DE1957409A1

DE1957409A1 - Steuereinrichtung fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1957409A1
Application number: DE19691957409
Authority: DE
Inventors: Schuster Robert William
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1970-06-04
Also published as: US3526091A; FR2023405A1; SE345498B; DE1957409B2; GB1264898A; DE1957409C3

Description

Steuereinrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Abstimmung der Ausgangsleistung von wenigstens zwei Brennkraftmaschinen, die jeweils eine Last antreiben und eine eigene Brennstoff-Steuereinrichtung mit einem Regler haben, der auf die Stellung eines gemeinsamen Steuerhebels, die Drehzahl der zugehörigen Maschine und auf einen variablen Rückstelldruck anspricht, der seinerseits von einer Steuervorrichtung gesteuert wird, die eine Betriebsgröße, z.B. das Ausgangsdrehmoment, jeder Maschine beispielsweise mit dem Zweck vergleichen kann, diese Betriebsgröße in beiden Maschinen auf den gleichen Wert zu bringen.

Bei bestimmten Einrichtungen mit mehreren Maschinen, beispielsweise bei einem Flugzeug mit zwei Triebwerken, ist es erwünscht, die Ausgangsleistung der Maschinen im wesentlichen auf demselben Wert zu halten, insbesondere, wenn von den Maschinen eine große Ausgangsleistung verlangt wird. Bekanntlich kann eine fehlende

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Abstimmung der Ausgangsleistung zwischen den beiden Maschinen dazu führen, daß das Flugzeug vertrimmt ist, so daß wiederum der aerodynamische Wirkungsgrad des Flugzeuges vermindert wird und der Pilot mehr Arbeit leisten muß, um die Fluglage des Flugzeuges zu steuern. Wenn mehrere Maschinen bei einer vorbestimmten Grenze für die Qesamtausgangsleistung der Maschinen arbeiten, ist es weiterhin erwünscht, daß die Ausgangsleistung der einen Maschine so eingestellt wird, daß die gemeinsame Ausgangsleistung an der vorbestimmten Grenze gehalten wird unabhängig davon, ob die Ausgangsleistungen der beiden Maschinen voneinander abweichen. Bei einigen Einrichtungen mit mehreren Maschinen ist ferner ein gemeinsames Getriebe notwendig, über das das Ausgangsdrehmoment aller Maschinen übertragen wird, wobei diesem Fall der Abgleich des Drehmomentes so verwirklicht werden soll, daß die Maschine mit dem geringen Ausgangsdrehmoment daran gehindert wird, aus der Maschine mit dem großen Ausgangsdrehmoment Leistung aufzunehmen .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Abtasten und Vergleichen der Betriebsgrößen der Maschinen, die ein Maß für die Ausgangsleistung von wenigstens zwei Brennkraftmaschinen ist, zu schaffen, durch die die Brennstoffzufuhr an die Maschinen so gesteuert wird, daß die Ausgangsleistung der Maschinen gleich groß ist und daß eine vorbestimmte Grenze der gemeinsamen Ausgangsleistung bei Dauerbetrieb der Maschinen eingehalten wird. Die Steuereinrichtung soll ferner die Ausgangsleistung der einen Maschine erhöhen, um wenigstens teilweise den Ausfall der anderen Maschine auszugleichen.

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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann den Rückstelldruck, der an jede Brennstoff-Steuereinrichtung abgegeben wird, in

Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen zwei Ausgangssignalen verändern, die ein Maß für eine Betriebsgröße der Maschinen sind, und ist gekennzeichnet durch eine erste Regeleinrichtung, die auf die Differenz zwischen den AusgangsSignalen anspricht und den einen oder den anderen veränderlichen Druck und damit den Brennstofffluß zu einer der Maschinen erhöhen kann, um ihre Ausgangsleistung abzugleichen, und durch eine zweite Regeleinrichtung, die auf die Differenz zwischen der Summe der Ausgangs- g Signale und einem Bezugssignal anspricht, das ein Maß für eine maximal zulässige Gesamt-Ausgangsleistung der beiden Maschinen ist, und gleichzeitig beide veränderliche Drucke und damit den Brennstofffluß zu beiden Maschinen variieren kann, um die Gesamt-Ausgangsleistung auf dem maximal zulässigen Wert zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier Gasturbinentriebwerke und die erfindungsgemäße Brennstoff-Steuereinrichtung;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrichtungen, die zu den beiden in Fig. 1 gezeigten Turbinen gehören;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1.

