DE1932792A1

DE1932792A1 - Brennstoffregelvorrichtung

Info

Publication number: DE1932792A1
Application number: DE19691932792
Authority: DE
Inventors: Peczkowski Joseph L; Dettweiler Kenneth R; Rogers Francis R
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1970-01-08
Also published as: GB1238010A; SE353937B; FR2011727A1; US3540217A

Description

Brennstoffregelvorrichtungv

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit veränderlicher Drehzahl und insbesondere für einGasturbinentriebwerk mit einer freien Turbine.

Solche Vorrichtung sind; gewöhnlich wegen der veränderlichen dynamischen Charakteristiken» .die ein Gasturbinentriebwerk aufweist, wie auch wegen der verschiedenen Belastungen und entsprechend dem Grad· an Genauigkeit und/Verläßlichkeit, der für die Regelung der Brennstoffaufuhr zum Triebwerk gefordert wird, um die erwünschte Steuer-ung des Triebwerks zu bewirken, ohne sein£ zulässigere Betriebsgrenzwerte zu überschreiten, relativ komplexe Mechanismen,. Weiterhin nehmen bei einer gegebenen Brennstoffregelanlage sowohl die Ähschaffungskosten als auch die später anfallenden Wartungskosten mit steigender Kompliziertheit der Regelung notwendigerweise zu.

j Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.besteht deshalb darin, j für· ein Gasturbinentriebwerk mit veränderlicher Drehzahl und

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einer freien Turbine eine Brennstoffregelvorrichtung zu schaffen, die relativ einfache und billige Reglerteile verwendet und wenig Pflege erfordert, um eine stets genaue und verläßliche Regelung der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk zu bewirken.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus" von- einer Brennstoffregelvorrichtung mit einem Brennstoffzumeßventil mit veränderlichem Durchflußquerschnitt zur Regelung der Brennstoffzufuhr von einer Quelle unter Druck stehenden-Brennstoffs zu den Triebwerksbrennkammern, einem Stellmechanismus, der das Brennstoff ζumeßventil in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerhebels, vom atmosphärischen Luftdruck und von einer veränderlichen Betriebskenngröße des Triebwerks, die mit der Leistungsabgabe des Triebwerks und dem Verdiehterdruckanstieg zusammenhängty betätigt, und einem die Brennstoffdruckdifferenz am Brennstoffzumeßventil regelnden Brennstoff-Bypassventil. Nach der ^ Erfindung wird die dabei gestellte Aufgabe dadurch gelöst,:daß das Bypassveritil mit einem Drehzahlregler verbunden ist, der. ' , sowohl auf die Stellung des Steuerhebels-\y ; ; als auch auf; die Drehzahl des Triebwerks : ■""" '.'■= so anspricht ν daß ^:äa,s Bypassventxl

bei Übergängen von einer Triebwerksdrehzahl zu einer anderen eine konstante maximale oder minimale Brennstoffdruckdifferenz _; am Brennstoffzumeßventil erzeugt, und beim Betrieb im Behayrungst: zustand eine dazwischenliegende Brennstoffdruckdifferenz, die in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichüng veränderlich: ist.

Der Brennstoffzufluß zum Triebwerk wird somit durch das mit veränderlichem Durchflußquerschnitt versehene Brennstoffregel-

oder -zumeß-

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ventil in Abhängigkeit von der Steuerhebelstellung, dem Umgebungs· Luftdruck und dem Verdichterdruckanstieg,geregelt, wobei die Brennstoffdruckdifferenz am Regelventil bei Obergangszuständen konstant gehalten wirdj dagegen wird bei' normaler Regelung bei einer gewählten Triebwerksdrehzahl die Brennstoffzufuhr nur durch Veränderungen der Brennstoffdruckdifferenz am Regelventil in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung beeinflußt.

Die Erfindung'wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, mit einer freien Nutzleistungstürbine und einer zugehörigen Brennstoffregelanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Ansieht des Brennstoffmessers 5o der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2.

Das in der Zeichnung dargestellte Gasturbinentriebwerk 2o hat einen Verdichter 22, der mit einer Turbine 24 verbunden ist und von dieser über eine Welle 26 angetrieben wird, und eine freie oder Nutzleistungsturbine 28, die stromabwärts von der Turbine 21. angeordnet., "ist und unabhängig von dieser drehbar ist. Die freie Turbine 28 ist mit Energie-Obertragungseinrichtungen 3o verbunden, um in bekannter Weise eine energieaufnehmende Vor-

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richtung wie Hubschrauber-Rotorblätter₉ Räder von Bodenfahrzeugen oder andere Einrichtungen mit veränderlicher Drehzahl anzutreiben.

Das Triebwerk 2o hat Brennkammern 32, die durch von einem Verdichter 22 gelieferte Luft mit Druck beaufschlagt werden können und Brennstoffeinspritzdüsen 34 aufweisen, aus denen dosierte Mengen unter Druck stehenden Brennstoffs in die Brennkammern eingespritzt werden können, wo das sich ergebende Brennstoff-Luftgemisch gezündet wird, um einen kontinuierlichen Strom heißer Antriebsgase zu erzeugen. Das von den Brennkammern 32 ausgegebene Antriebsgas strömt durch die Turbine 24, wobei es ein den Verdichter 22 antreibendes Drehmoment erzeugt, und dann durch die freie Turbine 28, um ein Drehmoment für dfe äußere Verwendung zu erzeugen. Die von der freien Turbine 28 - ausgestoßen en verbrauchten Gase strömen durch den Triebwerksauslaß 36 in die Atmosphäre.

