den Prinzipien der Erfindung ausgebildet ist, Fig. 5 etwas schematisch die Maschine gemäß Fig. 1 mit derzugehörigen Steuervorrichtung gemäß Fig.-2, die i-n, Verbindung mit -iner Ladepumpe und manuellen Steuer-@ hebeln arbeite#n.
  • Die Figuren 4-10 zeigen Diagramme bestimmter Betriebscharakteristiken der Steuervorrichtung gemäß Fig. 2.
  • Das nachstehend beschriebene Brennstoffzuführungs-und Steuersystem gemäß der Erfindung umfaßt ein hydromechanisches Brennstoffmeßsystem und ein veränderliches Kraftturbinendüsensystem, welche gemeinsarn die abgemessene Strömung zum Gasgenerator festlegen und entsprechend den Anforderungen der maximalen Maschineleistung die Gasströmung zur Kraftturbine lenken.
  • Es soll nunmehr untersucht werden, in welcher Weise die Brennstoffströmung zur Gasgeneratorturbine, zur Einlaßgastemperatur T7 der Gasgenerator-turbim und anderen Betriebsparametern der Maschine ih Beziehung steht. Diese Analyse wird angegeben, um das Verständnis der Problem zu erhleichtern, welche durch die Erfindung gelöst werden und ist daher etwas vereinfacht. So wurden beispielsweise alle Sekundärwirkungen der Maschinenleistung, der Wärmeverlust durch Strahlung usw. vernachlässigt, aber die grundlegenden Erwägungen werden dadurch nicht beeinträchtigt.
  • In einer einfachen Gasturbinenmaschine können die Veränderlichen der Maschine wie folgt ausgedrückt werden: P»/P1 Kompressorverhältnis korrigierte Luft strömung N/T1 korrigierte Maschinendrehzahl T7/T1 korrigierte Turbinenlaßtemperatur korrigierte Brennstoffströmung Die Buchstaben P, W, N, T stellen dar Druck, Gewicht, Drehzahl und Temperatur. Die Indizes A und F stellen dar Luft und Brennstoff. Die numerischen Indizes entsprechen den durch mit einem Kreis versehene Ziffern bezeichneten Stellen auf dem Schema der in Fig. 1 gezeigten regenerativen Maschine.
  • Die Eingänge (d.h. Steuerparameter) des Steuersystems shd: (1) Einlaßdruck P1 des Kompressors (2) Einlaßtemperatur T1des Kompressors (3) Drehzahl NGG des Gasgenerators (4) Auslaßdruck P) des Kompressors (5) Auslaßtemperatur T5 des Regenerators (6) Luftströmung WA des Kompressors (7) abgemessene Brennstoffströmung WF (8) Einlaßtemperatur T7 der Turbine (9) Drehzahl NpT der Kraftturbine (10) Winkel PLA des Steuerhebels (11) Winkel ß der Kraftturbinendüse.
  • Die Leistung einer einfachen Gasturbinenmaschine kann durch eine einzige Reihe von Kurven veranschaulicht werden, wie sie zB. in Fig. 8 gezeigt sind.
  • Die Stillstandsgrenzen des Kompressors werden durch die unterbrochene Linie in Fig. 8 dargestellt, welche der Sitz des maximalen Druckverhältnisses ist, bei welchem die Maschine arbeiten kann, ohne eine Drosselung oder einen Stillstand des Kompressors zu bewirken.
  • Der Punkt A in Fig. 8 liegt an der Kreuzung der Stillstandsgrenze und einer Linie der konstanten korrigierten Drehzahl Dem Punkt A entspricht auch ein Turbineneinlaßtemperaturparameter T7/T1, ein Kompressordruckverhältnis P3/Pa und eine korrigierte Brennstoffströmung Um den Stillstand des Kompressors für jeden Wert der korrigierten Bsennstoffströmung längs der Kompressorstillstandslinie zu vermeiden, entspricht ein Kompressordruckverhältnis P3/P1, wie n NA Fig. 9 zeigt. Die maximal zulässige Brennstoffströmung zum Gasgenerator wird daher ausgedrückt durch: In einer regenerativen Maschine wird ein großer Teil der dem Auspuffgas entzogenen Wärme der Luftströmung stromaufwärts vom Kombustor zugesetzt. Das Brennstoffsteuersystem muß diese zugesetzte Energie kompensieren durch Verringerung des dem Kombustor zuge führten Brennstoffs proportional zur Temperatur der den Regenerator verlassenden Luft.
  • Die Brennstoffströmung kann als aus zwei Teilen bestehend ausgedrückt werden durch die Gleichung: WF = WFA + WEQ (2) worin WFA die tatsächliche Brennstoffströmung und WEQ die äquivalente Strömung dargestellt, welche der aus dem Regenerator wiedergewonnenen Wärme entspricht.
  • Das Ansteigen der Temperatur im Kombustor wird durch die Gleichung ausgedrückt: (T7 - T5) = WFA . H (3) 7 A p worin bedeutet: H den Heizwert des Brennstoffs, Cp die spezifische Wärme der Luft unter konstantem Druck und WFA/WA das Luft-Brennstoffverhältnis.
  • .Durch Umordnung der Beziehungen kann die Gleichung (3) wie folgt ausgedrückt werden: -12- Wenn T5 die Austrittstemperatur aus dem Regenerator ist(die Einlaßtemperatur des Kombustors) kann der Wärmeanstieg vom Kompressor-auslaß zum Kombustorauslaß wie folgt ausgedrückt werden: (T7 ) T3) = (T7 - T5) + (T5 - T3) (5) Durch Umordnung der Beziehungen der Gleichung #4) entoprechend Gleichung (5) kann die Gleichung (4) wie folgt ausgedrückt werden: Wenn die Turbinenströmung abgedrosselt ist, was eintritt, wenn das Druckverhältnis parallel zur Turbine einen Wert von etwa 1,89 überschreitet, kann die folgende Gleichung angewendet werden: Wenn zuerst beide Seiten der Gleichfung (7) mit multipliziert, dann durch P1/WA dividiert und hierauf zum Quadrat erhoben werden, wird die folgende Gleichung erhalten: Wenn im Kompressor eine ideale adiabatische Kompression angenommen wird, kann die folgende Gleichung angewendet werden: T3 - (P3) γ-1 γ T1 (P1) worin γ das Verhältnis Cp/Cr der spezifischen Wärmen bedeutet.
  • Wenn Gleichung (O) und Gleichung (9) in die obige Gleichung t6) eingesetzt werden, wird die folgende Gleichung erhalten: Durch Umordnung einiger der Bezeichnungen kann die Gleichung (10) wie folgt ausgedrückt werden: Daraus ist ersichtlich, daß für jeden Wert von P5/P1 (das eine Funktinn von NGG ist) WFA eine Funktinn der Parameter P1, T1 und T5 ist.
  • Anders ausgedrückt ist ersichtlich, daß beim Zyklus einer einfachen Gasturbine ohne-einen Regenerator der Temperaturanstieg T3 - T1 durch den Kompressor, der sich aus der Wärme ergibt, welche durch die Kompression von P1 auf P der Einlaßluft zúgeeetzt wird, für jede besondere Ausbildung des Kompressors bekannt ist. Die Größe des Temperaturanstiegs T3 - T1 ändert sich bei jeder Veränderung des Kompressionsverhältnisses. Für jede besondere Ausbildung des Kompressors ist auch das Kompressionsverhältnis eine Funktion der Kompressordrehzahl NGG. Bei Verwendung einer bekannten Temperatur T1 als Basis, ist es daher bekannt, daß der Temperaturanstieg durch den Kompressor relativ zur Basis T - T1 beträgt.
  • 3 Wenn ein Regenerator in dem System angeordnet wird, ergibt die der Luftströmung durch den Regenerator zugesetzte Wärme eine Verringerung der BrennstoffstUrömung, die erforderlich ist, um die Kompressorturbine mit einer vorgeschriebenen Kompressordrehzahl zu betreiben. Wenn daher der Temperaturanstieg durch den Kompressor für einen besonderen einfachen Zyklus des Kompressors bekannt ist, kann die Zunahme der Temperatur infolge der durch den Regenerator zugesetzten Wärme für einen besonderen Wert des Kompressordruckverhältnisses wie folgt ausgedrückt werden: WA (T5 - T3) C WFR H (12) Aus Gleichung (12) ist ersichtlich, daß der Temperaturanstieg durch den Regenerator zusammen mit der Geschwindigkeit Wk und der spezifischen Wärme Cp der Luftströmung durch den Regenerator gleichgesetzt werden kann einer Brennstoffströmungsgeschwindigkeit WFR zusammen mit dem Heizwert H des besonderen Brennstoffs, worin die Brennstoffströmungsgeschwindigkeit WFR die Verringerung der Brennstoffströmung darstellt, die sich aus der durch den Regenerator bewirkten Zunahme der Temperatur der Luftströ.mung -ergibt. Wenn der Temperaturanstieg durch den Kompressor für eine besondere Ausbildung des Gasgenerators ohne einen Kompressor bekannt ist, kann die'Verringerung der Brennstoffströmung, die sich aus der HinzufU-gung eines Regenerators ergibt, wie folgt ausgedrückt werden: WFR = WA(TsT) Cp (15) H Wenn W WA, T5, Cp und H für eine besondere'Ausbildung der Gasturbine und den in derselben verwendeten Brennstoff bekannt sind, ist daher aus Gleichung (13) ersichtlich, daß die aus der Hinzufügung eines Regenerators sich ergebende Verringerung der Brennstoffströmung zu einer besonderen Turbine berechnet werden kann. Durch Verwendung der Parameter,P1, T1 und T5 ist die vorliegende Steuerung so ausgebildet, daß die abgemessene Brennstoffströmung für einen Gasgenerator mit einem Regenerator als eine Funktion von T5 festgesetzt wird. Die Festsetzung der abgemessenen Brennstoffströmung für den vorliegenden Gasgenerator mit einem Regenerator kann daher wie folgt ausgedrückt werden: WF (bemessen) = WF - WFR (14) worin Wp die Brennstoffströmung bedeutet, die für den besonderen Gasgenerator ohne einen Regenerator erforderlich ist.
  • Mit Bezug auf die freie Kraftturbine PT ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß die heißen Gase aus dem Gasgenerator durch die eine veränderliche Stellung einnehmenden Düsen hindurchgehen, welche zwischen dem Auslaß der Gasgeneratorturbine und dem Einlaß der freien Kraftturbine angeordnet sind. Die heißen Gase treten in die freie Kraftturbine PT an der Stelle 8 ein und dehnen sich bis zum Druck P9, aus, bevor sie zum Regenerator strömen. Der Regenerator ist so ausgebildet, daß die durch denselben hindurchgehenden heißen Gase einen sehr geringen Druckabfall erfahren und der Druck P9 ist im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck P1.
  • In dieser Analyse sind wieder die Sekundärwirkungen, wie die Leistung und der Wärmeverlust vernachlässigt, ohne daß dadurch die grundlegenden Erwägungen beetträchtigt werden.
  • Wenn die heißen Gase aus dem Gasgeneratorteil der Maschine mit dem Druck P8 und der Temperatur T8 sich in der Kraftturbine frei bis auf den Druck P1 ausdehenen können, wird die von jedem Pfund des Auspuffgases verbrauchte kinetische Energie durch die Gleichung angegeben: Zoll/Pfund (15) worin bedeutet: J den Energieumwandlungsfaktor 778/Pfund/BTU.
  • das Verhältnis Cp/Cr der spezifischen Wärmen pr Aus Gleichung (15) kann entnommen werden, daß die vom Gas angenommene Geschwindigkeit u gleich ist: Zoll/Sekunde (16) worin g die Schwerkraftbeschleunigung bedeutet.
  • Wenn dieses eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Gas in der Umfangsrichtung gegen ein Turbinenrad und durch dasselbe gelenkt wird, so daß die Umfangskomponente der lebendigen Kraft umgekehrt wird (was der Fall ist, wenn das eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Gas auf die Flügel eines einem stationären Impuls ausgesetzten Turbinenrades auftrifft), dann beträgt das auf das Rad ausgeübte Drehmoment: Q = 2AW u.r (17) g worin bedeutet: r den Halbmesser, an dem das Gas auftrifft, g die Schwerkraftbeschleunigung.
  • Die obige Analyse stellt die Gasströmung durch ein in Ruhe berindliches Turbinenrad dar. Wenn sich das Rad dreht, so daß seine Umfangsgeschwindigkeit gleich v ist, dann nähert sich das aus den Düsen austretende Cas dem Rad in der Umfangsrichtung mit der relativen Geschwindigkeit u-v und seine Richtung wird umgekehrt, so daß es das Rad wit der gleichen relativen Geschwindigkeit u-v verläßt.