Die zwei Gasturbinentriebwerke 2o, 22 (Fig. 1) haben jeweils \

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einen Lufteinlaß 24, der zu einem Luftkompressor 26 führt, der die Luft unter einem verhältnismäßig hohen Druck P an mehrere Brennkammern 28 abgibt. Das heiße Antriebsgas, das in den Brennkammern 28 aufgrund des Verbrennungsprozesses erzeugt wird, strömt durch eine Gasturbine 3o, die über eine Welle 32 mit dem Antriebskompressor 26 verbunden ist, und dann durch eine Nutzleistungsturbine 34, die unabhängig von dem Kompressor 26 drehbar gelagert ist. Das Gas kann|aus der Turbine 34 durch die Abgasdüse 36 in die Atmosphäre entweichen. Ein Brennstoffverteiler 38 führt den unter Druck stehenden Brennstoff den Brennstoffdüsen Ho zu, die ihrerseits so angeschlossen sind, daß sie den Brennstoff in die Brennkammern 28 einspritzen, wo die Luft-Brennstoffmischung gezündet und verbrannt wird, um das heiße Antriebsgas zu erzeugen. Ein unter Druck stehender Strom aus zugemessenem Brennstoff wird jedem Verteiler 38 über die zugehörigen Leitungen 42 und 44 zugeführt, die von den Steuereinrichtungen 46 bzw. 48 kommen. Die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 werden mit unter Druck stehendem Brennstoff über eine gegabelte Leitung 5o versorgt, die von einem Brennstofftank 52 kommt und eine oder mehrere von der Turbine angetriebene Pumpen 54 aufweist, die den durchfließenden Brennstoff unter Druck setzen. Die Nebenschlußleitungen 55 und 56 verbinden die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 mit der Leitung 5o an der Einlaßseite der Pumpe 54.

[Ein bewegbarer Wahlhebel 56 für die Turbinendrehzahl oder die Leistung der Turbinen ist über Gestänge 58 und 6o mit den Brennstoff Steuereinrichtungen 46 bzw. 48 verbunden, so daß ein entsprechendes Eingangssignal zur Betätigung jeder Steuereinrichtung 46 und 48 erzeugt wird.

Die von dem Kompressor abgegebene Luft unter dem Druck P wird in jedem Triebwerk über eine zugehörige Drucksonde 68 und eine Leitung 7o zu der jeweiligen Steuereinrichtung 46 bzw. 48 weiter- ' geleitet.

Die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 sind gleich ausgeführt und vorzugsweise pneumatische Einrichtungen, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 19 42 415.8 beschrieben sind. Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48, die nur so weit beschrieben werden, daß ersichtlich ist, welche Steuerfunktion durch die vorliegende Erfindung auf diese ausgeübt wird. Im übrigen wird auf die oben erwähnte deutsche Patentanmeldung hingewiesen, in der die Steuereinrichtungen 46 und 48 im einzelnen beschrieben sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 72 weist ein Gehäuse 74 auf, das eine Kammer 76 bildet, die über einen Durchlaß 78 zu einer unter einem verhältnismäßig geringen Strömungsmitteldruck stehenden Quelle P₃, beispielsweise Atmosphäre, belüftet ist* Die Mün-

CL

düngen 8o und 82 sind an Abgabeöffnungen 84 bzw. 86 angeordnet, die unter einem geringen Abstand angeordnet sind, miteinander fluchten und mit der Kammer 76 in Verbindung stehen. Eine Leitung 88 verbindet die Mündung 8o mit der Steuereinrichtung 46 und ;steht in derselben mit einem Steuerströmungsmitteldruck in Verbindung. Auf ähnliche Weise verbindet eine Leitung 9o die Mündung ₍82 mit der Steuereinrichtung 48 und steht darin mit einem Steuerströmungsmitteldruck in Verbindung.