Die Brennstoff düsen 34 werden, über einen Brennstoffverteiler,:, und eine Zufuhrleitung Ho gespeist; letztere wird aus einem ' Brennetoffregeinetzwerk 42, das die vorliegende Erfindung verkörpert , mit einer dosierten Menge unter Druck stehenden Brennstoffs versorgt.

DasBrennstoffregeinetzwerk 42 umfaßt eine Brennstoffquelle 47, die den Einlaß einer vom Triebwerk angetriebenen Pumpe 4 6^ vorzugsweise einer Zahnradpumpe, mit Brennstoff versorgt. Die Pumpe liefert ihrerseits unter Druck stehenden Brennstoff zum Einlaß

48 einer Brennstofi^Seßeinrichtung So. Eine Brennstoff-Bypass- j leitung 52 verbindet den Brennstoffmesser 5o mit dem Einlaß einer! Pumpe 46 und leitet überschüssigen Brennstoff, der von dem Trieb-! werk nicht gebraucht wird, zum Einlaß der Pumpe 46 zurück.

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Zur Regelung des Brennstoffes spricht der Brenhstoffmesser 5o auf! eine Vielzahl von Triebwerks-Betriebskenngrößen an. Zu diesem ' Zweck ist. die Zumeßeiririchtung So über eine geeignete Verbindung j mit einem Steuerhebel 54 verbunden, der über den angedeuteten : Bereich von Leistungsstellungen bewegbar ist, und mit einer
Leitung 56, die vom Verdichter abgegebene unter Druck stehende
Luft führt, sowie über eine Auslaßöffnung 58 mit dem atmosphärischen Luftdruck P und über eine drehbare Zahnrad- und
Wellenanordnung 6ο mit der.freien Turbine 28. V

In Fig. 2 ist die "Zuraeßeiriricjitung 5σ- als solche, in vergrößerter, schematLscher Form dargestellt, um deutlich de^-en verschiedene
Teilmechanismen und die Art ihres Zusammenwirkens zu veranschau- f liehen. Ein Gehäuse 62 empfängt über die Einlaßöffnung 48 den
Pumpenausfluß unter einem Druck P₁' und ist mit Auslaßöffnungen
64 und 66 versehen, die mit der Brennstoff Versorgungsleitung **°
bzw. der Brennstoff-Bypassieitung 52 verbunden sind. Der Brenn- j stoff strömt von der Einlaßöffnung 48 über eine Leitung 68, j die hintereinander Drosselsteilen ^:7o und 72 aufweist, zu der j Auslaßöffnung 64. Ein Drosselventil 74 wirkt mit der Drosselstelle 7o zusammen, um deren Durchflußquerschnitt zu verändern, der I

seinerseits dementsprechend den Brennstoffdruck P„ stromabwärts j

; der Drosselstelle 7ό regelt. Ein .Brennstoffventil 76 wirkt mit !

der Drosselstelle 72 zusammen, umdessen wirksamen Durchflußquerschnitt zu bestimmen, der seinerseits die Menge des zugemessenen Brennstoffs bestimmt, der unter einem Druck P₃ durch den Auslaß 6^ zum Triebwerk strömt.. Der Brennstoff wird zwischen den Drosselsteilen 7o und 72 aus der Leitung 68 über einen Abstand voneinander aufweisende, axial ausgerichtete Bypass-Drosselstellen 78 und 80 zur Auslaßöffnung 66 abgeleitet. Ein Brennstoff-Bypassventil 82 mit gegeneinander versetzten Vertie- . fungen 8>f und 86, die mit der Drosselstelle 78 bzw. 80 zusammen-/ wirken können, ist axial auf die Drosselstellen 78 und 80 ausgerichtet und relativ zu diesen bewegbar, um so den wirksamen Durchflußquerschnitt der Drosselstellen 78 und 80 und somit den Durchfluß des Brennstoffs in der Bypassleitung zu verändern, der seinerseits dementsprechend den Brennstoff druck F- in der Leitung 68 regelt. Das Nebenschluß ventil 82 ist am einen Ende starr mit einer Membran 88 und am entgegengesetzten Ende mit einer" Membran 9o verbunden, die beide in geeigneter Weise art ihren radial äußersten Teilen durch geeignete herkömmliche -Mittel (nicht? dargestellt) am Gehäuse 62 festgeklemmt sind und eine Strömungsmitteldichtung zwischen ihren entgegengesetzten Seiten bilden.'Eine . Druckfeder 92, die zwischen einem Ende des Ventils 82 una einer einstellbaren mit dem Gehäuse 62 versehraubten Federhalterung 9t angeordnet ist, dient dazu, das Ventil 82 in Richtung auf eine geschlossene Stellung vorzuspannen. Die Membranen 88 und; 9ο haben vorzugsweise gleiche wirksame Flächen, wobei einander gegenüberliegende Seiten dem Brennstoffdruck P₃ ausgesetzt sind, so daß die sich ergebenden, auf das Webenschluß ventil 82 ausgeübten Kräfte entgegengesetzt gleicht sind und sich aufheben. Die ent-= *

gegengesetzte Seite der Membran 9o liegt in einer Kammer 96, die über eine Leitung 98 ißit der unter ⁷ZuBeB*- Brennstoff druck P₃ stehenden Leitung 6U verbunden ist. Die entgegengesetzte Seite der Membran 88 liegt in ©iner Kammer loo, die über eine Leitung lol mit einem Brennstoffdruck P^ verbunden ist, der stromabwärts einer einstellbaren Drosselstelle Io2 erzeugt wird. Die Drosselstelle Io2 regelt den Durchfluß durch die Leitung lo*i, die von der Leitung 68 Brennstoff über ein Filterelement I06 unter einem Druck P₁ empfängt und den Brennstoff durch ein Drehzahlregelventil Ho an eine Kammer I08 abgibt. Eine Leitung 111 verbindet die Kammer I08 mit einer unter einem Brennstoff druck P- stehenden Leitung 68 zwischen den Ventilen7Hund 76.