  • Das in diesem Fall auf das Rad ausgeübte Drehmoment beträgt: Q = 2AW (u-v) r (18) g Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, daß bei Veränderung des Winkels der Düsen, welche die Annäherung der Gasströmung an das Turbinenrad lenken, die relative Geschwindigkeit u-v und demgemäß auch das Drehmoment verändert wird. Da es erwünscht ist, das tatfachliche Ausgangsdrehmoment für jeden besonderen Maschinenbetriebszustand auf maximaler Leistung zu halten, ist es notwendig, die mit ß bezeichnete Stellung der veränderlichen Düsen der Kraftturbine zu verändern, um die optimale relative Geschwindigkeit u-v und demgemäß das Drehmoment für maximale Leistung aufrechtzuerhalten. Die Stellung ß = Oo ist der Definition nach jene Stellung der Krartturbinendüsen, bei welcher mit einer Drehzahl der freien Kraftturbine von 1004 die maximale Leistung erzielt wird. Alle veränderlichen Winkel der Kraftturbinendüsen sind auf diesen Wert ß = Oo bezogen.
  • Die heißen Gise aus dem Gasgenerator verlassen die Gasgeneratorturbine an der Stelle 7A und treten an der Stelle 8 in die freie Kraftturbine ein, um den Gasgenerator mit der freien Kraftturbine thermodynanisch derart zu verbinden, daß ein Ausgangsdrehmoement der freien Kraftturbine als eine Funktion der Drehzahl des Gasgenerators erzeugt wird. Da die Räder des Bodenfahrzeuges mit der freien Kraftturbine direkt verbunden sind, kann das für jede Bodendrehzahl in der Vorwärtsrichtung verwendete Drehmoment durch Veränderung der Gasgeneratordrehzahl verändert werden.
  • Aus Fig. 7 ist beispielsweise ersichtlich, daß sich für die Gasgeneratordrehzahl NGG1 und einen willkürlich ausgewählten Punkt, der als Stelle 1 bezeichnet ist, ein niedriger Wert des Drehmoagents und eine entsprechend geringe Brennstoffströmung ergibt. Wenn die gleiche Bodendrehzahl aufrechterhalten, aber die Gasgeneratordrehzahl auf den an der Stelle 3 angegebenen Wert erhöht wird (beispielsweise beim Bergauffahren), dann ist ersichtlich, daß das Drehmoment und die entsprechende Brennstoffströmung auf die an der Stelle 3 angegebenen Werte erhöht werden, während die Bodendrehzahl konstant bleibt. Es ist auch zu bemerken, daß bei der Bodendrehzahl in der Vorwärtsrichtung gleich 0 (im Ruhezustand des Fahrzeuges) das für die Beschleunigung aus der Ruhestellung verfügbare Drehmoment durch Erhöhung der Gasgeneratordrehzahl wesentlich erhöht werden kann.
  • Gemäß Fig. 3 weist die Brennstoffmeß- und Drehzahlsteuervorrichtung eine Brennstoffpumpe 260, eine Brennstoffsteuerung 261 und eine Steuerung 262 zur Betätigung der Turbinendüsen auf, welche für eine regenerative Gasturbine mit Eigenantrieb verwendbar sind, die eine veränderliche Stellung einnehmende Kraftturbinendüsen 264 aufweist. Außerdem sind ausgewählte Fahrzeugsignale vorgesehen, auf welche die beschriebene Vorrichtung anspricht, um eine Brennstorförderung zur Maschine für den Start, den Leerlauf, die Beschleunigung, das Abbremsen und den Wirtschaftlichkeitsbereich vorzusehen.
  • Das in Fig. 3 dargesstellte System weist eine Pumpe 260 auf, die einem Steuersystem 261 eine Hochdruckströmung zuführt, die erforderlich ist, um dem Kombustor 265 eine abgemessene Strömung zuzuführen und einen Betätiger 262 für die Düsenstellung zu betätigen.
  • Wie Fig. 2 zeigt, enthält das System auch ein Meßsystem 41, 83,94, 172 und 142, um die Brennstoffzuführung zur Maschine während des Startens, der Beschleunigung und des Abbremsens zu steuern und um eine aus dem gesteuerten Bereich ausgewählt gleichmäßige Gasgeneratordrehzahl aufrechtzuerhalten, sowie einen Steuerkomputer 17, 40, 130 und 221, der die Stellung des Düsenbetätigers festsetzt.
  • Die, der Maschine zugeführte Brennstoffströmung wird bemessen entsprechend der Gasgeneratordrehzahl NGG. der Einlaßtemperatur T1 des Kompressors, der Auslaßtemperatur T5 des Regenerators, der Meereshöhe P1 und dem Steuerhebelwinkel. Die Stellung ß der Kraftturbinendüse wird festgesetzt entsprechend der durch den Steuerhebelwinkel korrigierten Drehzahl NGG/T1, dem eingestellten Drehzahlfehler, dem Ubertragungsantriebssignal, dem Kraftturbinenreglerbefehl und dem Verzögerungs-(Brems-)befehl.
  • In einer idealen Maschine, in welcher die Wirkungen der Leistungsveränderung vernachlässigabr sind und in welcher die der Gasströmung zugesetzte Wärme durch die Drosselung des Kompressors begrenzt ist soll die korrigierte maximale Brennstoffströmung für irgendein festgesetztes Kompressorverhältnis linear verringert werden, wenn die Temperatur der Einlaßluft des Kombustors zunimmt.
  • Unter der Annahme, daß im Kompressor eine ideale adiabatische Kompression erfolgt und daß die Turbine wie eine gedrosselte Düse wirkte ergibt ein Ausdruck für diese vorstehend abgeleitet Beziehung die Gleichung (11), die nachstehend nochmals angegeben wird Diese Beziehung kann angenähert durch eine gerade Linie angegeben werden für einen gewünschten Strömungsverlauf und ein spezifisches Kompressorverhältnis, dessen Werte T5/T1 auf der Abzisse aufgezeichnet sind, während verschiedene Temperaturen und Meereshöhen darstellende Punkte so aufgezeichnet sind, daß eine gerade Linie erhalten wird, die eine mittlere Stellung angibt. Wie die Figuren 8 und 9 zeigen, entspricht jedem Wert des Kompressorverhältnisses im 3tartzustand des Kompressors ein Wert der korrigierten Drehzahl.
  • Die korrigierte Drehzahl kann daher das Kompressorverhältnis als der abgetastete Maschinenbetriebsparameter ersetzen.
  • Die Wiedergabe des gewünschten Strömungsverlaufs entsprechend den graphischen Darstellungen der Figuren 8 und 9 würde komplizierte Berechnungseinrichtungen erfordern, was bei einem verhältnismäßig geringen Verzicht auf Maschinenleistung vermieden weren kann durch Verwendung der nachstehend beschriebenen vereinfachten Einrichtung. Die zugeführte Brennstoffstsrömung stellt daher ein Kompromiß dar und ist für irgendeinen besonderen Prozentsatz der Gasgeneratordrehzahl etwas geringer als im idealen Fall.
  • Das integrierte System enthält eine Hochdruck-Zahnrad pumpe mit positiver Verdrängung, welche Brennstoff für den Maschinenverbrauch nach einem vorher aufgestellten berechneten Brennstoffplan liefert. Außerdem steuert das System die Tätigkeit, des Sinstellungssystems für die Kraftturbinendüsen, sowie die Berechnungs- und 3ervosysteme. Der Brennstoffmeßabschnitt verändert den wirksamen Nettomeßbereich als eine Funktion von T5, NGG, T1, P1 und verändert den Meßkopf der Steuerung als eine Funktion von NGG. Der Meßabschnitt mißt kontinuierlich die richtig festgesetzte Beschleunigungsströmung und ein Regler ist vorgesehen, um einen Teil dieser Strömung zum Pumpeneinlaß entsprechend dem Drehzahlfehler zu umgehen. Eine positive Mindest-Abbremsströmung ist mittels eines Anschlages vorgesehen. Das koordinierte System der hydraulischen Berechnungselemente wirkt auf einem hohen Kraftniveau, um eine genaue Brennstoffplanung für den Gasgenerator zu erhalten eine Planung der Kraftturbinendüsensteliung als eine Funktion der korrigierten Gasgeneratordrehzahl im Wirtschaftlichkeitsbereich und eine Auswahl der optimalen Düsenwinkel für das Bremsen, die Beschleunigung, den Start und den LeErlau£. Die hydraulische Berechnung zur de verwendet zwecks Eliminierung mechanischer Verbindungen zwischen den Bestandteilen, um die Genauigkeit zu erhöhen und die Unabhängigkeit der Einstellung zu erleichtern. Es gibt keine Auslaßdruckverbindung des Kompressors mit der Steuerung, wodurch die Möglichkeit des Versagens der Membran oder des Balges eliminigert wird> welche den Eintritt des Brennstoffs in den Kompressor der Maschine ermöglichen.
  • Gemäß Fig. 2 tritt durch eine (nicht dargestellte) Ladepumpe auf dem Ladedruck PB gehaltener Brennstoff über einen Durchlaß 2 in die Zahnradpumpe 1 ein, welche über eine Abzweigytr, von der (nicht dargestellten) Kompressorturbine angetrieben wird. Der Brennstoff wird von der Pumpe 1 über ein Filter 4 ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts, das unmittelbar stromabwärts von der Pumpe 1 angeordnet ist, in die Leitung 3 gefördert.
  • Ein Durchlaß 5, der mit der Leitung 3 in Verbindung steht, führt die Flüssigkeit einem Servoregler 6 zu. Dieser Regler weist eine Meßspule 7 auf, die so angeordnet ist, daß sie mit der Meßfläche d des Reglergehäuses 9 zusammenwirkt. Die'Meßspule 7 wird durch iie spiralförmige Druckfeder 10, die im Hohlraum 11 des Gehäuses 9 angeordnet ist, in die Offenstellung gedrückt. Der Hohlraum 11 wird kontinuierlich auf Ladedruck gehalten. Die über die Meßfläche strömendeFlüssigkeit tritt in die Servoleitung 12 ein, die mit der Kammer 15 über den Durchlaß 14 in Verbindung steht, in welchem eine Verengung 15 angeordnet ist. Der Druck in der Kammer 13 leistet dem durch die Feder 10 auf die Meßspule 7 ausgeübten Druck Widerstand, so daß in der 3ervoleitung 12 ein geregelter Druck Pg hergestellt wird. Der Servodruck P in der Leitung 12 wird auf verschiedene Elemente Rer Steuerung übertragen, wie Fig. 2 zeigt.
  • Die Leitung 16, die mit der Leitung 3 in Verbindung steht, führt Flüssigkeit unter einem geregelten Pumpendruck Pr dem Drehzahldruckumwandler 17 und dem Düsenbetätiger 221 zu. Der Drehzldruckumwandler weist ein äußeres Gehäuse 1o auf, in welchem ein Druckkissen 19 uni eine Lagerhülse 20 angeordnet sind, die einen umlaufenden Kopf und eine Welle 21 trägt, welche mit der gleichen Drehzahl wie Sie Zahnradpumpe 1 angetrieben werden. Die 'lüssigkeit aus der Leitung 16 tritt in den umlaufenden Kopf und die Helle 1 übel' den Durchlaß 22 im Gehäuse 18 ein, der mit einem Durchlaß -> und einer Hingnut 24 in der Lagerhülse 20 in Verbindung steht. in Durchlaß 25 im umlaufenden Kopf und der Welle 21 stellt die Verbindung zwischen der Ringnut 24 und einer Einlaßkammer 6 her. Der Ladedruck wird auf ähnliche Weise über einen Durchlaß a in eine Bezugskammer 27 eingeführt. Ein Meßkolben 29 ist in einer Axialbohrung 30 im umlaufenden Kopf verschiebbar angeordnet und wird durch eine im Hohlraum 27 angeordnete spiralförmige Druckfeder 31 nach außen gedrückt. Ein Anschlag 32 ist in den umlaufenden Kopf 21 eingeschraubt, um den Axialdruck der auf den Kolben 29 wirkenden Feder 31 einstellen zu können. Der Kolben 29 wird durch eine spiralförmige Druckfeder 33 nach innen gedrückt, die durch ein Federhalteelement 80 in axialer Richtung außerhalb des Kolbens 29 gehalten wird. Die Flüssigkeit aus der Einlaßkammer 26 strömt über die Fläche 34 des Kolbens 29 in die Kammer 35 und von dort über einen radialen Durchlaß 36 im umlaufinden Kopf in dem äußeren Hohlraum 7 im Gehäuse 18. Eine nicht abgemessene Strömung in den Hohlraum 37 wird durch den im wesentlichen flüssigkeitsdichten Sitz zwischen der äußeren Fläche des Kolbens 29 und der Bohrung 30 im umlaufenden Kopf 21 verhindert.