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Ein Hebel 92, der an einem festen Lager 9t durch einen Schwenkzapfen befestigt ist, trägt eine Ventilklappe 96, die sich zwischen die Abgabeöffnungen 8 t und 86 erstreckt und sich gegenüber diesen bewegt, um die wirksamen Durchflußquerschnitte derselben im Gegensinn je nach der Lage des Hebels 92 zu verändern. Die Lage des Hebels 92 wird durch gegeneinander wirkende axial ausgerichtete Balge 9o und loo bestimmt, deren feste Enden an dem Gehäuse 7t strömungsmitteldicht verankert sind und deren bewegliche Enden an dem Hebel 92 befestigt sind. Eine Vorspannung wird auf den Hebel 92 durch eine Druckfeder Io2 ausgeübt, die zwischen einem Ende des Hebels 92 und einer einstellbaren Federhalterung lot eingesetzt ist, die in das Gehäuse 7t eingeschraubt ist. Das gegenüberliegende Ende des Hebels 92 kann an mit Abstand angeordneten, einstellbaren Anschlägen Io6 und Io7 angreifen, die in das Gehäuse 7t eingeschraubt sind und die Bewegung des Hebels 92 begrenzen.

Der Innenraum des Balges 98 ist über eine Mündung Io8 und eine Leitung Ho mit einem herkömmlichen Drehmomentfühler 112 verbunden, der auf geeignete Weise an dem Triebwerk 22 angeschlossen ist und auf einen variablen Zustand der Nutzleistungsturbine 3t anspricht, die ein Maß für das Ausgangs drehmoment ist, und der ein entsprechend veränderliches Drucksignal über die Leitung Ho abgibt. Der Innenraum des Balges loo ist über eine Mündung Ht und eine Leitung 116 mit einem zweiten Drehmomentfühler 118 verbunden, der dem Drehmomentfühler 112 entspricht und so angeschlossen ist, daß er eine variable Zustandsgröße der Nutzleistungsturbine 3t des Triebwerkes 2o abtastet, die ein Maß für

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deren Ausgangsdrehmoment ist. Die Drehmomentfühler 118, 112 geben veränderliche Drucksignale ab, die in Abhängigkeit von der Drehmomentausgangsleistung der zugehörigen Turbine 34 abhängen.

Die Mündungen 8o und 82 werden ferner über die Leitungen 12o und 122 in die Kammer 76 mit dem Druck P entlüftet, wobei die Lei-

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tungen mit den Abgabeöffnungen 84 und 86 respektive parallel geschaltet sind. Die Mündungen 124 und 126 sind an dem Abgabeende der Leitungen 12o und 122 angeschlossen und liegen mit einem verhältnismäßig geringen Abstand beieinander (Fig. 3). Ein Hebel 128, der auf geeignete Weise an einem festen Träger 13o durch einen Schwenkzapfen befestigt ist, hat mehrere Arme, von denen einer eine Ventilklappe 132 bildet, die sich auf die Mündungen 124 und 126 zu und von diesen Mündungen weg bewegen kann, um die wirksame Durchflußfläche gleichzeitig in Abhängigkeit von der Bewegung des Hebels 128 zu variieren. Zwei Balge 134 und 136 sind an einem Ende an dem Gehäuse 76 strömungsmitteldicht befestigt. Die gegenüberliegenden geschlossenen bewegbaren Enden der Balge 134 und 136 sind an den Armen 138 und 14o des Hebels 128 befestigt. Das Innere der Balge 134 und 136 wird über die { Mündungen Io8 und 114 über die Leitungen 142 bzw. 144 entlüftet. Durch eine Druckfeder 146, die zwischen dem Hebel 128 und einer einstellbaren, in das Gehäuse 76 eingesehraubten Federhaiterung 148 eingesetzt ist, wird eine Vorspannung auf den Hebel 128 ausgeübt, die die Ventilklappe 132 auf die Mündungen 124 und 126 zu drücken versucht.