Das Drosselventil 71 ist mit einem Ende fest mit einer Membran 112 verbunden, deren eine Seite der Leitung 68 unter einem Brennstoffdruck P« auf der stromabwärtigen Seite der Drosselstelle 7ο ausgesetzt ist, und deren gegenüberliegende Seite einer Kammer Hf ausgesetzt ist, die mit der unter einem Brennstoffdruck P₃ stehenden Kammer 96 verbunden ist. Eine Membran 116 ist fest mit dem entgegengesetzten Ende des Drosselventils 74 verbunden, und ihre eine Seite ist der Leitung 68 mit einem Brennstoff druck P₁ auf der stromauf wärtigen Seite der Drosselstelle 7o ausgesetzt, und ihre gegenüberliegende Seite ist einer Kammer 118 ausgesetzt, die über eine Leitung 12o * mit der unter dem Brennstoffdruck P₁ stehenden Leitung lol in Verbindung steht. Das Drosselventil 7U ist axial auf die Drosselstelle 7o ausgerichtet und relativ zu dieser in Schließrichtung bewegbar, und zwar in Abhängigkeit von der Druckdifferenz P₂ - P₃ an der Membran 112, und in Öffnungsrichtung in Abl&ngigkeit von der

Druckdifferenz P₁ - P._r an der Membran 116.

Eine Zweigleitung 122, die eine einstellbare Drossel 124 enthält,. verbindet die Leitung lol mit der unter abgemessenem Brennstoffdruck P₃ stehenden Leitung 68 auf der stromabwärtigen Seite der Meßdrossel 72,. um eine minimale Brennstoffzufuhr vom Triebwerk vorzusehen.

Das Zumeßventil 76 ist gleitend in einer Öffnung 126 des Gehäuses 62 angeordnet und erstreckt sich durch diese bis zum festen Eingriff mit einem Servokolben 128, der in einer Kammer 13o verschiebbar ist. Die "_ tKammer 13o auf der einen Seite des Kolbens 128 ist über eine Leitung 132 mit der Leitung 68, die unter einem Druck P„ steht, stromaufwärts von der Meßdrossel " 72 verbunden. Die Kammer 13o auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens 128 ist Über dine Leitung 134 mit einem geregelten Servodruck P verbunden, der in einer Leitung 136 erzeugt wird, die von der Leitung Io4 stromaufwärts von der Drossel Io2 zu einer Kammer 138 führt, die wiederum über eine Leitung 14o mit der Kammer Io8 verbunden ist, die unter einem Brennstoffdruck Pj steht. Der stromabwärts von einer festen Drossel 142in der Leitung 146 erzeugte Servodruck P_ ändert sich entsprechend der Stellung eines Klappenventils 144, das den wirksamen Durchflußquerschnitt des Ausflußendes der Leitung 136 regelt. Eine zwischen dem Kolben 128 und einem Ende der Kammer 13o eingefügte

Zu
Druckfeder 145 drückt das neßventil 76 in .Schließrichtung.

Das Klappenventil 144 wird durch ein Ende eines federbelasteten Hebels 146 gebildet, der über eine Welle 148 drehbar am Gehäuse '■■■ λ ■■■■■■■■ - : ' ■ - ⁸ ■■'- ^: ■'.'.■ /■ - - -■■ ■. ■■ ■ -:■-■'"':■ ■■■■■■■'

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62 gelagert ist. Das entgegengesetzte Ende des Hebels 146 erstreckt sich in eine Kammer 158, die über eine Öffnung 58 mit
atmosphärischem Luftdruck verbunden ist, und kommt mit einem
Schieberkern 16o zum Eingriff, der verschiebbar in einer Öffnung , 162 am einen Ende eines Hebels 164 getragen wird. Ein Anschlag

166 am Schieberkern 16o kommt unter dem Einfluß einer Druckfeder

einem .

168, die zwischen dem Hebel 164 und/mit Abstand dazu angeordneten ■ und einstückig mit dem Schieberkern 16o ausgebildeten Halter 17o
angeordnet ist, mit einem Hebel 164 zum Eingriff. Der Hebel 164
ist drehbar auf einer.festen Halterung 172 montiert. Eine Vielzahl von Rollen 174, 176 und 178 ist drehbar auf einer Welle 18o befestigt , die*ihrerseits auf einem gabelförmigen Ende 172 eines
Schafts 184 montiert ist und eine Kraft von einem Hebel 186 auf
den Hebel 164 übertragen kann. Der Hebel 186 ist mittels einer j Welle 19ο drehbar auf einer festen Halterung 188 gelagert. Die ' vom Hebel 18 6 ausgeübte Kraft wird von einem evakuierten Balgen ;. 192 abgeleitet, der am einen Ende durch einstellbare Halterungen ! 194, die mit dem Gehäuse 62 verschraubt3i&ä> am Gehäuse 62 ver- j ankert ist - · ■

