DE1931836A1

DE1931836A1 - Steuervorrichtung fuer die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine

Info

Publication number: DE1931836A1
Application number: DE19691931836
Authority: DE
Inventors: Ifield Richard Joseph
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1968-06-24
Filing date: 1969-06-23
Publication date: 1970-08-27
Also published as: FR2014177A1; SE352695B; DE1931836C3; GB1267358A; US3600889A; DE1931836B2

Description

Joseph Lucas (Industries) Limited 20. Juni 1969 Great King Street,

Birmingham / England 23 2^7 Ma/He

Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine und stellt sich zur Aufgabe, (| eine Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine zu schaffen, bei der die Brennstoffzufuhr entsprechend dem Verhältnis der gewünschten zu der wirklichen Drehzahl der Gasturbine derart verändert wird, daß die Gasturbine mit der gewünschten Drehzahl umläuft.

Gemäß der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Brennstoffzufuhr über ein Venturi-Rohr erfolgt, an dem eine Steuereinrichtung angeordnet ist, die auf den Brennstoffdruck in Strömungsrichtung oberhalb des Venturi-Rohres und auf den Brennstoffdruck in der Einschnürung des Venturi-Rohres anspricht sowie eine Belastungsein- ' richtung enthält, die auf ein Luftdruoksignal ansprioht, das von dem Kompressor der Gasturbine abgeleitet wird sowie einen Regelmechfuiismus enthält, der mit.feiner Drehzahl proportional der Drehzahl der Gasturbine angetrieben wird und daa das \ Luftdruoksignal, das an die Belastungseinrichtung angelegt wird, entsprechend dem Verhältnis der gewünschten und der wirklichen Drehzahl der Gasturbine ändert.

Sin AusfUhrungsbeispiel der Erfindung soll mit Bezug auf die Zeichnung, in der schematisch die Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert werden.

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In dem besonderen Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt ist, liefert eine feste Verdrängungspumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe 10, Brennstoff unter Druck an die Brenner der Gasturbine. Die Steuerung der Brennstoffmenge, die den Brennern zugeführt wird, wird mittels einer Überströmeinrichtung ausgeführt, die einen Teil des Brennstoffs, der von der Pumpe 10 gefördert wird, ableitet. Es· kann indessen festgestellt werden, daß die Erfindung auch ebenso bei Systemen anwendbar ist, die eine servobetätlgte veränderbare Verdrängungspumpe oder eine Zentrifugalpumpe mit einer veränderbaren Drossel enthalten.

Der Brennstoff wird von der Förderpumpe 10 zu den Brennern der Gasturbine über ein Ventyfri-Rohr 11 gefördert und in Richtung der Strömung oberhalb des Venturi-Rohres ist eine Überstromeinrlchtung angeordnet, die mittels eines Ventils gesteuert wird, das gleitbar in einem Durchgang einer Brennstoff steuereinrichtung 13 angeordnet ist. Das Ventil 12 wird von dem Flüssigkeitsdruck betätigt, der in Strömungsrichtung oberhalb des Venturi-Rohres 11 wirkt, der das Ventil 12 in Eingriff mit einem Ende eines schwenkbar gelagerten Hebels 14 drückt, so daß der Hebel 14 im Uhrzeigersinn, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, verschwenkt wird. Auf das gleiche Ende des Hebels l4 wirkt ein Kolben 15, der gleitbar in dem gleichen Durchgang der Einrichtung 13 wie das Ventil 12 angeordnet ist. Dieser Kolben 15 wird in Berührung mit dem Hebel mittels des Brennstoffdruckes gedrückt, der an der ί Einschnürung des Venturi-Rohres 11 herrseht, wobei diese : Druckkraft mittels einer Druckfeder 16 unterstützt wird. Der ! Kolben 15 versucht somit,den Hebel 14 in eine Richtung ent- I gegengesetzt dem Uhrzeigersinn zu verschwenken. i\

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Ferner wird an das entgegengesetzte Ende des Hebels 14 eine veränderbare Belastung mittels einer Belastungseinrichtung angelegt. Die) Belastungseinrichtung 17 enthält zwei Membranen 18 und 19, van denen die Membrane 18 eine größere Querschnitts-i