  • Wenn die Drehzahl der Zahnradpumpe zunimmt, nimmt auch die Drehzahl des direkt gekuppelten umlaufenden Kopfes zu, um eine erhöhte Zentrifugalkraft zu erzeugen, die zum Quadrat der Drehzahl proportional ist. Dadurch wird der Kolben 29 nach außen bewegt und die ringförmige oeffnung zwischen der Meßfläche 34 des Kolbens 29 und der Kante der Einlaßkammer 26 der Bohrung 30 vergrößert.
  • Die vergrößerte ringförmige oeffnung ergibt eine verminderte Beschränkung der Strömung, do daß sich der Druck im äußeren Hohlraum 37 jenem annähern kann, der zum Ausgleich der auf dem Kolben 29 entwickelten Zentrifugalkraft erforderlich ist. Die Funktion des quadrats der Drehzahl, welche dem innerhalb des Hohlraumes 37 erzeugten Druck entspricht (nachstehend als Drehzahlsignal bezeichnet), ist eine Funktion des Quadrats der Gasgeneratordrehzahl und wird gleichzeitig über den Durchlaß )8 und eine Leitung 39 auf ehen Drehzahldruckschalter 40 und einen Meßkopfdruckregeler 41 übertragen, sowie durch eine Verengung 42 auf die Leitung 120.
  • Das Anreicherungsventil 44 empfängt die Einlaßströmung aus der Leitung 43 über die Pumpenauslaßleitung 3. Das Ventil 44 enthält eine Spule 45, die in der Bohrung 46 des Gehäuses 47 axial verschiebbar angeordnet ist. In der Kammer 55 ist eine spiralförmige Druckfeder 48 angeordnet, um die Spule 45 gegen die Dichtungsfläche 49 im Gehäuse 47 zu drücken, bis der auf die Spule 45 wirkende Flüssigkeitsdruck und der gegen die Membran 51 wirkende Druck in der Kammer 50 die Kraft überwinden, die von der Feder 48 auf die Ventilspule 45 ausgeübt wird. Dieser Zustand soll bei einer vorgewählten Gasgeneratordrehzahl eintreten. Bei der vorgewählten Gasgeneratordrehzahl wird Flüssigkeit im Durchlaß 49 über den Durchlaß 46 in die Leitung 54 übertragen, wodurch die Strömung in der Leitung 179 versträkt wird, Die Leitung 54 stromabwärts von der Spule 45 steht über den Durchlaß 56 mit der Kammer 55 in Verbindung. Der Druck in der Kammer 55, der als eine Funktion der Maschinendrehzahl geregelt ist, verstärkt daher die fon der Feder 48 ausgeübte Kraft, welche dem Druck in der Kammer 50 entgegenwirkt.
  • Das Anreicherungsventil 44 ist vorgesehen, um eine spezifische Zunahem der Brennstoffströmung bei einer vorgewählten Gasgeneratordreh zahl entsprechend den Anforderungen an die besondere Gas turbine zu bewirken.
  • Der Meßkopfdruckregler und das Entlastungsventil 41 empfangen die Pumpenauslaßströmung aus der Leitung 3 über die Leitung 57. Der Ventiltteil 58 steuert die Umgehungsströmung zur Umgehungsleitung 59, welche zu einem (nicht dargestellten) Wärmetauscher und dann zum Pumpeneinlaßdurchgang 2 führt. Der Ventilteil 58 ist in der Bohrung 60 des Gehäuses 61 verschiebbar angeordnet und weist eine Ausnehmung 62 in der Endfläche 63 des Ventilteils auf, die mit der Leitung 57 in Verbindung steht. Eine spiralförmige Druckfeder 64 ist in einem Hohlraum 65 innerhalb des Ventilteils 58 angeordnet, um das Entlastungsventil 66 in Dichtungseingriffnit der Ausnehmung 62 zu drücken. Wenn der Auslaßdruck die Kraft der Feder 64 überwindet, hebt sich das Entlastungsventil 66 von seinem Sitz ab, um eine Strömung durch den Hohlraum 65 und den Durchlaß 67 zur Umgehungsleitung 59 zu ermöglichen. Der auf die Endfläche 63 ausgeübte Druck drückt den Ventilteil 58 gegen einen Zapfen 68, der in der Bohrung 69 des Gehäuses 61 axial verschiebbar angeordnet ist. Dieser Druck wirkt auch gegen den Drehzahlsignaldruck in einer Kammer 70, die mit der Leitung 39 in Verbindung steht. Das Ende des Zapfens 68 außerhalb der Kammer 70 ist in der Kammer 71 angeorndet. Die Kammer 70 steht über die Leitung 77 mit dem Drehzahldruckschalter 40 in Verbindung, der mit dem Drehzahlsignaldruck verbunden ist. Der Druck in der Leitung 77 ist stets geringer als der Auslaßdruck des Servoreglers 6, weil eine manuel einstellbare Entlüftung 78 im Gehäuse 79 eine Strömung aus der Leitung 77 ermöglicht, um den Pumpeneinlaßdurchgang 26 über eine (nicht dargestellte) Leitung zu entlüften. Der Zapfen 68 wird durch die spiralförmige Druckfeder 73 des Kolbens 72 und den Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 74 gegen den Ventilteil 58 gedrückt. Die Umgehungsströmung durch den Meßkopfregler 41 wird verringert, wenn der Ventilteil 58 durch die Druckfeder 73 nach unten gedrückt wird unter dem Einfluß einer Zunahme des Drehzahlsignaldrncks oder des Drucks der abgemessenen Flüssigkeit, Der Metkopfregler 41 bewirkt, daß ein konstanter Druckabfall parallel zu den eine veränderliche Fläche aufweisenden ffnungselementen aufrechterhalten wird.
  • Die Leitung 80 ist von der Pumpenauslaßleitung 3 abgezwAgt, um Brennstoff der Einlaßkammer 81 des Gehäuses 82 des Sensorventils 83 für die Auslaßtemperatur des Regenerators zuzuführen. Der Brennstoff wird parallel zur veränderlichen Meßfläche 84 der B Ventilspule 85 gemessen und strömt aus der Leitung 80 in die Auslaß kammer 86, die mit der Leitung 87 in Verbindung steht. Die innerhalb der Kammer 86 angeordnete Druckfeder 88 drückt die Spule 85 in kontinuierliche Berührung mit dem Hebel 89, der im Hohlraum 90 schwenkbar angeordnet ist, so daß die Spule 85 Winkel bewegungen des Hebels 89 um den einstellbaren Drehzapfen 91 folgen kann, welche durch eine Veränderung der axialen Länge der Stange 92 bewirkt werden, deren äußeres Ende in axialer Richtung durch das Gehäuse 93 festgehalten wird, das am Gehäuse 82 befestigt ist. Die Stange 92 besteht aus einem Material, das einen niedrigeren thermischen Ausdehungskoeffizienten aufweist als das Gehäuse 93, so daß der Meßbereich der Fläche 84 abnimmt, wenn die Temperatur in der Nähe des Gehäuses 93 zunimmt. Im Gehäuse 82 ist ein Durchlaß 94 vorgesehen, der die Kammern 86 und 90 ç verbindet, um zu ermöglichen, daß ein gemeinsamer Flüssigkeitsdruck @ uo die entgegengesetzten Enden der Spule 85 wirkt, wodurch Flüssigkeitsdruckwirkungen auf die Stellung der Spule 85 aufgehoben werden. Im Betrieb kann sich die abzutastende Flüssigkeitsströmung des Regenerators innerhalb einer inneren Leitung befinden, die von einer äußeren ringförrnigen Kammer umgeben ist, welche die eine viel niedrigere Temperatur aufweisende Einlaßluft des Kompressors enthält.
  • Der Sensor 94 für die Einlaßtemperatur des Kompressors besteht aus einer (nicht dargestellten) bimetallsischen Spirale, welche in die Einlaßluftströmung eingetaucht und mit der umlaufenden Welle 95 verbunden ist, die zwecks seitlicher Einspannung mit (nicht dargestellten) Lagern versehen ist. Ein Gestängearm 96 ist auf der Welle 95 senkrecht zu derselben befestigt. Ein auf dem Arm 96 befestigtes Kugelgelenk 97 ermöglicht Winkel bewegungen des Armes 96, um lineare Bewegungen der Spule 98 zu bewirkens die in dem Umwandlerventilgehäuse 108 angeordnet ist. Die Spule. 98 wird gegen das Kugelgelenk 97 durch eine DrueRfeder 99 kleinen Durch messers gedrückt, die im Hohlraum 100 des Gehäuses 108 angeordnet ist. Der Hohlraum 100 ist gleichzeitg über den Durchlaß 101 mit dem Ladedruck PB und über die Leitung 104 mit dem Hohlraum 102 des Drehzahldruckschalters 40 verbunden. Die Ventilhülse 105 wird von der Ventilspule 98 weggedrückt durch die Feder 99 und die einen großen Durchmesser aufweisende Druckfeder -106, die gegen eine Schulter 107 des Gehäuses 106 anliegt. Ein einstellbarer Anschlag 109 ist vorgesehen, um die Bewegung der Hülse 105 derart zu begrenzen, daß der Durchlaß 101 und die Leitung 104 stets in unbehinderter Verbindung mit dem Hohlraum 100 stehen. Die auf die Hülse 105 wirkende kombinierte Kraft, welche durch die Federn 99, 10o unA den Ladedruck im Hohlraum 100 erzeugt wird, wird durch die Kraft ausgeglichen, welche durch die Druckfeder 110 gegen die einstellbar miteinander verbundenen, konturierten Ventilteile 111 und 112 ausgeüot wird zusammen mit der Kraft, welche auf die Hiilse 10) einwirkt infolge des über die Leitung 120 in die Kammer übertragenen Drucks und des über die Leitung 132a in die Kamrer 120 übertragenen Drucks. Der 3ervodruck wird der Leitung 113 durch Sie Verengung 114 zugeführt. Die Spule des Drehzahldruckschalters 40 weist drei mit 115, 116 und 117 bezeichnete Flächen auf. Die Flächen 116 und 117 bewirken, daß die Leitung 113 bei niedrigen Werten des Drehzahldiucks in der Leitung 39 ein totes Ende aufweist. Bei hohen Werten des Drehzahldrucks wird die Spule gegen die Feder 102 verschoben, wodurch der Druck in den Leitungen 77, 1;; verringert und in den Leitungen 118, 119 vergrößert wird.
  • Bei normalen Betriebsdrehzahlen, der Maschine setzt der Drehzahldruckschalter 40 die Leitungen 113 und 119 miteinander in Verbindung. 3erde;r ist im G häuse 10 das Ventil 98 angeordnet, welches die Strömung über die miteinander verbundenen Leitungen 1t5, 119 und den Hohlraum 100 ermöglicht, um den in der Leitung 113 3 und im Hohlraum 125 vorhandenen Druck zu verringern und auf diese Weise aie der Kraft der Federn 99 und 106 entgegenwirkende kraft derart herabzusetzen, das die konturierten Ventile 111 und 112 gegen die Feder 110 niedergedrückt werden. Dadurch werden die Hauptströnlung der Maschine parallel zum Ventil 111 und die Drehzahlumwandlerströmung beschränkt, welche an der Verengung 42 in die Leitung 120 eintritt und parallel zur konturierten Fläche des Ventils 112 strömt. Das Ventil 9d wird durch die erhöhte Einlaßtemperatur des Kompressors eingestellt, welche auf den Sensor 94 einwirkt, um den Arm 96 und die Spule 98 vom Gehäuses08 wegzubewegen. Die Hohlräume 125 und 126 empfangen über den mit denselben verbundenen Durchlaß 113a den gleichen Druck, wodurch die Druckwirkung auf die Ventile 111 und 112 aufgehoben wird.
  • Das Druckwählventil 130 weist parallel zur stromab'wärts liegenden Seite desselben mehrere Rückschlagventile auf, die miteinander verbunden sind, um einen einzigen Auslaß zu bilden. Die gezeigte Anordnung weist eine Reserveöffnung 134 und eine Reihe von Einlaßöffnungen 131, 132 und 133 im Gehäuse 135 auf, welches mit einem Ventilsitz fest verbunden ist, der jeder Einlaßöffnung entspricht.