Das entgegengesetzte bewegliche Ende des Balgens 192 ist fest mit \- einer Stange 196 verbunden, die schwenkend an einem Bügel 198

angreift, der fest mit dem Hebel 186verbunden ist. Der Balgen

192 ist dem: atmosphärischen/Druck P., in der Kammer 158 ausgesetzt ι und dehnt sich dentsprechend den Druckänderungen aus oder zieht I sich zusammen, wodurch er eine entsprechende veränderliche Kraft < auf den Hebel 186 ausübt. . |

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Die Welle 18«f Ist drehbar an einem Winkelhebel 2oo befestigt, der drehbar auf einer festen Halterung 2o2 gelagert ist und über eine geeignete Gestängeverbindung 2ο4 durch den Steuerhebel betätigt wird. Die Rollen 171 und 178 werden durch geeignete Führungen 2o6 auf dem Hebel 186 geführt und bewegen sich senkrecht zur Drehachse des Hebels 164, um dadurch den wirksamen Hebelarm dieses Hebels in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerhebels 5*J zu verändern. Die" Rolle 176 wird durch eine Funrung 2o8 auf dem Hebel 164 geführt und bewegt sich derart parallel zur Drehachse des Hebels 186, daß der wirksame Hebelarm des Hebels 186 und damit die Kraft, die für irgendeinen gegen den Balgen 192 wirkenden vorgegebenen Druck P Über die Rolle 176 ausgeübt wird, unabhängig von der in Abhängigkeit vom Steuerhebel eingenommenen Lage der Rolle 176 konstant bleibt.

Ein Hebel 21o Ist drehbar auf einer festen Halterung 212montiert und mit auf Abstand liegenden Armen 21¹I und 216 versehen, die mit dem zwischen ihnen verlaufenden Hebel 1^6 zum Eingriff kornmen könen. Eine durch einen Stift 2oo drehbar am Hebel 2Io befestigte Stange 218 ist durch geeignete Befestigungsmittel, wie eine Druckplatte 22^, fest mit dem Mittelabschnitt einer Membran 222 verbunden. Die Membran 222 teilt die Kammer 158 von der Kammer 226 ab und spricht auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck P in der Kammer 128 und dem Verdichterauslaßdruck P_

an, der über die Leitung 56 der Kammer 226 zugeführt wird.· Die

228 vorgespannt, die Membran 222 Ist durch eine Druckfeder/zwlschen der Druckplatte 224 und einer mit dem. Gehäuse 62 verschraubten einstellbaren Federhalterung23o angeordnet ist.

- Io -

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Die Stellung des Meßventils 76 wird durch Rückkopplungskräfte auf die Hebel 164 und 21o übertragen. Zu diesem Zweck ist ein Hebel 232 mittels einer Welle 234 drehbar auf den festen Stützen 236 und 238 gelagert, und der Hebel 232 kommt mit einer Stange 2Ho zum Eingriff, die sich vom Hilfskolben 128 und durch eine öffnung 242 am einen Ende der Kammer 13o erstreckt. Geeignete Dichtungsmittel wie ein in der öffnung 242 montierter O-Ring 244 kommen gleitend mit der Stange 24o zum Eingriff,und bilden auf diese Weise eine Strömungsmitteldichtung zwischen den Kammern 113 und 158. Mit dem Hebel 232 sind einstellbare«, einen Abstand voneinander aufweisende Federhalterungen 246 und 248 verschraubt. Zwischen der Federhalterung 246 und einer auf dem Hebel 164 angeordneten Federhalterung 252 liegt eine Druckfeder 2So. '

auf der Stange 218 angeordneten Zwischen der Federhalterung 248 und einer/Federhalterung 256

liegt eine Druckfeder 244.

Ein Drehtisch 258, der in geeigneter Weise in einem Lager 26o so montiert ist, daß er sich in der Kammer Io8 drehen kann,wird durch eine von der Turbine angetriebene Welle 6o betätigt. Durch Stifte 264 am Tisch 258 schwenkbar befestigte Zentrifugalgewichte 262 sind so ausgebildet, daß sie gegen ein Flanschende 266 einer sich'mit den Gewichten 262 drehenden Hülse 268 drücken. Der Kraft der Zeritrifugalgewichte 262 wirkt eine Druckfeder 27o entgegen, die an einer ringförmigen Federhalterung 272, die mit der Hülse 278 konzentrisch und relativ zu dieser drehbar ist, abgestützt ist. Zwischen der Federhalterung 272 und dem Flanschende 266 der Hülse 268 angeordnete herkömmliche Lager, wie Kugellager, ermöglichen eine Drehung der Hülse 268 rejafciv

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zur Halterung 272 und übertragen die von der Feder 27o abgeleitete Schubkraft auf die Hülse 268. Das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 27o ist in einer einstellbaren Federhalt erung 276-. auf genommen,-die durch einen mit dem Steuerhebel 44 verbundenen Hebel 278 betätigt wird, um dadurch die Feder 27o zusammenzudrücken

54 .

und eine von de.r Stellung des Steuerhebels/abhängige Bezugskraft zu schaffen. Die Hülse 268 ist drehbar auf einer einstellbaren festen Halterung 28o befestigt, die mit dem Gehäuse 62 verschraubt ist. Ein Durchgang 282 in der Halterung 28o verbindet die Leitung lot mit einer Ringkammer 284 in einem vergrößerten Endabschnitt 286 der Halterung 28o. Eine Ringkammer 288 in der Hülse 268 ist mit der Leitung 282 über eine Zweigleitung 29o in der Halterung 28o verbunden. Der der Ringkammer 284 und der Ringkammer 288 zugeführte druckbeaufschlagte Brennstoff P₁'. dient als Schmiermittel zwischen benachbarten Gleitflächen der drehbaren und axial verschiebbaren Hülse 268 und der festen Halterung 28o.