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fläche als die Membran I9 besitzt. Die beiden Membranen bilden zwischen sich eine Kammer 9* in der ein Luftdrucksignal wirksam ist, das von dem Kompressorauslaß abgeleitet wird. Die beiden Membranen besitzen zwei ineinandergreifende Anschläge 20 und 21 und die Membran 19 wird zusätzlich noch mittels einer Feder 22 an die Membran l8 gedrückt, die mittels eines Bimetallstreifens 23 derart gedrückt wird, daß die Anschläge 20 und 21 gegeneinander in Eingriff gebracht werden. Der Birnetallste ifen 23 spricht auf die Umgebungstemperatur an, so daß die Kraft, die an die Membran l8 angelegt wird sich mit der Umgebungstemperatur verändert. Die Membran 18 besitzt ferner einen Anschlag 2h> der im Eingriff mit dem Ende des Hebels lh steht und die Anordnung ist derart, daß eine Vergrößerung des Luftdruckes in der Kammer 9 eine Bewegung der Membran 18 nach links bewirkt, wie es in der Zeichnung darge-: stellt ist, so daß der Hebel lh in einer Richtung umgekehrt dem Uhrzeigersinn bewegt wird. Es kann festgestellt werden, daß wenn der Druck, der in der Kammer 9 herrscht, sich unterhalb eines vorbestimmten W_ertes befindet, werden in Abhängigkeit von den Umgebungstemperaturen beide Membranen 18 und 19 als eine einzige Einheit bewegt. Wenn indessen der Druck in der Kammer 9 oberhalb dieses vorbestimmten Wertes ansteigt, bewegt sich die Membran 19 fort von der Membran 18, so daß die Belastung der Feder 22 nicht auf die Membran l8 wirksam ist.

Das Drucksignal, das an die Kammer 9 angelegt wird, wird mittels eines Reglermechanismus 25 verändert, der im wesentlichen der gleiche ist wie er in der gleichzeitig im Erteilungsverfahren befindlichen Anmeldung Nr. P¹W? *s.5* beschrieben wurde. Der Reglermechanismus 25 enthält eine rotierende Welle 26, die im Betrieb mit einer Drehzahl angetrieben wird, die Proportional der Drehzahl der Gasturbine ist. Die Welle 26 trägt ein oder mehrere schwenkbar gelagerte Gewichte 27, , die infolge der- Zentrifugalkraft sich nach außen gegen eine Belastung bewegen, die an diese Gewichte mittels einer Zugfeder 28 aisgeübt wird. Ein Arm 29, der mit dem Gewicht 27 ver-

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blinden ist, dient zum Verschieben einer axial angeordneten " Stange 30, die mit einem die Bewegung verstärkenden Hebel 31 im Eingriff steht,der in dem Gehäuse der Reglereinrichtung

25 schwenkbar angeordnet 1st. Der Hebel JL ist an einen zweiten» ♦ die Bewegung verstärkenden Hebel 32 angelenkt, der schwenkbar mit einem Ende an einen Drosselhebel 33 angeschlossen ist, der in einer Richtung parallel zu der Drehachse des Teiles

26 verschiebbar ist. Eine Feder 34 wirkt derart auf den Hebel 32, daß dieser um die Achse seiner Verbindung zu dem Hebel

31 in Uhrzeigerrichtung oder um die Achse seiner Verbindung mit dem Hebel 33 ertgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Das Ende des Hebels 32 besitzt eine Platte 35, die ^ eine kinetische Düse 36 steuert, mit der die Menge der Zufuhr an Luft von dem Kompressor zu der Kammer 9 veränder-t wird.

Während eines normalen gleichförmigen Betriebes unterbricht die Platte 35 teilweise den Strom von der Luft durch die kinetische Düse 36, so daß sich die Höhe des Druckes lh der Kammer 9 zwischen dem Kompressorauslaßdruck und dem herrschenden atmosphärischen Druck befindet. Die Belastung, die an die Steuereinrichtung mittels des Hebelß 14 angelegt wird, 1st derart, daß das Ventil 12 eine Stellung einnimmt, die ein genügendes überströmen an Brennstoff bewirkt, um einen Druckabfall zwischen der in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Seite des Venturi-Rohres und der Einschnürung des Venturi-Rohres