In Fig. 2 ist eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrich- ; tungen 46 und 48 im einzelnen gezeigt, um zu erläutern, wie die ■

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^; erfindungsgemäße Einrichtung damit zusammenwirkt, um das Zumessen des Brennstoffes zu modifizieren. Die Brennstoff-Steuereinrichtung 46 weist ein Gehäuse 15o mit einem mit der Brennstoffzufuhrlei-

tung 5o verbundenen Einlaß 152 und einem mit der Leitung 42 verbundenen Auslaß 154 auf. Der Brennstoff fließt von dem Einlaß 15 2 zum Auslaß 154 über Leitungen, die den Kanal 156, eine Zumeßöffnung 158 mit veränderlicher Querschnittsfläche, einen Kanal 16o und ein Brennstoff-Absperrventil 162 einschließt. Eine Nebenschluß-Ventileinrichtung 164 für den Brennstoff spricht auf die Druckdifferenz an der Mündung 158 an und weist ein Nebenschlußventil 166 auf, das Brennstoff unter dem nicht geregelten Druck P^ von dem Einlaß 15 2 und zu dem mit der Nebenschlußleitung 55 verbundenen Nebenschlußauslaß 168 führt, was nötig ist, um die Druckdifferenz an der Zumeßöffnung 158 unabhängig von der wirksamen Durchflußfläche der Öffnung 158 auf einem konstanten vorbestimmten Wert zu halten. Ein Zumeßventil 168 ist auf geeignete Weise mit der Mündung 158 verbunden und relativ dazu bewegbar, um den wirksamen Durchfluß so zu variieren, daß bei einer konstanten Druckdifferenz an dieser Mündung der geregelte Strömungsmittelfluß zu den Triebwerken als Funktion der Durchflußfläche der Mündung 158 allein variiert.

Das Ventil 168 ist über ein Gestänge 17o mit einem Reglerbalg 172 und einem verhältnismäßig kleineren evakuierten Beschleunigungsbalg 174, der auf verschiedene Strömungsmitteldrücke anspricht, die von der Luft unter dem Druck P abgeleitet werden, die von dem Kompressor 26 des Triebwerkes 2o abgegeben und über die Leitung 7o einem Einlaß 176 in dem Gehäuse 15o zugeführt wird. Von dem Einlaß 176 strömt die von dem Kompressor abgegebene

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Luft durch eine Drossel 178 in eine Kammer 18o und durch eine Drossel 182 in eine Kammer 18t, die von der Kammer 18o durch einen Balg 172 getrennt ist. Der Balg 172 spricht auf die Druckdifferenz zwischen den Kammern 18o und 182 an, während der evakuierte Balg 174 nur auf den Druck in der Kammer 184 anspricht.

Die Regeleinrichtung 186 ist in der Lage, den Luftdruck in den Kammern 18o und 184 so zu regeln, daß die Drehzahl des Triebwerkes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, der von der Stellung des Steuerhebels 56 abhängt. Zu diesem Zweck sind die Kammern 18o und 182 über Kanäle 19o bzw. 192 mit einer Kammer

194 verbunden, die zu einer unter einem verhältnismäßig geringen > Druck stehenden Quelle, beispielsweise Atmosphäre mit dem Druck ; P_a, entlüftet ist. Der wirksame Strömungsquerschnitt der Kanäle ; 19o und 192 und daher der Luftdruck in den Kammern 18o und 184 > wird durch die Hebel 196 und 198 gesteuert, die auf einem festen | Träger 2oo auf geeignete Weise montiert sind und als Ventilklappeij dienen können.

Eine Zugfeder 2o2 zwischen dem einen Ende des Hebels 196 und einem schwenkbar gelagerten Hebel 2o4 spannt den Hebel 196 mit ' einer veränderlichen Kraft in einer Richtung vor, in der der ' Kanal 19o schließt. Der Hebel 2o4 ist mit einem Steuerteil 2o6

! verbunden, der mit einem Gelenk 58 verbunden ist, um die Kraft

der Feder 2o2 auf den Hebel 196 als Funktion der Lage des Steuerteils 56 zu variieren.

Der Hebel 198 hat einen Arm, der drehbar eine Rolle 2o8 trägt, die gegen einen Schubteil 21o drücken kann. Der Hebel 196 ist

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von zwei mit Abstand angeordneten Anschlägen 212 und 211 auf dem ^; Hebel 198 umgeben. Eine Zugfeder 216 zwischen dem Hebel 198 und · einer Federlagerung 218, die einstückig mit dem Hebel 196 ausgebildet ist, spannt den Hebel 198 in einer Richtung vor, die der von dem Schubglied 21o auf die Rolle 2o8 ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist. Zwei Zentrifugalgewichte 22o, die auf einem drehbaren Träger 222 montiert sind, können eine Kraft gegen den Schubteil 21o ausüben, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des Trägers 22o variiert. Der Träger ist über ein Gestänge 224 mit dem Kompressor 26 des zugehörigen Triebwerkes 2o oder 22 !verbunden, so daß die Ausgangskraft an den Zentrifugalgewichten 22o eine Funktion der Drehzahl des Kompressors 26 ist.