Das Drehzahlregelventil Ho wird durch das obere Ende der Hülse 268 bestimmt, die mit einer öffnung 292 zusammenwirkt, die die Leitung 282 mit der unter relativ niedrigem Brennstoffdruck Pj stehenden Kammer Io8 verbindet. Die axiale Stellung der Hülse 268 bestimmt den wirksamen Querschnitt der Öffnung 292 und damit den Brennstoffdruck P₁ ¹, stromaufwärts von dieser in Obereinstimmung mit den auf den Zylinder 268 ausgeübten entgegengesetzten Kräften, die von der Feder 27o und den Fliehgewichten 262 abgeleitet werden.

Eine Membran 294, die die Kammer Io8 von der Kammer 296 trennt, ist mit ihrem radial äußersten Abschnitt durch nicht dargestellte

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am Gehäuse 62 befestigt und bildet eine Strömungsmitteldichtung. Eine Federvorspannung wird auf die Membran 294 durch eine Druckfeder 298 ausgeübt, die zwischen einer einstellbaren Feder halterung 3oö, die mit einer festen Halterung 3o2 verschraubt ist,- und einer Feder halterung 3o4, die in geeigneter Weise mit. dem Mittelabschnitt der Membran 294 verbunden ist, angeordnet ist. Die Kammer 296 ist über eine Leitung 3o6 mit der Leitung Io4 verbunden. Die Leitung 3o6 enthält eine einstellbare Drossel 3o8 mit einem mit dem Gehäuse 62 verschraubten Ventil 31o. Die Kammer 296 ist weiter über Durchgänge 312 und im Gehäuse 62 bzw. in der Halterung „2.8ο mit einer Kammer 316 verbunden, die durch die Hülse 268 und die Halterung 28o gebildet wird.

Es sei nun angenommen, daß sich das Triebwerk anfangs in einem stabilen Betriebszustand befindet, wobei die freie Turbine 28 mit einer Drehzahl arbeitet, die der Einstellung des Steuerhebels 54 unter gegebenen Werten des atmosphärischen Drucks P₌ und Ver-

~ Cl

dichterauslaßdrucks P_c entspricht.

Wenn dann der Steuerhebel 54 in eine Stellung vorgeschoben wird, die eine Beschleunigung des Triebwerks auf eine höhere Drehzahl der freien Turbine 28 erfordert, werden gleichzeitig durch den Hebel 278 und den Winkelhebel 2oo die. Federhalterungen 276 bzw. die Rollen 174, 176 und 178 betätigt. Die Rollen 174, 176 und 178 werden von der Drehachse des Hebels 164 weggedrückt und vergrößern dadurch den wirksamen Hebelarm, mit dem die durch den Hebel 186 ausgeübte Kraft gegen die Feder 25o wirkt. Da der

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Hebel 164 im Uhrzeigersinn'der Fig. 2 nicht ausgeglichen ist, bewegt sich die vom Hebel 146 getragene Klappe 144 in Richtung ;

dadurch , . -;-., _; .- ·

auf die Leitung 136 zu, und/wird der Zufluß aus dieser herabgesetzt Dies wiederum erhöht den gegen den Kolben 128 wirkenden Brennstoffdruck P_. Es versteht sich, daß der einzelne Steuerhebel 54 durch zwei unabhängig voneinander betätigte Steuerhebel ersetzt werden kann, die nicht dargestellt sind, von denen einer so angeschlossen sein kann, daß er.die Federhalterungen 2 76 betätigt, und der andere so angeordnet sein kann, daß er die Rollen 174, 176 und 178 betätigt.

Die Bewegung des Hebels 146 kann durch einen Arm 214 begrenzt werden, um den Beschleunigungs-Brennstoffdurchfluß als Funktion des auf die Membran 222 wirkendden Verdichterdruckanstiegs P - P zu begrenzen, und dadurch den von der Steuerhebelstellung und dem atmosphärischen Luftdruck P abgeleiteten Eingängs-Sollwert zu überspielen, um eine übermäßige Versorgung des Triebwerks mit Brennstoff zu vermeiden. Angenommen, die Luftdruckdifferenz P - P Über der Membran 222 sei relativ niedrig; dann wirkt der Arm 214 als Anschlag, um zu verhindern, daß der Hebel 46 dem Schieberkern IBp folgt, und um dadurch die Stellung der Klappe 144 und damit den Druck P als Funktion des Verdicht erdruckanstiegs P_ - P zu regeln. ^; - ;: '; =

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Das ftießventIl/bewegt sich in einer öffnungsrichtung/um diev wirksamen Querschnitt der öffnung 72 in Abhängigkeit von; der ^r - i Zunahme des gegen den Servokolben 128 wirkenden Drucks P₅ zu. vergrößernd In Abhängigkeit Vom Steuerhebel 54 wird die -^;"

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ReglerveritHoffnung 110 zu einem Maximum vergrößert, und zwar durch eine Bewegung der Halterung 276, die die Feder 270 zusammendrückt und dadurch die entgegengerichtete Kraft der Fliehgewichte 262 Überwindet und verursacht, daß sich die Hülse 268 dementsprechend aus der auf die öffnung 292 ausgerichteten Stellung heraus¹ bewegt.