  • Innerhalb des vom Gehäuse 135 gebildeten Hohlraumes 136 ist eine Reihe von elastischen Ventilteilen 137 derart angeordnet, daß jeder Ventilsitz durch einen elastischen Teil abgedichtet wird, wenn der Druck, im Hohlraum 136 jenen an der entsprechenden Einlaßöffnung Ubersteigt. Die Leitungen 138 und 139, die mit den Einlaßöffnungen 132 bzw. 133 verbunden sind, stehen auch mit verschiedenen Segmenten der Reglervorrichtung 140 in Verbindung, wie Fig. 2 zeigt.
  • Das Meereshöhendruckventil 170 empfängt die abgemessene Strömung vom Ventilteil 111 über den Durchlaß 171 des Gehäuses 108. Der luftleer gemachte Balg 172 ist an einem Ende am Gehäuse 108 starr befestigt und am anderen Ende mit dem Hebel 173 gelenkig verbunden.
  • Der am Gehäuse 108 schwenkbar berestigte Hebel 173 steht mit dem konturierten Ventil 174 in Eingriff, das im Gehäuse 108 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Stellung des Ventils 174 wird automatisch eingestellt entsprechend dem Einfluß des atmosphärischen Drucks auf das äußere Ende des Balges 172, der dadurch ausgedehnt oder zusammengedrückt wird. Das Ventil 174 wird-gegen den Hebel 173 durch die spiralförmige Druckfeder 175 gedrückt, die im Hohlraum 176 des Gehäuses 108 angeordnet ist. Eine Membran 177. steht mit dem Hebel 173 und dem Gehäuse 108 in Dichtungseingriff, um unter Bildung eines flüsigkeitsdichten Hohlraumes 178 eine Bewegung zwischen denselben zu ermöglichen. Die Hohlräume 176 und 178 sind mit dem Behä.lterdruck durch (nicht dargestellte) Leitungen verbunden. Die konturierte Oberfläche des Ventils 174 ist so ausgebildet, daß sie der abgemessenenStrömung aus dem Durchlaß 171 in den Durchlaß 179 einen zunehmenden Widerstand entgegensetzt, wenn die Meereshöhe zunimmt. Die Leitung 54 empfängt die Strömung aus'dem Durchlaß 179, um die abgemessene Strömung aus den beiden parallelen Strömungszweigen zu kombinieren, wobei der eine Zweig das Anreicherungsventil 44 enthält, während der andere Zweig die Reihenströmungsanordnung des auf die Regeneratortemperatur ansprechenden Ventils 83, des auf die Einlaßtemperatur ansprechenden Ventils 11 und des auf die Meereshöhe ansprechenden Ventils 170 enthält.
  • Die kombinierte Strömung der Leitung 54 wird zur oeffnung 181 eines Druckventils 180 geleitet. Dser Ventilteil 182 ist in einer Bohrung 183 des Gehäuses 184 axial verschiebbar angeordnet. Das Ventil wird durch die Feder 185 und den geregelten Servodruck im Hohlraum 186 in die Nullströmungsstellung gedrückt, wenn die Fläche 115 des Drehzahldruckschalters den Durchgang der Strömung aus der Leitung 118 in die Leitung 77 blockiert. Die Leitung 118 führt ebenfalls Flüssigkeit zu, um die Stellung eines zweiten Druckventils 193 zu beeinflussen, das im wesentlichen mit dem Druckventil 180 identisch ist.
  • Das Reglerventil 143 ist zwischen den Druckventilen und der Leitung 190 sowie in-Reihe zum Durchlaß 191 angeordnet. Der Drehzahlregelerventilteil 412 ist vorgesehen, um die abgemessene Strömung umzuleiten entsprechend der Drehzahlfehlerstellung des Ventilteils 142, die durch das Druckdifferential parallel zur Membran 145 bestimmt wird, welche am Ventilteil 142 befestigt ist, sowie durch die Belastung, die auf den Ventilteil 142 durch die Regelerdruckfeder 146 zur Einwirkung gebracht wird. Ein Ende des Hebels 148 ist mit dem Reglerventilteil 149 für die maximale Drehzahl der Kraftturbine glenkig verbunden, welcher gegen die Schulter 150 des Gehäuses 148 durch die Druckfeder 151 für die maximale Drehzahl gedrückt wird, die zwischen dem Ventilteil 149 und dem Gehäuse 108 angeordnet ist. Eine Rolle 152 ist auf dem Hebel 148 drehbar befestigt, um mit dem Umriß der Nocke 153 unter der Wirkung der Kraft der Feder 146 in Eingriff zu kommen. Die Nocke 153 wird mittels eines manuell betätigten Steuerhebels a54 eingestellt, der auf der Nocke 153 durch eine Welle 255 befestigt ist. Die Drehbewew gung der Nocke 153 im Uhrzeigersinn bewirkt, daß der Hebel 148 um das Ventil 149 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt, um den Ventilteil 142 nach unten zu bewegen, bis die Kraft der Feder 146 die Druckbelastung parallel zur Membran 145 wieder a7Ssbieht, wodurch die Umgehungsströmung parallel zur kOntUrieF Gen Oberfläche 144 des Ventilteils 142 verringert und die der Maschine zugeführte Strömung verstärkt wird. Umgekehrt nimmt die Umgehungsströmung zu, wenn der Hebel 148 im Uhrzeigersinn um das Ventil 149 schwenkt. Wenn der Ventilteil 149 während einer eine starke Strömung bewirkenden Steuerhebelstellung der Nocke 153 veranlaßt wird, sich von der Schulter 150 weg zu bewegen, bewirkt der auf die Membran 145 wirkende Druck im Hohlraum 141, daß der Ventilteil 142 gegen den Hebel 148 vorrückt, bis der Druck im Hohlraum 141 und die Kraft der Reglerfeder 146 ausgeglichen sind, wodurch die durch das Reglerventil 143 umgeleitete Strömung verstärkt wird. Eine Kraftturbinen-Überdrehzahlvorrichtung ist vorgesehen, welche die Umleitung des Brennstoffs bewirkt, indem der Ventilteil 149 von der Schulter 150 weg bewegt wird, wodurch die Forderung des Steuerhebels nach stärkerer Brennstoffzuführung zur Maschine unwirksam gemacht wird E-n zweiter (nicht dargestellter) Drehzahldruckumwandler ist vorgesehenß der dem Umwandler 17 ähnlich sein kann. Die Antriebseinrichtung des zweiten Umwandlers ist mit der Kraftturoine gekuppelt, um einen Druck zu erzeugen, der eine Funktion der Kraftturbinendrehzahl ist.
  • Das Kraftturbinendrehzahlsignal wird in den Hohlraum 154 des Gehäuses 106 über den Durchlaß 155 eingeführt, der mit einer Verengung 156 versehen ist. Eine an der Ventilspule 158 befestigte Membran 157 trennt den Hohlraum 154 vom Hohlraum 159. Eine im Hohlraum 159 angeordnete spiralförmige Druekreder 160 drückt die Membran 157 gegen den Hohlraum 154. Eine Meßspule 161 des Leerlaufstart-Düsenstellungsventils 161a ist teilweise im Hohlraum 164 angeordnet und trägt am Ende eine Rolle 162. Eine koaxial zur Spule 161 angeordnete spiralförmige Druckfeder 163 drückt die Spule 161 gegen die Nocke und 153, wodurch die Strömung aus dem Hohlraum 164 in die Leitung 165 und durch die Verengung 166 in den Hohlraum 159 gesteuert wird. Der Hohlraum 159 enthält eine Verengung 167, die auf der stromabwärts liegenden Seite mit dem Behälterdruck verbunden ist. Eine Gleichgewichtsstellung der Membran 157 und der Ventillpule 158, die entweder durch eine Abnahme des Drucks im Hohlraum 159 oder eine Zunahme des Drehzahlsignaldrucks im Hohlraum 154 gestört wird, erzeugt eine Abwärtsbewegung der Ventilspule 158.
  • Die Abwärtsbewegung der Ventilspule 158 mißt den Servobrennstoff, de an der Öffnung 210 in den Durchlaß 168 eingeführt wird, welcher eine Verengung 169 zum Ladedruck hin aufweist. Der dem Servodruck angenäherte Druck im Durchlaß 168 überwindet die Vorbelastung der Rückstellfeder 151 gegen den Ventilteil 149, so daß derselbe veranlaß wird, sich vvon der Schulter 150 weg zu bewegen, um die Bewegung der Nocke 153 für die Steuerdrehzahl unwirksam zu machen, bis der Kraftturbinendrehzahlsignaldruck genügend verringert ist, um der Feder 160 und der Feder 211 zu ermöglichen, die Ventilspule 158 in eine die Strömung zum Durchlaß 168 beschränkende Stellung zu drücken. Die Verschiebung der Ventilspule 158 steuert den Druck im Hohlraum 159 durch Entlüftung oder Schließung der Leitung 165 zum Ladedruck parallel zum solenoidbetätigten Verzögerungsventil 194. Das Verzögerungsvetitil 194 weist ein Gehäuse 195 auf, in welchem ein Ventilsitz 196 angeordnet ist. Eine im Gehäuse 195 angeordnete Solenoidpule 197 ist mit einer äußeren elektrischen Stromquelle verbunden, um ein Kraftfeld zu erzeugen, das den Kernteil 198 gegen die Feder 199 bewegt, um dadurch den Kernteil 198 und das M mit demselben verbundene Ventil vom Sitz 196 abzuheben.
  • Ein ähnliches Solenoid 201 ist im Gehäuse 108 derart angeordnet, daß der mit dem Kern verabundene Kolben 202 den Hebel 147 gegen den Ventilteil 142 drückt, wenn das Solenoid stromlos gemacht ist.
  • Dadurch wird die Umgehungsstromung auf den Ladedruck verringë-rt und die Drehzahl der Kompressorturbine auf eine erhöhte Leerlaufeinstellung verstärkt. Wenn das Solenoid 201 erregt ist, zieht sich der Kolben 202 zurück. Die Umgehungsströmung wird verstärkt und es ergibt sich eine niedrigere Leerlaufdrehzahl der Kompressorturbine. Servodruck wird der Leitung 203 zugeführt, welche zum6 Durchlaß 204 und zum ringförmigen Hohlraum 205 im Gehäuse 108 über die Verengung 206 führt. Zum ringförmigen Hohlraum 205 im Gehäuse 108 über die Verengung 206 führt. Die Ringnut 207 auf dem Ventilteil 142 bildet einen ringförmigen Durchlaß, der den ringförmigen Hohlraum 205 mit dem stromabwärts von demselben liegenden Hohlraum 208 verbindet, um Stellungen des Ventilteils 142 mit geringer Umgehungsströmung zu erhalten. Der Hohlraum 208 steht mit der Leitung 138 in Verbindung, die mit dem Druckwählventil 130 verbunden ist.
  • Die Ventilspule 158 kommt mit der Halteeinrichtung 212 der Feder 211 in einer solchen Ventilstellung in Eingriff, daß die Strömung vom Durchlaß 210 zum Durchlaß 168 durch die Flächen des Ventils 158 verhindert wird. Eine weitere Bewegung der Spule 158 um eine gegebene Strecke erfordert eine unverhältnismäßig große Zunahme des Kraftturbinendrehzahlsignaldrucks im Hohlraum 154, um die Vorbelastung durch die Feder 211 zu überwinden. Die Flüssigkeit in der Leitung 139 fließt parallel zur Ventilspule 158 bei geringen Werten des Drucks im Hohlraum 154 aus, wenn zwischen dem Ventil 158 und der Federhalteeinrichtung 212 eine Lücke vorhanden ist.
  • Der Hohlraum 136 im Druckwählventil 139 ist mit der oeffnung 215, der Leitung 216, dem Filter 217, der Öffnung 218 und dem Hohlraum 219 verbunden, der innerhalb des Gehäuses 220 des Betätigers 221 der Kraftturbine#düsen liegt. Der Hohlraum 219 ist vom Hohlraum 222 durch die Membran 223 getrennt, an welcher eine Scheibe 224 befestigt ist. Die Scheibe 224 ist mit einer die Strömung beschränkenden Ausnehmung 225 und mit einem Fortsatz 226 versehen.
  • Der Hohlraum 222 ist stets mit dem Ladedruck verbunderi und die Ausnehmung 225 bildet daher einen Auslaß, um die hydraulische Verriegelnng des Druckwählventils zu verhindern, die erfolgen würde, wenn der histe Druck des Einlaßventils 130 abzunehmen beginnt.