auf einen Wert zu halten, bei dem der Brennstoffstrom zu der Gasturbine ausreichend ist, um die Gasturbine auf der gewünschten Drehzahl zu halten. Sollte die Drehzahl der Turbine höher als die gewünschte sein, so bewirkt der Reglermechanismus, daß die Platte 35 eine Stellung einnimmt, bei der der ί Druck In der Kammer 9 kleiner wird, so daß die Belastung, /3 . ^die &^{11 d}*^e Steuereinrichtung,^KfmitteIs des Hebele l4. angelegt ^- wird, ebenfalls kleiner wird und das Ventil 12 sich nach links y bewegt, wie es in der Zeichnung dargestellt 1st, so daß der Überströraquerschnitt vergrößert wird und eine geringere Brennstoffmenge der Gasturbine zugeführt wird. Liegt die Drehzahl der Gasturbine unterhalb der erforderlichen Drehzahl,! so wird die Platte 35 Meht aus der kinetischen Düse. 36 zu-

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rückgezogen, so daß der Druck in der Kammer 9 sich erhöht und sich gleichzeitig die Belastung auf den Hebel 14- erhöht, so daß die Überströmung an Brennstoff herabgesetzt wird.

Während der Beschleunigung wird die Platte 35 vollständig aus der kinetischen Düse 56 zurückgezogen, so daß im wesentlichen der volle Kompressordruck in der Kammer 9 herrscht.

Die Anordnung von zwei Membranen, die sich bei einem vorbestimmten Druck trennen, stellt sicher, daß ein genügender Beschleunigungsspielraum bei allen Drehzahlen der Gasturbine verfügbar ist.

Patentansprüche ?

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Claims

Patentansprüche:

Steuervorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr· über ein Venturi-Rohr (11) erfolgt, an dem eine Steuereinrichtung (12-16) angeordnet ist, die auf den Brennstoffdruck in Strömungsrichtung oberhalb des Venturi-Rohres (11).und in der Einschnürung des Venturi-Rohres (11) anspricht, sowie eine Belastungseinrichtung (17) enthält, die auf ein Luftdruck-Signal anspricht, das von dem Kompressor der Gasturbine abgeleitet wird sowie einen Reglermechanismus (25) enthält, der mit einer Drehzahl proportional der Drehzahl der Gasturbine angetrieben wird una^e5as Luftdrucksignal, das an die Belastungseinrichtung (17) angelegt wird, entsprechend dem Verhältnis der gewünschten und der wirklichen Drehzahl der Gasturbine, ändert.

Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung oberhalb des Venturi-Rohres (11) ein Überströmventil (12) angeordnet ist.

Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil (12) vom Druck in Strömungsrichtung oberhalb des Venturi-Rohres (11) in einer Richtung beaufschlagt wird, die eine Erhöhung des Überströmens bewirkt und in einer Richtung zur Verringerung des Überströmens durch die genannte Belastungseinrichtung und durch den Druck in der Einschnürung des Venturi-Rohres (11) beaufschlagt wird,

Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J5., dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinrichtung eine temperaturempfindliche Einrichtung (23) enthält.

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5. Steuervorrichtung naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Einrichtung (2j$) ein Bimetallstreifen ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinrichtung (18-24) zwei Membranen-(l8, 19) enthält, die zwischen eich einen Raum begrenzen, an den das Drucksignal angelegt wird.

7· Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnlttsoberflache der einen Membran (l8) größer als die Querschnittsoberfläche der anderen-Membran (19) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die eine Membran (18) mit der Einrichtung zur Steuerung des Brennstoffdruckes (12-16) gekoppelt ist und die andere Membran (19) gegen die genannte eine Membran (l8) mittels einer federnden Einrichtung (22) gedrückt wird.

9, Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksignal vom Kompressorauslaß abgeleitetökird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung zum Ändern des Luftdruckes eine kinetische Düse (36) enthält, die mittels einer bewegbaren Platte (55) gesteuert wird.

11. Vorrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Platte (35) mittels einer Einrichtung, bewegbar ist, die auf das Verhältnis der gewünschten zur wirklichen Drehzahl der Oasturbine anspricht.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung aus einem Hebel (32) besteht, der mit einem mit der Drehzahl der Gasturbine angetriebenen Reglermechanismus (26-30) und einem Gestänge (31, 32, 33) zur Steuerung der Drossel der Gasturbine zusammenwirkt.

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