Der daraus folgende Abfall des Brennstoffdruckes P₁ ¹ stromaufwärts von der Öffnung 292 wird auf die Kammern 100 und II8 Übertragen und verursacht, daß das Drosselventil fk sich in Öffnungsrichtung bewegt, um den Druck P₂ zu erhöhen, und verursacht weiter, daß das Bypassventil 82 sich unter dem Einfluß der Feder 92, der durch den gegen die Membran 90 wirkenden Druck P, verstärkt wird, in Schließrichtung bewegt. Der Druck P₂ wächst bis I zu dem Niveau, das erforderlich ist, um in Übereinstimmung mit der wirksamen Kraft der Feder 92 eine bestimmte konstante Druckdifferenz Ρ« - P, an der Meßöffnung 72 aufzubauen. Die daraus folgende Zunahme der Druckdifferenz P« - P, an der vergrößerten ; Fläche der Meßöffnung 72 erzeugt eine entsprechende Zunahme der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk, wodurch eine Beschleunigung des Triebwerks eingeleitet wird. Die Brennstoffdruckdifferenz an der Meßöffnung 72 wird auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten, während das Meß ventil 76 betätigt wird, um den wirksamen DurchflußQuerschnitt der öffnung 72 als Funktion des auf die Membran 222 wirkenden zunehmenden Verdichterdruckanstieg P_n - P

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zu verändern, während die Verdichter drehzahl sich bei der Beschleunigung erhöht. I

Die Stellung des Beßventils 76 wird über den Hebel 232 und die

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Feder 254 in eine gegen die Membran 272 wirkende Rückstellkraft umgewandelt, die der Luftdruckdifferenz P - P_ entgegengerichtet

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ist, um eine !Stabilisierung des ifleßventils 76 bei jeder beliebigen gegebenen Differenz P„ - P_zu bewirken.

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Der durch den Verdichterdruckanstieg P - P eingestellte Brenn-

C Bl

stoffzufIuB zum Triebwerk kann den als Funktion der Stellung des Steuerhebels 54 und/oder des atmosphärischen Luftdruckes P_e ein-

EL

gestellten Triebwerkbrenhstoffbedarf überschreiten. In diesem Fall wird die untere Brennstoffgrenze durch den Schiebekern I60 eingestellt, der mit dem Hebel 146 zum Eingriff kommt, um das Ansprechvermögen des Hebels 46 auf den Arm 24*0"zu begrenzen und dadurch den eingegebenen Verdichterdruckanstieg P_ - P zu über-

c &

Zu
spielen und die Bewegung des Weßventils 76 dementsprechend als. eine Funktion der Stellung des Steuerhebels 54 und/oder des atmosphärischen Luftdruckes P_& zu reduzieren. In solch einem Fall

Zu
wird die Stellung des Weßventils 46 über den Hebel 252 und die Feder 250 zu einer Rückstellkraft gegen den Hebel l64 umgewandelt, die gegen die durch die Rollen 174, 176 und 178 ausgeübte Kraft gerichtet ist, um das weßventil 76 zu stabilisieren.

Wenn die Drehzahl der freien Turbine 28 sich dem gewählten Wert nähert, der der Stellung des Steuerhebels 54 entspricht, überwindet die Kraft der Fliehgewiehte 262 die entgegengerichtete Kraft der Feder 270, worauf die Hülse 268 gegen die Feder 270 nach oben gedrängt wird und eine Reduktion des wirksamen Durchflußquerschnitts der öffnung 292 verursacht. Die daraus folgende

Erhöhung des Brennstoffdruckes P₁' stromaufwärts von der öffnung ! 292 wirkt gegen die Membran 116,.und verursacht, daß das Drossel- j "■ ■■ - ν ,:■.■■ -■■ ^:-:^ ■ "'■■■ ■ ^ 16 - '■:■'.■■■■'.'■■ ^; '.. ■ " ■■ - * :

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ventil 7^ sich in Schließrichtung und auf die Membran 88 zubewegt, und verursacht ferner* daß das Bypassventil 82 sich mit der Brennstoffdruckdifferenz Pg- P, auf beiden Seiten der Meß-Öffnung 72 in Öffnungsrichtung bewegt und so den Brennstoffzufluß zum Triebwerk entsprechend verringert. Dies entspricht der üblichen Arbeitsweise von Drehzahlreglern. ,

Der Bewegung der Hülse 268 in Abhängigkeit von der Kraft der * Fliehgewichte 262 wirkt eine verzögerte Rückführung entgegen. Zu diesem Zweck ist vor der Schließbewegung der Hülse 268 der Brennstoffdruck P.^M stromabwärts des Ventils 310 und den Kam- '■ mern 296 und 316 gleich dem Brennstoffdruck P₂ stromaufwärts der öffnung 292. Während sich die Hülse 268 in Abhängigkeit von der ^j Kraft der Fliehgewichte 262 schließt und einen Anstieg des Brenn-i stoffdruckes stromaufwärts der öffnung verursacht, wird am Ventil· eine Druckdifferenz P₁* ^P₁ ^M erzeugt, die zusammen mit dem

elastischen Ansprechen der. federbelasteten Membran 22 auf den i zunehmenden Druck P- ''. einen verzögerten Anstieg des Brennstoffdruckes in den Kammern 296 und 3l6 erzeugt. Der Druck in der Kammer 316 wirkt gegen die Hülse 268, um die von den Gewichten 262 hergeleitete Kraft zu verstärken, und bildet auf diese Weise eine verzögerte Rückführungskraft, die mit zunehmendem Druck P*¹ 1 zunimmt. Nach der Stabilisierung der Hülse 268 und damit dee j Brennstoffdruckes P₁ * nimmt der Brennstoffdruckabfall P₁ ^! - P₁ ^M auf Null ab.