  • Der Hebel 227 ist am einen Ende gelenkig verbundensuSS anderen Ende sind ein Anschlag 228 und eine Servospule 229 einstellbar befestigt. Die Verbindung mit dem anderen Ende ist genügend biegsam um zu verhindern, daß wesentliche Seitenbelastungen auf die Spule 229 zur Einwirkung kommen, wenn sich der Hebel 227 um seinen Drehpunkt unter dem Einfluß der kombinierten Kräfte bewegt, die durch den Kolben 231 und die Feder 230, sowie durch die entgegenwirkende Kraft ausgeübt werden, welche durch den Druckunterschied parallel zur Memberan 223 erzeugt wird. Die Pumpenauslaßströmung durch die Leitung 16 wird dem Durchlaß 232 im Gehäuse 220 und von dort dem ringförmigen Hohlraum 233 zugeführt, der zwischen zwei Flächen auf dem Ventil 229 ausgebildet ist. Der Differentialkolben 234 ist in der Bohrung 235 des Gehäuses 220 axial verschiebbar angeordnet und bildet dadurch einen großen Hohlraum 236 mit veränderlichem Volumen und einen kleinen Hohlraum 237 mit veränderlichen Volumen. Diese Hohlräume werden über die Durchlässe 238 bzw. 239 abwechselnd mit dem Durchlaß 232 in Verbindung gebracht. Am Kolben 234 ist eine Stange 240 befestigt, welche mit einer (nicht dargestellten) Kraftturbinendüsenstellungsvorrichtung #nd mit einer entsprechend gelagerten Düsenstellungswelle 241 verbunden ist. Auf der Stange 240 ist eine Nocke 242 befestigt, die mit einer am Kolben 231 befestigten Rolle unter dem Einfluß der Feder 230 und des Ladedrucks im Hohlraum 222 in Eingriff steht. Dies ist ein geschlossenes Rückkopplungs-Servosystem, in welchem die Stellung des Kolbens 234 zum Druckunterschied parallel zur Membran 223 proportional ist.
  • Das Druckwählventil 130 empfängt über die Leitungen 131, 132 und 133 drei Eingangsdrucksignale und überträgt nur den höchsten abgetasteten Druck über die Kammer 136 und die Leitungen 215, 216 und 218 auf die Membran 223. Der Betätiger 221 regelt die Turbinendüsenstellung als eine Funktion des Drucks, der auf die Membran 223 über die Kammer 219 zur Einwirkung kommt. Der Steuerdruck in der Kammer 219 betätigt das Servovantil 229, welches Brennstoff dem Betätiger 234 zuführt, um die Düsen einzustellen. Die tatsächliche ß-Stellung wird über die Nocke 242 zurückübertragen, um das Solenoidventil auf Null einzustellen durch einen Kraftausgleich zwischen dem Eingangsteuerdruck urdder Kraft der Feder 230, welche auf den Hebel 227 wirkt, der mit dem Solenoidventil 229 verbunden ist.
  • Wie Fig. 2 Izeigt, wird die abgemessene Strömung dem Gasgenerator durch drei in Reihe liegende Öffnungen A1, A2, A4 und eine vierte zu demselben parallele Öffnung A5 zugeführt.
  • Es bedeutet: A1 die veränderliche t3ffnungsfläche, die durch die Temperatursonde des Regenerators eingestellt wir A2 die veränderliche Öffnungsfläche, die durch die Einlaßtemperatursonde des Kompressors eingestellt wird A3die veränderliche Öffnungsfläche, die durch das Anreicherungsventil eingestellt wird A4 die veränderliche OffnungsRläche, die durch die Sonde für den Umgebungsdruck eingestellt wird.
  • Es wurde gefunden, daß für die gewählten Leistungshöhen der erforderlichen Anwendungen die Gleichung für die abgemessene Strömung wie folgt ausgedrückt werden kann: A1A2A4 +A3 WF = K1 PF - PM (A1A2)² + (A1A4)² + (A2A4)² (19) worin bedeutet: K1 die Heizwertkonstante zur den verwendeten Brennstoff die Öffnungsfläche am Ventil 84, die durch die Temperatursonde des Regenerators eingestellt wirds A2 die öffnungsfläche am Ventil 111, die durch den Umwandler T1 eingestellt wird und die dem Plan beim Starten des Leerlaufdrehzahlbetriebs entspricht A3 die Öffnungsfläche am Ventil 45, die durch das Anreicherungsventil eingestellt wird A4 die Öffnungsfläche am Ventil 174, die durch den Umwandler für den Umgebungsdruck eingestellt wird PF-PM den Meßkopf, der durch den Meßkopfregler eingestellt wird.
  • B e t r i e b Um ein besseres Verständnis der hauptsächlichen Probleme zu erleichtem, die durch die ERfindung gelöst werden wird nachstehend eine kurze Zusammenfa sung der wesentlichen Betriebsmerkmale des Steuersystems und der Funktionen jedes Vorganges gegeben.
  • Start des niedrigen Leerlaufzustandes Während des Startvorganges ist es erwünscht, dem Gasgenerator Brennstoff entsprechend dem Teil A - B der Brennstorfströmungs-Drehzahlkurve zuzuführen, wie Fig. 4 zeigt, Gemäß Fig. 3 wird beim Start der Maschine der Zündschlüssel gedreht, wodurch das Verzögerungsrelais 194 erregt wird. Wenn das Verzögerungsrelais erregt ist, werden gemäß Fig. 2 das Verzögerungsventil und der Kolben 196 verzögert, wodurch die Leitung 165 über die Kammer 200 mit dem Ladedruck verbunden wird. Während des Startvorganges wird der Steuerhebel 254 durch die Haltefeder 256 gewöhnlich auf den Anschlag für den niedrigen Leerlauf eingestellt. Dadurch wird die mit dem Steuerhebel 254 durch die Welle 255 verbundene Nocke 253 so eingestellt, daß die Rolle 162 des Ventils 161 unter der Wirkung der Kraft der Feder 163 mit dem einen kleinen Halbmesser aufweisenden Umriß der Nocke 153 in Eingriff kommt. In dieser Stellung ist das Leerlaufstartventil 161A geschlossen.
  • Der Druck in der Karriner 159 des Kraftturbinenreglers für die maximale Drehzahl entspricht im wesentlichen dem Behältkrdruck, das die Kammer 159 gleichzeitig und unabhängig Uber eine erste Verengung 166 mit der Leitung 165 und über eine zweite Verengung 167 mit dem Behälterdruck verbunden ist. Beim Start der Maschine ist der der Kammer 159 durch die erste Verengung 166 zugeführte Druck etwas geringer als der Ladedruck, aber größer als das Kraftturbinendrehzahldrucksignal in der Kammer 154. Die Feder 160 drückt daher das Kraftturbinendrehzahlregelventil 158 in die vollständig geöffnete Stellung. Wenn- sich das Leerlaufstartventil 161 in der geschlossenen Stellung befindet, wird Flüssigkeit unter dem Servodruck P5 durch die Verengung 290 sowie über die Kammer 164 und die Leitung 139 dem Ventil 158 zugeführt und dann unter dem Ladedruck PB zur Pumpe zurückgeführt. Das in der vollständig geöffneten Stellung befindliche Ventil 158 ist so konturiert, daß eine vorgewählte Verengung in der Leitung 139 gebildet wird, damit in derselben ein Druck von vorgewählter Größe (annähernd 4,9 kg/cm²) und in die Kammer 136 des Druckwählventils 130 übertragen wird, so daß der Betätiger 234 die Turbinendüsen auf den vorgewählten Startwinkel einstellt. Beim Start des Gasgenerators pumpt die Pumpe 1 Flüssigkeit-durch das Meßsystem über die Leitungen 3,80, 87, 171> 179 und 54. Die Druckventile. 180 und 193 blockleren-die Flüssigkeitsströmung stromabwärts von den vorstehend genannten Leitungen, bis ein Druck erzeugt worden ist, der ausreicht, um die Kraft der Federn 185 und 200 zu überwinden. Diese Wirkung der Druckventile gewährleistet, daß ein Mindestservodruck dem S,ervoregler 6 zugeführt wird, bevor der abgemessene Brennstoff -dem Kombustor des Gasgenerators zugeführt wird.- Der Servodruck wird durch die Verengung 251 dem Drehzahldruckschalter 40 über ;lie Litung 1;8 zugeführt und dann über die Leitung 77 der Kammer @@ und dem veränderlichen Auslaßventil 79. Der Druck in 4er Kammer wirkt auf das Ventil 72, um eine Kraft zu erzeugen, wel}"' er Kraft der Feder 73 entgegenwirkt, um während des Stteti den geregelten Meßkopfdruck der Brennstoffströmung des Gasgenerators herzustellen. Die Brennstoffströmung im Teil A - B der Fig. 4 wird durch die Größe des Drucks in der Leitung 77 bestimmt, der durch die Einstellung des veränderlthen AuslaBventils 78. erzielt wird.
  • Der Servodruck wird in die Leitung 1 3 durch die Verengung 252 in dem gleichen Augenblick eingelassen, in dem derselbe durch die Verengung 251 eingelassen wird. Der Druck in der Leitung 113 wird, in die Kammer 125 übertragen und auf das Ventil 105 zur- Wirkung gebracht, um eine Kraft zu erzeugten, die größer ist als die Kraft der Feder 99, so daß das Ventil 105 gegen den Anschlag 109 gedrückt wird. Das mit dem Ventil 105 in Eingriff stehend konturierte Ventil 112 wird durch die Wirkung de,-r Feder 110 und des Drucks in der Kammer 126 in die oberste Stellung gedrückt. In der obersten Stellung bildet die konturierte Oberfläche des Ventils 112 eine Mindestverengung zwischen der Leitung 120, die über das Ventil 112 mit dem Ladedruck verbunden ist. Bei der Startdrehzahl erzeugt der Drehzahldruckumwandler 17 einen verhältnismäßig niedrigen Druck, der in-der Leitung 1.20 durch die Wirkung der Verengung 42 und des Ventils 112 weiter. verringert wird. Während des Startens ist daher der Druck, der durch die Leitung 120 über die Leitung 131 der Kammer 136 des Druckwählv#ntils 130 zugeführt wird, niedriger als der Druck in der Leitung 139. Während des Startens wird der Umwandler T2 auch gegen den Anschlag 109 gehalten, so daß sich (bei ungefähr )8°C) die in Fig. 4 gezeigte Beschleunigungsbrennstoffstrdmungskurve ergibt ins bes ndere der Teil B - D dieser Kurven Während des Startens wird auch der Hebel 148 durch den Nockenstößel 1-52 auf dem einen kleinen Halbmesser au?weisenden Umriß der Nocke 153 derart eingestellt, daß die in der Kammer 253 durch denauf das Ventil 144 wirkenden Ladedruck erzeugte Kraft ausreicht, um die Kraft der Reglerfeder 146 zu überwinden und das Ventil 142 derart zu bewegen, daß die obere Fläche des Ventils 142 die Kammer 205 blockiert, um zu verhindern, daß Flüssigkeit unter Servodruck aus der Leitung 204 in die Leitung 138 übertragen wird. Die Flüssigkeit in der Leitung 138 steht daher unter Ladedruck. Demgemäß entspricht der durch die Leitung 138 über die Leitung 132 in die Kammer 136 des Wählventils 135 übertragene Druck dem Ladedruck. Beim Starten ist demnach der durch die Leitung 139 über die Leitung t33 auf das Druckventil übertragene Druck am höchsten. Dies ist der Druck, der durch das Druckwählventil 130 über die Leitungen 215, 216 und 218 auf den Düsenbetätiger 221 übertragen wird. Das Düsen betätigungssystem 221 ist so ausgebildet, daß jeder getrennte Druck in der Kammer 219 eine einzige festgesetzte Düsenwinkelstellung darstellt.