'Eine Rückstellvorrichtung 226 für den Regler weist eine Membran

!228 auf, die fest an ihrem äußersten Teil an dem Gehäuse 15o ^: {befestigt ist und durch eine Druckfeder 23o zwischen dem Gehäuse

15o und der Membran 228 vorgespannt ist. Eine Stange 232, die fest an der Membran 228,beispielsweise die Stützplatten 234 und 236, befestigt ist, ist gleitbar in einem festen rohrförmigen Gehäuse 238 gelagert und erstreckt sich durch dieses hindurch in Eingriff !mit dem Hebel 196. Die Stützplatten 234 und 236 dienen als Anschläge, indem sie an dem Gehäuse 15o angreifen, um den Be- ' wegungsbereich der Membran 228 zu begrenzen.

Ein Luftdruckregler 24o ist so angeschlossen, daß er die von dem i

Kompressor unter dem Druck P abgegebene Luft über einen Kanal ^: 242 mit einem Filter 244 aufnimmt. Sie weist ein federbelastetes. ' Ventil 246 auf, an dem eine Membran 248 befestigt ist. Das Ventil

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246 steuert eine Ventilöffnung 25o, die zu einer Luftdrucksenke, beispielsweise Atmosphäre, entlüftet ist, um den Luftdruck stromab von der Öffnung 25o auf einen vorbestimmten konstanten Druckwert P einzuregeln. Der vorbestimmte konstante Druck P wird durch die gegen das Ventil 246 ausgeübte Federkraft bestimmt und durch die Kraft unterstützt, die von dem Druck P_ der Atmosphäre

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erzeugt wird, der gegen die Membran 248 gegen den Luftdruckjstromab von der Öffnung 25o wirkt. Die Luft unter dem konstanten Druck P wird von dem Regler 24o über einen Kanal 252 auf eine Seite einer Rückstellmembran 228 und die gegenüberliegende Seite der Membran 228 über eine Zweigleitung 254 geführt, die eine Drossel f 256 hat.

Ein Regler 254 für die Leistungsturbine weist ein Gehäuse 256 auf, das zwei Zentrifugalgewichte 258 enthält, die mit einem drehbaren Träger 26o verbunden sind, der durch die Nutzleietungsturbine 34 über ein Gestänge 262 angetrieben wird. Ein Hebel 264 ist schwenkbar auf einem festen Träger, beispielsweise an dem Gehäuse 256 gelagert und trägt eine Rolle 266, die daran drehbar befestigt ist. Die Rolle 266 drückt gegen ein Ende eines .Schubteiles 268, der drehbar auf einem zweiten Schubteil 269 angeordnet ist. Die Zentrifugalgewichte drücken gegen das gegenüberliegende Ende des Schubteiles 269, der gleitbar auf einem Lager 26o gelagert ist. Der Hebel 264 hat einen Ventilklappenabschnitt 27o, der sich gegenüber einer Mündung 272 bewegt, um deren wirksamen Strömungsquerschnitt zu variieren. Der Hebel 264 wird durch eine Zugfeder 274 vorbelastet, die mit einem Ende an dem Hebel 264 und mit dem entgegengesetzten Ende mit ehern Hebel 276 verbunden ist, der schwenkbar auf einem festen Träger, beispiele- !

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weise dem Gehäuse 256, gelagert ist. Der Hebel 276 wird durch einen Steuerteil 278 auf geeignete Weise in Stellung gebracht, um die Kraft der Feder 274 zu verändern, die auf einen Hebel 264 als Funktion der Stellung des Steuerhebels 278 ausgeübt wird.

Die Mündung 272 ist über einen Kanal 28o mit einer Zweigleitung 251 stromab der Drossel 256 in der Rückstelleinrichtung 226 verbunden und kann die von dem Kompressor abgegebene Luft aus dem Kanal 254 in das Innere des Gehäuses 256 entlasten, wo der verhältnismäßig geringe Druck der Atmosphäre P_ herrscht. Der

GL

Kanal 88 verbindet den Kanal 28o mit der Mündung 8o des Gehäuses 74 im Falle der Steuereinrichtung 46 und der Kanal 9o verbindet den Kanal 28o mit der Mündung 82 des Gehäuses 74 im Falle der Steuereinrichtung 48.