Nach Erreichen der gewählten Drehzahl der freien Turbine 28 wird die Kraft der Feder 270 durch die entgegengerichteten> von

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den Gewichten 262 abgeleiteten Kräfte in Verbindung mit dem Druck

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P₁ ¹¹; in der Kammer 316 ausgeglichen, der wiederum den Brennstoffdruojc P₁'¹ regelt und damit das Nebenschlußventil 82, um die Brennstoff druckdifferenz P₂ - P, an der Meßöffnung 72 aufrechtzuerhalten, die für die Punktion der Drehzahlregelung bei der gewählten Drehzahl der freien Turbine 28 erforderlich ist.

Die oben beschriebene Folge von Arbeitsvorgängen bei einer Beschleunigung des Trfebwerks wird bei Verzögerungen des Triebwerks im allgemeinen umgekehrt. Eine Bewegung des Steuerhebels 54 in eine Stellung, die einer langsameren Drehzahl entspricht, hat eine Bewegung der Rollen 174, 176 und 178in Richtung auf die Drehachse des Hebels l64 zur Folge, wodurch das Kräftegleichgewicht an diesem Hebel gestört und der Hebel 164 veranlaßt wird, sich im Sinne der Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen. Der Hebel l46> der mit dem Schieberkern I60 in Eingriff steht, bewegt sich entsprechend, Öffnet das Klappenventil l44 und verringert den

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Brennstoffdruck P_e, was wiederum dasAMeßventil 76 in Schließrichtung antreibt. Der Hebel,146 kann mit dem Arm 216 des Hebels zum Eingriff kommen, der als Verzögerungsbegrenzer wirkt und verhindert, daß die Brennstoffzufuhr unter den Wert absinkt> der erforderlich ist^ium indem vom Verdichter gelieferten Luftstrom, der wegen der Trägheit des Verdichters, d.h. wegen dessen Nachhinkens hinter dem Verzögerungsbefehl, noch unter relativ hohem Druck steht, die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Da der Hebel und damit die Öffnungsbewegung des Klappenventils 140 direkt durch den Arm 216 gesteuert werden, wird die Abnahme der Verzögerungs-Brennstoff zufuhr in Abhängigkeit vom Abfall des auf die Membran 222 wirkenden Verdichterausgangsluftdruckes P₀ gesteuert. Die Feder 168 wird zusammengedrückt, um eine unterbrochene Ver-

bindung zwischen den Hebeln 164,und 146 zu bilden, wenn der Arm 216 das Ansprechen des Hebels 146 begrenzt. Wie in dem Fall der Triebwerkbeschleunigung,, wird die Bewegung des^Meßventils 76 in Abhängigkeit vom Druck P auf den Hebel 2J52 übertragen, der wiederum die Federn 250 und 254 einstellt, um eine Rückstellkraft auf die Hebel 174 und 210 zu übertragen.

Der Halter 276 wird in Abhängigkeit von der Bewegung des Steuerhebels 54 angehoben und entspannt dadurch die Reglerfeder 270, worauf die zusammen mit dem Druck P '* in der Kammer 3l6 gegen die Hülse 268 wirkende Kraft der Fliehgewichte die Hülse 268 in eine Stellung drückt, der die öffnung 292 geschlossen wird. Der Brennstoffdruck stromaufwärts der Öffnung 292 steigt auf das Niveau P: an und verschiebt das Drosselventil 74 in Schließrichtung und das Nebenschlußventil 82 in Öffnungsrichtung und erniedrigt dadurch die Brennstoffdruckdifferenz Pp - P-, an der Meßblende 72 auf ein Minimum, was zusammen mit dem abnehmenden Durchflußquerschnitt der öffnung 72 eine Verringerung der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk zur Folge hat und dadurch eine Verzögerung des Triebwerks bewirkt. Während die Drehzahl der freien Turbine 28 sich der gewählten niedrigeren Drehzahl nähert, nimmt die Kraft der Fliehgewi'chte 262 ab und erlaubt-entsprechend der Hülse 268, sich unter dem Einfluß der Feder 270 zu bewegen und die öffnung 292 zu Öffnen, die wiederum den Brennstoffdruck P₁ an der Membran II6 und 88 auf einen niedrigeren Wert P₁ ¹ verringert. Die sich so ergebende Öffnungsbewegung des Drosselventils 74 und die Schließbewegung des Bypassventils 82 erhöht die Brennstoffdruckdifferenz P« - P, an der messenden öffnung 72 auf den Wert* der erforderlich lab , um die Drehzahl der freien Turbine 28 bö$

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der gewählten Stellung des Steuerhebels 54 konstant zu halten.