  • Der Druck in der Kammer 154 des Kraftturbinendrehzahlreglers wird über die Verengung 156 und die Leitung 155 durch einen Drehzahldruckumwandler zugeführt, der dem Umwandler 17 ähnlich sein kann und der auf der Kraftturbinenausgangswelle derart befestigt ist, daß der Druckumwandler einen Druck als eine Funktion der Kraftturbinenausgangsdrehzahl erzeugt. Der Druck in der Kammer 154 wirkt auf die Membran 157, um eine Kraft zu erzeugen, welche der Kraft der Feder 160 entgegenwirkt, um das Ventil 158 entsprechend der Größe des Drucks in der Kammer 154 zu bewegen. Die Bewegung des Ventils 158 verändert die Größe der Verengung in der Leitung 139 und damit die Größe des dem Düsenbetätiger 221 zugeführten Druckes. Der Umriß des unteren Teils des Ventils 158 ist so ausgebildet, daß die Kraftturbine durch Veränderung des Winkels der turbinendüsen auf einer vorgewählten Leerlaufdrehzahl gehalten wird. Reim Start der Maschine weist daher das Ventil 158 einet vorgewählte Verengung auf, welche einen vorgswählten druck erzeugt, so daß die veränderlichen Kraftturbinendüsen auf den vorgewählten Startwinkel eingestellt werden, wie die Figuren 5 und 10 -zeigen. Wenn dann die Maschinendrahzahl zunimmt» verLnert das Ventil 1$8 den dem Betätiger 221 zugeführten Druck, um die Kraft'-turbinendrehzahl unabhängig von der Gasgeneratordrehzahl bei der vorgewählten niedrigen Leerlaufdrehzahl durch Veränderung des Winkels der eine veränderloche Stellung einnehmenden Xraftturb'inendüsen zu steuern, um die vorgewählte Kraftturbinendrehzahl für einen ausgewählten schmalen Bereich der Steuerhebe-lbewegung aus der niedrigen Leerlaurstellung aufrechtzuerhalten.
  • Erhöhter Leerlaufzustand Es ist bekannt, daß Gasturbinen Kraftanlagen beträchtliche Zeit brauchen, um von dem Leerlauf auf volle Kraft zu beschleunigen.
  • Demgemäß ist der Gasgenerator in der vorliegenden Maschine mit einer Einrichtung versehen, welche ihre Drehzahl erhöht, wenn ein bevorstehender Kraftverwendungszustand angezeigt wird. Dieser Zustand ist der sogenannte erhöhte Leerlaufzustand. Wenn die Kraftverwendung bevorsteht, wird gemäß Fig. 2 der Wählhebel aus der Leerlauf-in die Anttiebsstellung bewegt, wodurch das Solenoid 201 stromlos gemacht wird. Die Feder 258 drückt dann den Kolben 202 in Eingriff mit dem Halter 147 und der Druckfeder 146 unabhängig von der Wirkung des Hebelarmes 148, um dadurch die auf das Ventil 142 wirkende Kraft zu verstärken. Diese Kraft verschiebt das Ventil 142 in eine vorgewählte Stellung nach unten» so daß die konturierte Oberfläche 144 des Ventils-142 eine stärkere Verengung bildet nnd demnaeh die abgemessene Brennstoffströmung zum Gasgenerator verstärkt, so daß die Gasgeneratordrehzahl auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl zunimmt. Der erhöhte Leerlaufzustand ist in Fig. 4 als die Veränderung im Teil C-D dargestellt. Diese Veränderung wird durch die Größe der Zunahme der auf die Feder 146 wirkenden Kraft bestimmt, welche durch die Stromlosmachung des Solenoids 201 erzeugt wird, um dadurch die Umgehungsströmung des Regelventils 142 zu verringern. Dieser erhöhte Leerlaufzustand vergrößert die Gasgeneratordrehzahl unmittelbar bevor die Kraft-der- Turbine zur Einwirkung kommt und verringert demnach die Beschleunigungszeit der Maschine.
  • Konstante Drehzahlregelung und Brennstoffmeßvorgang.
  • Wenn die Gasgeneratordrehzahl vom Start zustand zunimmt, nimmt auch der durch den Drehzahldruckumwandler .17 erzeugte Druck Pn zu. Der Druck Pn, der eine Funktion des quadrats der Gasgeneratordrehzahl ist, wird durch ite Leitung 38 Uber die Leitung 39 in.die Kammer 70 g des Me3opfdruckregelventils 41 übertragen und gleichzeitig auf eine Seite der Fläche t15 des Drehzahldruckschalters 40. Die Zunahme des Drucks Pn mit der Zunahme der Drehzahl bewirkt, daß die auf eine Seite der Fläche 115 wirkende Kraft zunimmt und die Kraft der Feder 102 überwindet, um die Fläche 115 in axialer Richtung in die Stellung zu bewegen, in welcher die Flüssigkeitsströmung aus der Leitung 1@8 in die Leitung 77 über die Fläche 115 blockiert ist. Wenn die Fläche 1fD die Leitung 118 blockiert, wird der Druck in der Leitung 77 auf den LadedrucK verringert, während der Druck in der Leitung 1 8 auf den Servodruck angehoben wird, welcher über Leitung 118 in die Kammer 186 des druckventils zur und in die Rammer 258 des Druckventils 19) übertragen wird.
  • Die Einführung des ervodrucs in die Druckventile 180 und 193 erhöht da-s Niveau de-s Mindestzuführungsdrucks, der verfügbar ist, um den Düsenbetätiger aus dem anfänglichen Startzustand zu betätigen.
  • Die Zunahme d's Mindestdruckniveaus erfolgt an der Stelle B, wie Fig. 4 zeigt. Wenn die Gasgeneratordrehzahl weiter zunimmt, wird die Fläche |17 des D ehzahldruckventils in axialer Richtung zu der S elle verschoben, an welcher die Leitung 119 mit der Leitung 113 in Verbindung kommt. Die Verbindung der Leitungen 113 und 119 ermöglicht, daß der gleiche Druck über die Öffnung 252 in der Leitung 114 in die Leitung 113 eingeführt und gleichzeitig in die Kammern 1 c5 und 100 eingeführt wird, wodurch ein auf das Ventil 105 wirkender Druck und ein Kraftausgleich erzeugt wird. Der Druck in der-Kammer 126 erzeugt eine auf das Ventil 111 wirkende Kraft, die zusammen mit der Kraft der Feder 110 die Kraft der Federn 99 und 106 ausgleicht, um die Ventile 112 und 111 zusammen mit dem Ventil 106 in der gegen den Anschlag 109 anliegenden Stellung zu halten. Eine Veränderung der Einlaßtemperatur des Kompressors bewirkt, daß das bimetallische Element des Einlaßsensors 94 des Kompressors verschoben wird. Auf diese Weise wird der Arm 96 verdreht, um das Element 97 und das Ventil 98 niederzudrücken. Dadurch wird die Kompression der Federn 99 und 106 verstärkt, um die Ventile 112 und 111 zu zwingen, sich nach unten zu bewegen und auf diese Weise die Verengung zwischen den Leitungen 87 und 171 zu sowie zwischen der Leitung 120 und der Ladedrucköffnung zu verändern. Die Verbindung zwischen den Leitungen 119 und 115 erfolgt im erhöhten Leerlaufzustand, der an der Stelle D in Fig. 4 gezeigt ist. Die Wirkung einer Abnahme der Einlaßtemperatur des Kompressors auf die abgemessene Brennstoffstsrömung, während alle anderen Bedingungen konstant bleiben, wird durch die Gruppe von Kurven veranschaulicht, welche von der Stelle D in Fig. 4 ausgehen.
  • Gleichzeitig mit der Einwirkung des Gasgeneratordrehzahlumwandlerdrucks Pn auf den Drehzahldruckschalter 40 wird der gleiche Druck Pn auf die Kammer 70 des Meßkopfdruckreglers 41 zur Einwirkung gebracht. Der Druck Pn in der Kammer 70 erzeugt eine auf das Ventil 5d wirkende Kraft, welche zusammen mit der auf das Vantil 58 über den Kolben 68 übertragenen Kraft der Feder 73 der Krart entgegenwirkt, die durch den auf das entgegengesetzte Ende des Ventils 58 über die Leitung 57 übertragenen Pumpenauslaßdruck PF erzeugt wird.
  • Da3 Ventil 58 wird entsprechend der Größe der Kräfte eingestellt, welche auf die entgegengesetzten Enden desselben einwirken, um den Druckabfall parallel zur MeßöfRnung festzustellen. Die Größe des gemessenen Drucks in der Leitung 5 ist von der Stellung des Meßventils 5 abhängig, das seinerseits entsprechend dem Ausgangsdruck Pn des Drehzahldruckumwandlers eingestellt wird, welcher eine Funktion des Quadrats der Gasgeneratordrehzahl ist.
  • Eine Öffnung mit veränderlichem Bereich ist in Reihe zum Auslaß der Pumpe 1 angeordnet und mit der Pumpe 1 durch die Leitungen 5 und 8 verbunden. In der Öffnung ist ein Ventil 85 mit einer konturierten Fläche r4 derart angeordnet, daß die Axialbewegung des Ventils in der Öffnung einen veränderlichen Bereich erzeugt. Am einen Ende des Ventils 85 ist die Feder 88 angeordnet, um eine Kraft zu erzeugen, der durch einen Hebelarm entgegengewirkt wird.
  • Dieser ist am entgegengesetzten Ende des Ventils 85 angeordnet und an einer Einstelleinrichtung 91 gelenkig befestigt. Ein Sensor 93 tastet die Temperatur des Arbeitsmediums beim Austritt aus dem Regenerator- ab und ist mit einem Lenker 89 verbunden, um den Bereich der Auslaßöffung als eine Funktion der Auslaßtempenttur des Regenerators zu verändern.
  • zeine zweite veränderliche Öffnung ist in Reihe zum Auslaß des Ventils 85 angeordnet und mit demselben über die Leitung 87 verbunden. In der zweiten veränderlichen Öffnung ist das Ventil 111 derart angeordnet, daß die Axialbevegung des Ventils 111 in der zweiten Öffnung einen veränderlichen Bereich erzeugt. Das Ventil 111 wird durch eine Veränderung der Einlaßtemperatur des Kompressors in axialer Richtung bewegt, um die Verengung zwischen den Leitungen 87 und 171 zu verändern und um dem Breich der zweiten Öffnung als eine Funktinn der Einlaßtemperatur des Kompressors zu verändern.
  • Eine dritte veränderliche Öffnung ist stromabwärts von der zweiten Öffnung in Reihe mit der ersten und zweiten veränderlichen Öffnung angeordnet. Eine Veränderung des Umgebungsdrucks bewirkt, daß der Balg 172 verschoben wird. Dadurch wird der Arm 17) zusammen mit dem Ventil 174 verschwenkt, um dasselbe in axialerRichtung zu verschieben und dadurch die Verengung zwischen den Leitungen 171 und 179 zu verändern. Die Verschiebung des Balges l72 bewirkt, daß das Ventil 174 den Bereich der dritten veränderlichen Auslaßöffnung als eine Funktion des Umgebungsdrucksverändert.
  • Der durch den Drehzahldruckumwandler 17 erzeugte Druck wird durch die Öffnung 42 auf die Leitung 120 übertragen und gleichzeitig über die Leitung 120 auf das Ventil 112 und die Kammer 141. Das Ventil 112 verändert die Verengung zwischen der Leitung 120 und der Ladedrucköffnung entsprechend Veränderungen der Einlaßtemperatur des Kompressors, um in der Leitung 120 einen Druck PNT zu erzeugen, der eine Funktion der Quadratwurzel des Einlaßdrucks des Kompressors ist. Der Druck PNT ist daher eine Funktion der korrigierten Gasgeneratordrehzahl. Der Druck PNT wird in die Kammer t41 des Regelventils übertragen und auf die Membran 145 zur Wirkung genicht, um eine Kraft zu erzeugten, die durch die Kraft der Reglerfeder 146 ausgeglichen wird. Das Signal der tatsächlichen Drehzahl des Reglers wird mit der gewünschten Drehzahl verglichen, welche durch die Vorbelastung der Reglerfeder 146 bestimmt wir-3, die durch den Steuerhebel 254 eingestellt wird. Wenn die tatsächliche Drehzahl die eingestellte Drehzahl übersteigt, bewirkt das Kraftungleichgewicht am Reglerventil 142, daß sich dasselbe öffnet und die abgemessene Strömung aus der Leitung 90 über das Konturierte Ventil 144 in die Kammer 255 als eine Funktion des Drehzahlfehlers umleitet. Wenn sich umgekehrt das Ventil 142 schlie3t, erzeugen die in Heihe liegenden ersten, zweiten und dritten veränderlichen Öfrnungen einen veränderlichen Öffnungsbereich' ler auf ausgewählte veränderliche Maschinenparameter anspricht. Der Meßkopfdruckregler 41 hält einen genigelten Druck parallel zum veränderlichen Wffnungsbereich als eine Funktion der Gasgeneratordrehzahl derart aufrecht, daß der SteuermeßaDschni-tt stets eine Brennstoffstsrömung auf dem Beschleunigungsniveau aufrechterhält, welche durch die Maschinenparameter diktiert wird. Im Falle der vorliegenden Steuerung kann eine Gruppe von geradlinigen Kurven, von denen jede Kurve eine spezifische Funktion von ß darstellt, der Kurve in Fig. 8 überlagert werden. Die sich ergebende zusammengesetzte Kurve weist eine Form auf, durch welche ein Wert von ß und T7/T1 für jeden Wert der korrigierten Drehzahl N/T1 bestimmt wird, um die Basis für die Erzeugung der abgemessenen Strömung zu bilden, die durch die Gleichung (19) ausgedrückt wird. Das Reglerventil 142 lenkt lediglich einen Teil dieser abgemessenen Strömung zum Pumpeneinlaß ab, wie durch die Stellung des Steuerhebels und die Gasgeneratordrehzahl bestimmt wird.