Arbeitsweise

Die bevorzugte Steuerung der Maschhen 2o und 22 auf den genauen ausgewählten Wert der Ausgangsleistung wird dadurch vorgenommen, daß der Steuerhebel 2o6 und daher der Regler 186 so eingestellt wird, daß eine maximale Drehzahl der Turbine 3o und des davon getriebenen Kompressors 26 verlangt wird, um die zur Verfügung stehende Maschinenleistung auf ein Maximum einuustellen, und daß dann der Steuerteil 278 für die Nutzleistungsturbine und daher der Regler 254 für die Nutzleistungsturbine so eingestellt wird, daß die gewünschte Drehzahl oder Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 dadurch verwirklicht wird, daß eine Rückstellung der Drehzahl an dem Regler 186 eingegeben wird, um die Leistung des Triebwerkes in Übereinstimmung mit der an der Turbine 34 geforderten Ausgangsleistung zu reduzieren.

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Unter der Annahme, daß die Triebwerke 2o und 22 bei einer vorgewählten Drehzahl oder Leistung in einem stabilen Betriebszustand sind, wobei die Leistung der eingestellten Lage des Steuergliedes 278 entspricht, das über den Regler 254 und die Rückstelleinrichtung 226 die am Eingang des Reglers 186 geforderte maximale Drehzahl vermindert, die durch den Steuerhebel 2o6 eingestellt ist, der die Stellung für maximale Drehzahl einnimmt. Die Ausgangsdrehmomente der Nutzleistungsturbinen 34 der Triebwerke 2o und 22 werden als gleich groß angenommen. Unter diesen Bedingungen sind die verschiedenen Teile der Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 und der Einrichtung 72, die das Dreh- ; moment vergleicht und begrenzt, in den in Fig. 1 und 2 gezeigten Stellungen.

Es sei nun angenommen, daß die Steuerteile 278 in eine Lage gebracht werden, in der eine größere als die gegenwärtige Drehzahl der zugehörigen Turbinen 34 verlangt wird. Bei einer Bewegung : des Steuerteiles 278 wird die Zugfeder 274 gedehnt,so daß eine größere Kraft auf den Hebel 264 ausgeübt wird, der sich dadurch ' im Gegenuhrzeigersinn gegen die geringere Kraft dreht, die auf ihn durch die Zentrifugalgewichte 258 ausgeübt wird. Diese Be- ;

wegung des Hebels 264 bewirkt, daß sich die Klappe 27o auf die !

Öffnung 272 setzt, so daß der Luftdruck auf die eine Seite der Membran 228 der Rückstelleinrichtung 226 steigt. Die resultierende Abnahme der Druckdifferenz an der Membran 228 drückt diese und die daran befestigte Stange 232 nach links, so daß die Rückstellkraft auf den Hebel 196 eliminiert wird, die zusammen mit dem Hebel 198 dagegen unter dem Einfluß der Feder

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216 drückt, im Gegenuhrzeigersinn gegen die Gegenkraft der Zentrifugal gewichte 22o geschwenkt wird, so daß die Durchgänge und 192 blockiert werden, wobei sich ein maximaler Anstieg in dem Luftdruck in den Kammern 18o und IBk ergibt. Der Druckabfall an dem Reglerbalg 172 geht auf Null zurück und das Zumeßventil 168 wird in Abhängigkeit von dem Luftdruck P am Kompressor, ausgang geöffnet, mit dem der evakuierte Beschleunigungsbalg 174 beaufschlagt wird_s so daß das zugehörige Triebwerk 2o beschleunigt wird. Wenn das Triebwerk beschleunigt, steigt der Druck P_ am Kompressorausgang entsprechend an, so daß der Balg 17** weiter zusammengedrückt wird und ein Beschleunigungs-Brennstoffluß erzeugt wird, der als Funktion des Druckes P₀ wächst.