Falls es erwünscht ist, kann eine obere Grenze der Drehzahl der Verdichterantriebsturbine 24 durch.einen Drehzahl-Grenzregler

3l8 festgelegt werden. Dieser hat eine Leitung 320, die die Leitung 104 stromaufwärts der Reglerventilöffnung 110 mit der unter dem Brennstoffdruck P₂ stehenden Kammer I08 verbindet. Ein normalerweise offenes Ventil 322, das den Brennstoffluß in der Leitung 320 regelt und durch eine Druckfeder 324 vorgespannt ist, wird durch zwei Fliehgewichte 326 betätigt, die zweckmäßig so verbunden sind, daß sie über ein herkömmliches Getriebe 328 vom Verdichter 22 gedreht werden. Beim Erreichen einer vorbestimmten Verdichterdrehzahl, die von der durch die Feder 324 ausgeübten Kraft abhängt, überwinden die Fliehgewichte 326 die Kraft der Feder 324 und bewirken, daß das Ventil 322 sich in Schließrichtung bewegt und dadurch den Brennstoffdruck P.¹ stromabwärts des Ventils 102 erhöht, wodurch wiederum eine Bewegung des Drosseiventils 74 in Schließrichtung und eine Bewegung des Bypassventils 82 in Öffnungsrichtung verursacht wird. Die daraus folgende Abnähme der Brennstoffdruckdifferenz Pp - P, amiMeßventil 7° verursacht eine entsprechende Abnahme der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk, um die Drehzahl des Verdichters 22 und der Turbine 24 zu begrenzen. ' "

Eine Brennstoff-Minimalzufuhr zum Triebwerk ist^infolge der einstellbaren Drossel 124, die der Meßöffnung 72 parallel geschaltet ist, immer verfügbar.

Man erkennt, daß die verschiedenen Servo^Netzwerke der oben be-'..■■.■'...■■■. ■■■-. .-.■ . - ■ ■ ' Y ·.'- 20 - - Y -■, : : ^; ■ ^;;.

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sohrleberien Brennstoffregelanlage den Brennstoff unter einem Druck Pp in die Leitung 68 stromaufwärts vom/Meßventil 76 abströmen lassen, wodurch die gesamte Fördermenge der Brennstoffpumpe 46 für Zwecke der Brennstoffzumessung verfügbar ist. In bezug auf Einzelheiten einer Brennstoffregelanlage, die ähnliche Servo-Netzwerke verwendet, wird auf die ältere deutsche Patentanmeldung; Aktenzeichen P 19 23 135·7 des Anmelders hingewiesen.

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Claims

patentansiJrilche

1. Brennstoffregelvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit verÄnderiicher Drehzahl, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk mit einer freien Turbine, mit einem Brennstoffzumeßventil mit veränderlichem Durchflußquersehnitt zur Regelung; der Brennstoff zufuhr Von einer Quelle unter Druck stehenden Brennstoffs zu den Triebwerksbrennkammern, einem Stellmechanismus, der das Brennstoffzumeßventil in Abhängigkeit von der Stellung eines; Steuerhebels, vom atmosphärischen Luftdruck und von einer veränderlichen Betriebsgröße des Triebwerks, die mit der Leistungsabgabe, des Triebwerkes und Verdichterdruckanstieg zusammenhängt, betätigt, und einem die Brennstoffdruckdifferenz am Brennstoffzumeßventil regelnden Brennstoff-Bypassventil, dadurch gekennz.eiohnet, daß das Brennstoff-Bypassventil (82) mit: einem Drehzahlregler (268, 292) verbunden ist, der sowohl auf die Stel- ; -V." ■■ ;' ■ ;■■■,.■■■ - 1 > - ■■■.'.-' -^; '■.- ■' -" ■■' ;■■:. ■ ■-.'

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lung des Steuerhebels (5^) als auch auf die Drehzahl des Triebwerks (20) so anspricht, daß das Bypassventil (82,) bei Übergängen von einer Triebwerksdrehzahl zu einer anderen eine konstante maximale oder minimale Brennstoffdruckdifferenz am Brennstoffzumeßventil (76) erzeugt, und beim Betrieb im Beharrungszustand eine dazwischenliegende Brennstoffdruckdifferenz, die in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung veränderlich ist.

2. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Bypassventil (82) durch Einrichtungen (88, 90) betätigt wird, die auf die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromabwärts des Brennstoffzumeßventils (76) und einem Reglerbrennstoffdruck anspricht, der durch den Drehzahlregler (268, 292) erzeugt wird und in Abhän-

vor,

gigkeit von dessen Betrieb zwischen zwei/bestimmten Grenzwerten veränderlich ist.

J5. Brennstoff regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerbrennstoffdruck in einer Zweigleitung (104) zwischen einer festen Drossel (102) und einer öffnung (110*) mit in Abhängigkeit sowohl von der Steuerhebelstellung als auch von der Triebwerksdrehzahl durch den Drehzahlregler (268, 292) gesteuertem veränderlichem Querschnitt erzeugt wird.

4. Brennstoff regelvorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (268, 292) ferner auf eine verzögernd wirkende Rückführkraft anspricht; die von einem -

^;; - V ' ■■ ■-'■■■ ■" · - 2 - "" , .

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Hilfs-Brennstoffdruck abgeleitet wird, der b&Jeiner Veränderung des Reglerbrennstoffdruckes erzeugt wird.

>. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Brennstoffdruck in einer Kammer (296) mit veränderlichem Volumen erzeugt wird, die mit der Zweigleitung (104) durch eine einstellbare Drossel (308, 310) verbunden und teilweise durch elastische Einrichtungen (294, 298) definiert ist, die einer Ausdehnung der Kammer (296) mit veränderlichem Volumen entgegenwirken.

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