  • Während des normalen Drehzahlregelungs- und Brennstoffme3vorganges ist das Leerlaufstartventil 161 offen, so daß die Kammer 164 mit der Leitung 165 verbunden ist. Das Verzögerungsrelais 194 ist erregt. Die Leitung 165 ist daher mit der Kammer 200 verbunden, welche mit der Ladedrucköffnung in Verbindung steht. Der in die Kammer 164 durch die Öffnung 250 eintretende Servodruck ist daher mit dem Ladedruck über die Kammer 164, die Leitung 165 und die Kammer 200 derart verbunden, daß der Druck in der Leitung 139 im wesentlichen dem Ladedruck entspricht. Auf ähnlich Weise blockiert die obere Fläche des Regelrventils 142 die Leitung 205 derart, daß der in der Leitung 138 aufrecht erhaltene Druck gleich dem Ladedruck ist; der über die Öffnung 138A in die Leitung 158 übertragen wird. Der in der Leitung 120 vorhandene korrigierte Drehzahldruck wird über die miteinander verbundenen Leitungen 120 und 151 in die Kammer 136 des Druckwählventils 135 übertragen. Da der Druck in der Leitung 151 höher ist als der Druck in den Leitungen 132 und 133, Uberträgt das Druckwählventil 155 den Druck in der Leitung 131 über die Kammer 156, die Leitungen 216, 218 und die Kammer 219 auf die Membran 225 des Düsenbetätigers 221, so daß der Betätiger 234 die Düsen in die für jeden Wert der Gasgeneratordrehzahl wirtschaftlichste Betriebsstellung einstellt. Der Bereich der Düsenstellungen für den normalen Brennstoffmeßbereich des Drehzahlreglers wird durch den Teil A - B in Fig. 5 und den Teil H - J in Fig. 6 dargestellt.
  • Beschleunigung Der Steuerhebel 254 kann äußerst rasch vorgeschoben werden, so dad der Hebel 14c die Reglerfeder 146 unter der Wirkung der Nocke 153 derart rasch zusammendrückt, daß das Regelventil 142 rast augenblicklich nach unten in die Mindestumgehungsstellung bewegt wird. Diese rasche Zunahme der 9 Größe der abgemessenen Strömung, die durch die Leitung 1y2 der Verbrennungskammer der Maschine zugeführt wird, bewirkt, daß der Gasgenerator zu beschleunigen beginnt. Die Trägheit des Gasgenerators ist jedoch derart groß, daß lie Gasgeneratorturbine nicht rasch beschleunigt werden kann. Um die Beschleunigung der Maschine zu unterstützen, werden daher die veränderlichen Turbinendüsen auf einen einzigen vorgewählten Beschleunigungswinkel eingestellt, welcher derart berechnet ist, daß derselbe die Beschleunig#gung der Kompressorturbine über einen großen Bereich von Betriebsbedingungen bestens unterstützt. Wenn die rasche Bewegung des Steuerhebels 254 bewirkt, daß das Regelventil 142 rasch nach unten bewegt wird, wird die obere~Fläche des Regelventils 142 in eine solche Stellung nach unten bewegt, daß die Leitung 205 über die Kammern 205 und 208 mit der Leitung 138 verbunden wird, so daß der Servodruck in die Öffnung 206 eintritt und durch dieLeitung 138 zur Öffnung 138A ge--langt. Die festgesetzten Bereiche der Öffnungen 206 und- 158A sind derart vorgewählt, da 3-- bei Einführung des Zuführungsdrucks in die Öffnung 206 in der Leitung 158 ein vorbestimmter Druck erzeugt wird, welcm her über die Leitung 132 in die Kammer 136 des Druckwählventils 155 übertragen wird. Der vorgewählte Druck in der Leitung 152 ist größer als der Reglerdrehzahldruck in der Leitung 151 und der Ladruck in der Leitung 155. Das Druckwählventil 135 überträgt daher den Druck in der Leitung 152 über die Kammer 156, die Leitung 216, die Leitung 218 und die Kammer 219 auf die Membran 22D, um den Düsenbetätiger 254 auf den vorgewählten einzigen Beschleunigungwinkel einzustellen. Der Beschleunigungswinkel wird durch den Teil C - D in Fig. 5 und den Teil F - G in Fig. 6 dargestellt.
  • Kraftturbinen-Überdrehzahlregler Der Druck Ppt, der ehe Funktion der Kraftturbinendrehzhal ist, wird über die Öffnung 156 und die Leitung 155 der Kammer 154 zugeführt, in welcher derselbe auf die Membran 157 einwirkt, um einen auf das Ventil 158 wirkenden Druck zu erzeugen. Der durch den Kraftturbinendrehzahldruck in der Kammer 154 erzeugten Kraft wird zuerst durch die Kraft der Feder 160 entgegengewirkt, Wenn das Ventil 158 eine vorgewählte Streckenach unten bewegt worden ist, wird die Kraft der Feder 160 durch die Kraft der Feder 2e ergänzt. Bei aner vorgewählten Kraftturbinendrehzahl wird die durch den Druck in der Kammer 1s54 erzeugte Kraft die kombinierten entgegenwirkenden Kräfte der Feder 160 und der Feder 212 überwinden, so daß die obere Fläche des Ventils 158 in eine Stellung nach unten bewegt wird, in welcher die Leitung 210 mit der Leitung 168 verbunden ist.
  • Dadurch wird der Servodruck über die Leitung 210 und die Leitung 168 auf das Ventil 149 übertragen. Der Servodruck in der Leitung 168 wird durch die Öffnung 169 zum Ladedruck abgeführt, so daß ein Druck von genügender Größe erzeugt wird, um auf das Ventil 150 eine Kraft auszuüben, die genügend groß ist, um die Feder 151 zusammenzudrücken und den Hebel 145 zu verschwenken, damit die usammendrückung der Reglerfeder 146 verringert und auf diese Weis3 die abgemessene Strömung zum Gasgenerator vermindert wird. Entsprechend einer vorgewählten maximalen Kraftturbinendrehzahl wird demgemäß das Kraftturbinenregelventil 150 die Nocke 155 für die Drehzahl des Gasgenerators und das Gestänge 148 überholen> um die Gasgeneratordrehzahl zu verringern und dadurch die vorgewählte KraftturbinendShzahl als einen maximalen Überholdrehzahlzustand des Reglers einzustellen.
  • VerzögerunSs- und Bremsvorgang.
  • Während des normalen Drehzahlregelungs- und Brennstoffmeßvorganges der Maschine wird der Steuerhebel 254 unter irgendeinem Winkel zwischen den Anschlägen für den niedrigen Leerlauf und die maximale Kraft eingestellt. Der Steuerhebel 254, der mit der Nocke 155 durch die Welle 255 verbunden ist, ist so ausgebildet, daß die Drehung des Steuerhebels 254 zwischen den Anschlägen für den niedrigen Leerlauf und die maximale Kraft gleichzeitig die Nocke 155 bewegt, um die Rolle 162 des Ventils 161 mit dem einen großen Halbmesser aufweisenden Umriß der Nocke 155 in Eingriff zu bringen, so daß das Ventil 161 offen ist. Wenn das Ventil 161 offen ist, wird der Servodruck P5 durch die Öffung 250 in die Leitung 165 und dann in die Kammer 200 Ubertragen, so daß der Druck in der Leitung 135 im wesentlichen dem Ladedruck Pb entspricht. Gleichzeitig hat der Druck in der Kammer 154, der eine Funktion der Kraftturbinendrehzahl ist, mit der Zunahme der Kraftturbinendreh-.
  • zahl bis zu dem Punkt zugenommen, in welchem der auf die Membran 157 wirkende Druck eine Größe aufweist, die ausreicht, um die Kraft der Feder 160 zu überwinden und das Ventil 158 nach unten zu bewegen, um die Leitung 159 gegen die Ladedrucköffnung zu blockieren. Da die Kraftturbine mit dem Gasgenerator nur durch eine Flüssigkeitskupplnng verbunden ist, weist die freie Kraftturbine eine sehr geringe Bremskraft auf. Für bestimmte Bodenfahrzeuge ist es demgemäß erwünscht, die Bremswirkung der freien Kraftturbine während der Steuerhebelverzögerung und während des Bremsvorganges beim Bergabfahren zu verstärken. Wenn der Steuerhebel 254 micht mehr der Drehkraft ausgesetzt ist, wird die Feder 256 den Steuerhebel 254 in die niedrige Leerlaufstellung zurückführen. Durch die Bewegung des Steuerhebels 254 in die Leerlaufstellung wird die Nocke 155 in eine solche Stellung verdreht, daß das Ventil 161 geschlossen ist. Der Druck in der Leitung 139 steigt auf den Servodruck an, wenn das Ventil 164 und das Ventil 158 geschlossen sind. Der Druck in der Leitung 139 wird durch das Druckwählventil 156 auf den DUsenbetätiger~221 übertragen, so daß der Betätiger und demgemäß die veränderlichen Kraftturbinendüsen in die Verzögerungswinkelstellung bewegt werden. sollte eine zusätzliche .Brems- oder Verzögerungskrart erwünscht sein, wie z.B. beim Vorgang des Bzgabfahrens, bei dem der Motor als Bremse verwendet werden soll, urn die Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges zu verzögern, wird das Verzögerungssolenoid 194 stromlos gemacht. Die Stromlosmachung des Verzögerungssolenoids bewirkt, daß die Feder 199 das Solenoidventil. 196 in Dichtungseingriff mit dem Gehäuse 195 drückt, so daß die Kammer 200 und die mit derselben verbundene Leitung 165 gegenüber der Ladedrucköffnung blockiert sind. Der Steuerhebel 254 kann in die der zunehmenden Kraft entsprechende Stellung bewegt werden, um die auf die Feder 146 wirkende Kraft zu vergrößern und dadurch das Regelventil 142 nach unten zu bewegen, um die abgemessene Strömung zum Gasgenerator zu verstärken. Durch die Bewegung des Steuerhebels 254 in die der zunehmenden Kraft entsprechende Stellung wird gleichzeitig das Ventil 164 geöffnet. Wenn jedoch das Verzögerungssolenoid 194 stromlos gemacht ist, wird die Leitung 165 durch den Ventilkolben 196 blockiert und die Leitung 139 wird durch das Ventil 158 slokkiert. Der Druck in der Leitung 139 bleibt daher auf dem Servodruck, um dadurch die eine veränderliche Stellung einnehmenden Kraftturbinendüsen in der Bremsstellung zu halten. Die Gasgeneratordrehzahl kann jedoch zunehmen, damit die auf die Kraftturbine ausgeübte Verzögerungskraft verstärkt werden kann.
  • Patentansprüche

Claims (14)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Brennstoff-, Drehzahl- und Veränderliche Düsenstellungssteuerung für einen Gasgenerator mit einem Regenerator und einer inrichtung zum Abführen des Verbrennungsgases des Gasgenerators nacheinander durch eine ;veränderliche Düsenanordnung, eine rreie-Kraftturbine und den Regenerator, gekennzeichnet durch eine Kraftwähleinrichtung (255) zur Auswahl eines gewünschten Betriebszustandes des Gasgenerators, durch eine Betätigungseinrichtung (221, k 14) zum Einstellen der veränderlichen DUsen (;.64) und durch Meßeinrichtungen (143,207,130,227,229), die mit der Betätigungseinrichtung verbunden sind, um gemeinsam eine vorgewählte Geschwindigkeit des abgemessenen Brennstoffs zum Gasgenerator und eine vorgewählte Stellung der veränderlichen Düsen entsprechend jeder Veränderung der Kraftwähleinrichtung einzustellen.
  2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daiB die Meßeinri#htung eine Einrichtung (17) zur automatischen Abänderung jeder Geschwindigkeit des abg#messenen Brennstoffs entsprechend einer Funktion des Produkta der Gasgeneratordrehzahl und der Temperatur des den Regenerator verlassenden Komprimierten Mediums enthält, so daß die Temperatur der in die Turbine eindtretenden Gase des Gasgenerators niemals einen vorgewählten maximalen Wert Uberschreitet.
  3. 3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2 für eine Gasturbinenmaschine, in welcher die Düsen zwischen einer Kompressorturbine und der freien Kraftturbine angeordnet sind, wobei die Maschine einen Kompressor enthält, der komprimiertes Medium durch den Regenerator einer Brennstoffverbrennungskammer zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß -lie Meßeinrichtung einen Komputer (115) eathält, der mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist, um gemeinsam die Brennstoffströmung zur Verbrennungskammer der Maschine und die Düsenstellung entsprechend der Veränderung der Kraftwähleinrichtung abzuändern.
  4. 4. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2 für eine Gasturbinenmaschine, die eine Kompressorturbine enthält, welche einen hompressor antreibt, der Druckluft durch den Regenerator einer Verbrennunskammer zuführt, wobei die freie Kraftturbine in Reihe zwischen der kompressorturbi@@@ Regenerator angeordnet ist, während die veränderlichen Düsen ein Reihe zwischen der Kompressor- -turbine und der Kraftturbine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwähleinrichtung (255) einen gewünschten Betriebszustand der Gasturbine auswählen kann, daß die Meßeinrichtung Einrichtungen (17,93,94,172) zum Abtasten einer Vielzahl von Maschinenparametern enthält, daß eine Brennstoffregeleinrichtung (1449 die durch die Drehzahlwähleinrichtung bestimmte Brennstoffstromung zur freien Kraftturbine steuert, sowie daß eine Berechnungseinrichtung (1309 mit der Brennstoffregeleinrichtung und der Betätigungseinrichtung verbunden ist, um gemeinsam lie eschwindigke it der Brennstoffströmung und die Stellung derveränderlichen Düsen entsprechend einer Veränderung der Kraftwähleinrichtung abzuändern, um automatisch die maximale Geschwindigkeit der abgemessenen Strömung -entsprechend der Vielzahl der abgetasteten Maschinenparameter zu verändern, so daß die Drehzahl ies Kompressors niemals einen vorgewählten maximalen Wert überschreitet.
  5. 3. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwähleinrichtung eine Einrichtung (255) zur manuellen Auswahl einer gewünschten Betriebsdrehzahl des Kompressorsenthält, eine inrichtung (17) zum Empfang eines Signals der korrigierten tatsächlichen Kompressordrehzahl, eine Einrichtung (41), die mit der Brennstoffregeleinrichtung und mit der das Kompressordrehzahlsignal empfangenden Einrichtung verbunden ist, um die Brennstoffströmung entsprechend Abweichungen der Kompressordrehzahl von der gewählten Betriebsdrehzahl abzuändern, eine einrichtung (157) zum Empfang eines Signals der tatsächlichen Drehzahl der Kraftturbine, eine Eintichtung (161) zur Auflösung des Kompressordrehzahlsignals während des Starts der Turbine und eine Einricht;ung (158), die mit der Auflösungseinrichtung und mit der las Drehzahlsignal der Kraft turbine empfangenden Einrichtung zwecks einstellung der Betätigungseinrichtung zusammenwirkt, um dadurch die Kraftturbinendrehzahl unabhängig von der Brennstoffregel- und Meßeinrichtung während des Starts der Turbine zu steuern.
  6. 6. Steuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (17,9),94,172) zum Abtasten einer Vielzahl von Maschinenparameterneinrichtungen (94,172,17,93 und 157) enthalten zum Abtasten des Wertes von Signalen und zum Erzeugen von Signalen die proportinnal sind zur Temperatur in der Nähe des Kompressoreinlasses, zum Druck in der Nähe des Kompressoreinlasse3, zur Drehzahl des Kompressors, zur Auslaßtemperatur des Regenerators und zur Drehzahl der freien Kraftturbine.
  7. 7. steuerung nach Anspruch 4, 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffmeßeinrichtung eine Vielzahl von eine veränderliche Fläche aufweisenden Einrichtungen zusammen mit einer Meßkopfeinrichtung enthält, welche koordiniert sind, um Signale zu empfangen, die proportional sind zur Auslaßtemperatur des Regenerators, zur Einlaßtemperatur des Kompressors, zum Einlaßdruck des Kompressors und zur Drehzahl des Kompressors, und die auf die Empfangenen Signale ansprechen, um die maximale Brennstoff'strömung zum Gasgenerator entsprechend der Gleichfing zu messen: worin bedeutet: WF die Oeschwindigkeit der Brennstoffströmung, K eine gwählte Konstante, #PF - PM den Meßkopf als eine Funktion der Kompressordrehzahl, A1 die veränderliche Fläche als eine Funktion der Auslaßtemperatur des Regenerators, A2 die veränderliche Fläche als eine Funktion der Einlaßtemperatur des Kompressors und A4 die veränderliche Fläche als eine Funktion des iinlaßdrucks des Kompressors.
  8. 8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzelchnet, daB dLe Berechnungseinrichtung eine Einrichtung (17) enthält zum Erzeugen eines Drucksignals, ias zur Kompressordrehzahl proportional ist, eine Einrichtung (112) zur Abänderung des Kompressordrehzahldrucks, um ein korrigiertes Kompressordrehzahldrucksignal zu erzeugen, sowie Einrichtungen (40, 150) zur gemeinsamen Abänderung der Wirkung er Meßkopfelnrichtung, der Brennstoffregeleinrichtung und der Düsenbetätigungseinrichtung entsprechend die Kompressordrehzahldrucksignal» so daß die veränderlichen Düsen für jeden Betriebszustand der Turbine unter einem vorgewählten Winkel eingestellt werden.
  9. 9. 3teuerung nach Anspruch 1 oder 2 fUr eine Gast#urbinenmaschine mit einem Kompressor, der mit einer Kompressorturbine direkt verbunden ist, wobei der Regenerator und eine Verbrennungskammer zwischen dem Kompressor und der Kompressorturbin angeordnet sind, die freie Kraftturbine in Reihe zur Kompressortubine angeordnet ist und die veränderlichen DUsen zwischen der Kompressorturbine und der freien Kraft turbine angeordnet sind» dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwähleinrichtung eine Einrichtung(255) zur Veränderung des Kraftniveaus der Kasohine enthält, daß die Meßeinriohtung Einrichtungen (17,44,158,172,112) enthält zum Abtasten einer Vielzahl von Maschinenparametern und zum Erzeugen von Signalen, die zu denselben proportional sind, daß eine Einrichtung (144) eine vorgewählte muimale Brennstoffströmung zur Verbrennungskammer entsprechend einer vorgewählten zusammengesetzten Funktion dieser Vielzahl von Maschinenparametern mißt, daß ine Einrichtung (148) die abgemessene Brennstoffströmung entsprechend Stellungsänderungen der das Kraftniveau verändernden Einrichtung abbindet, um die gewählte Kompressordrehzahl zu steuern, sowie daß die Betätigungseinrichtung eine Reihe von hydraulischen Komponenten enthält» die mit der das Kraftniveau der Maschine verändernden Einrichtung, mit 4er Meßeinrichtung und mit der Düseneinstellungseinrichtung (2x4) derart verbunden sind, daß die Meßeinrichtung und die Düseneinstellungseinrichtung zusammenwirken, um eine koordinierte, vorgeplante Brennstoffströmung und Düsenstellung als eine Funktion der 3tellung der das Kraftniveau der Maschine verändern den Einrichtung zu erhalten.
  10. 10. teuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß die das Kraftniveau der Maschine verändernde Einrichtung eine Einrichtung (158) enthält, die entsprechend einem Drucksignal eingestellt 1st, das als eine Funktion der tatsächlichen Drehzahl der Kraftturbine empfangen wird, daß eine Drehzahlwähleins#ichtung (153) die gewünschte Betriebsdrehzahl der Turbinenmaschine auswählt, daß eine Einrichtung (148) auf die Bewegung der Drehzahlwähleini-ichtung anspricht und mit der auf die Kraftturbinendrehzahl Ansprechenden Einrichtung verbunden ist, um einen Arbeitsdruck derart abzuändern, daß während des Starts der Turbine die veränderlichen Düsen entsprechend dem durch die Kraftturbinendrehzahl gesteuerten Arbeitsdruck eingestellt werden, um dadurch die Kraftturbinendrehzahl ausschließlich mit Hilfe der Düsen stellung zu steuern, und daß während des Verzögerungsvo,rganges der Drehzahlwähleineirichtung (153) die veränderlichen Düsen in eine vorgewählte Bremsstellung entsprechend einem Arbeitsdruck bewegt werden, der durch die den Arbeitsdruck abändernde Einrichtung (148) gesteuert wiri.
  11. 11. steuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß tie -Sas Kraftniveau der Maschine verändernde Einrichtung zusätzlich eine aruckabhängige Einrichtung (149) enthält» die mit der i)rehzahlwähleinrichtung (153) verbunden ist, und daß ein Arbeitsmedium (168) mit der Oruckabhängigen Einrichtung und mit der auf die Kraftturbinendrehzanl ansprechenden Einrichtung derart verinden ist, ia3 entsprechend einer vorgewählten Kraftturbinendrehzahl das Arbeitsmedium die Druckabhängige Einrichtung einstellt, um die Drehzahlwähleinrichtung zu überholen und die Drehzahl der Kraft turbine zu begrenzen.
  12. 12. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kraftniveau der Maschine verändernde Einrichtung ferner eine Drehzahlwählventileinrichtung (207) enthält, die mit der die abgemessene Brennstoffströmung abändernden Einrichtung (148) und mit einer Vielzahl von Arbeitsdrücken verbunden ist, um mehr s einen Arbeitsdruck derart zu st-euern, daß der stärkste Arbeitsdruck auf die Düseneinstellungseinrichtung übertragen wird, um die veränderlichen Düsen während der Beschleunigung der Maschine in eine vorgewählte Stellung zu bewegen.
  13. 13. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der hydraulischen Komponenten eine Vielzahl von unabgängigen Arbeitsdrücken enthält, daB ein Druckwählventil (137) den Empfang der Vielzahl der Arbeitsdrücke steuert» um den stärksten Arbeitsdruck auf die Düseneinstellungseinrichtung (234) zu übertragen, daß, ein Drehzahlumwandler (17) einen Druck als eine Funktion der Kompressordrehzahl erzeugt und daß ein Druckempfindlicher Schalter (103) durch den Kompressordrehzahldruck betätigt wird, um während des Starts der Turbine eine Vielzahl der auf niedrigerem Niveau befindlichen Arbeitsdrücke zu steuern.
  14. 14. Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kraftniveau der Maschine verändernde Einrichtu-ng einen Steuerhebel (254) zur Einstellung des gewUnschten Betriebszustandes der Turbine enthält, daß ein erstes membranbetätigtes Ventils (158) entsprechend einem Kraftturbinendrehzahldrucksignal eingestellt ist, daß ein 3perrventil (161) entsprechend der Bewegung des Steuerhebels eingestellt ist, daß ein zweites membranbetätigtes Ventil (207) entsprechend einem #orrigierten Kompressordrehzahldrucksignal und einer entgegenwirkenden, durch den Steuerheoel erzeugten Fed'erkraft (146) eingestellt ist, daß ein erster Arbeitsdruck (139) mit dem Sperrventil (161) und mit der Membran (157) des ersten membranbetätigten Ventils (158) derart in Verbindung steht, daß während des Starts der Turbine das erste Arbeitsmedium durch die Membran blockiert und auf das erste Ventil (158) und das Druckwählventil (137) übertragen wird, um die Kraftturbinendrehzahl ausschließlich mit Hilfe der Düsenstellung zu steuern, daß das Sperrventil (161) und das Kraftturbinendrehzahlventil (158) während des Verzögerungsvorganges geschlos#en werden, um die Strömung des ersten Arbeitsmediums derart vorllständig zu blockieren, daß der Druck des ersten Arbeitsmediums die veränderhohen Düsen in eine vorgewählte Bremsstallung einstellt, daß ein mit dem ersten Arbeitsdruck in Verbindung stehendes solenoidbetätigtes Ventil (196) stromlos gemacht wird, um den Austritt des Drucks des ersten Arbeitsmedium3 zu blockieren, wenn der Steuerhebel vorgeschoben wird, um die Bremskraft während des Verzögerungsvorganges zu verstärkepn, und daß ein zweiter Arbeitsdruck (120) mit dem zweiten membranbetätigten Ventil (207) derart in Verbindung steht, daß während der Beschleunigung der Maschine ias zweite Arbeitsmedium die veränderlichen Düsen in eine vorgewählte Beschleunigungsstellung einstellt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111106458A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 电子终端公司 插塞式接线板

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