Gegebenenfalls soll der Brennstoff bei einer vorbestimftten Triebwerksdrehzahl während deren Beschleunigung angereichert werden. Zu diesem Zweck wird die Feder 216so ausgewählt, daß sie bei einer vorbestimmten Kraft der Zentrifugalgewichte 22o überwunden wird, die einer vorbestimmten Drehzahl des Kompressors 26 entspricht. Beim Erreichen der Drehzahl, bei der die Feder 216 von den Gewichten 22o übei. mden wird, dreht sich der Hebel 198 im Uhrzeigersinn gegenüber dem Hebel 196, so daß der Kanal 192 zum Atmosphärendruck P_ entlastet wird, so daß

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der Druck in der Kammer 18»* abfällt. Die resultierende Druckdifferenz an dem Balg 172 bewirkt, daß dieser zusammengedrückt wird, so daß der Beschleunigungsbalg 174 beim Offnen des Zumeß-.ventile 178 unterstützt wird, so daß der Brennstoffluß zu dem Triebwerk in entsprechender Weise erhöht wird. Wenn die Kraft

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der Zentrifugalgewichte 22o mit wachsender· Drehzahl wächst, bewegt sich der Hebel 198 in Anlage mit dem Hebel 196 ₉ so daß die Kraft der Feder 2o2 die verhältnismäßig kleinere Kraft der Zentrifugalgewichte 22o überwindet.

Die Turbine 34 beschleunigt aufgrund der erhöhten Leistung _% die durch die erhöhte Luftmasse in dem Strom erzeugt Wi^e₅ eier sich bei der Beschleunigung des Kompressors 26 ergibt» Wenn sich die Turbine 34 der durch den Steuerteil 278 gewählten Drehzahl nähert, überwindet die Kraft der Zentrifugalgewichte 258 die entgegenwirkende Kraft der Feder 274 und bewirkt, daß der Hebel 264 geschwenkt wird, so daß die Klappe 27o von der Mündung 272 weg bewegt wird. Der Druckabfall stromauf von der öffnung 272 und der resultierende Anstieg in der Druckdifferenz an der Membran 228 drückt die Membran 228 nach rechts, so daß die Stange 232 an dem Hebel 196 angreift und den letzteren mit einer Kraft belastet, die die entgegenwirkende Kraft der Feder 2o2 überwindet, so daß sich der Hebel 196 im Uhrzeigersinn drehen und den Kanal 29o zum Atmosphärendruck P_ öffnen kann. Der resul-

el

tierende Abfall in dem Luftdruck in der Kammer 18o bewirkt, daß sich der Reglerbalg 172 ausdehnt, so daß das Zumeßventil 168 in die geschlossene Lage gedrückt wird, um den geregelten Brennstoff luß zu dem Triebwerk zu vermindern. Beim Erreichen der vorgewählten Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 wird der Hebel 196 durch die ausgeglichenen Kräfte stabilisiert und ein geregelter Brennstoffluß zu den Triebwerken wird auf entsprechende Weise stabilisiert, wobei der Kompressor 26 eine Drehzahl an-

S nimmt, die auf die benötigte Leistung abgestimmt ist, um die j

! 34 I

vorgewählte Drehzahl der Nutzleistungsturbine/aufrechtzuerhalten.;

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Unter der Annahme, daß die Turbinen 34 der Triebwerke 2o und auf eine hfihere Drehzahl mit im wesentlichen gleichen Ausgangsdrehmomenten eingestellt sind, sind die Drücke, die von den Drehmomentfühlern 112 und 118 erzeugt werden, im wesentlichen gleich groß und werden an die Balge 98 und loo der Einrichtung 72 zum Vergleichen und Begrenzen des Drehmomentes abgegeben. Die unter dem gleichen Druck stehenden Balge 98 und loo halten den Hebel 92 in der gezeigten Nullage, in der der Klappenabschnitt 96 im wesentlichen in dar Mitte zwischen den öffnungen 84 und liegt, wobei die Durchflußquerschnitte dieser öffnungen so gewählt sind, daß sich in bezug auf den Durchfluß ein gesättigter Zustand derselben ergibt. Die Kraft der Feder 23o, die auf die Membran 228 wirkt, wird durch die Kraft ausgeglichen, die von der DruckT differenz abgeleitet wird, die durch die gesättigten öffnungen 84 und 86 eingestellt und an die Membran 228 angelegt wird.

Die Innenräume der Balge 134 und 136 stehen mit den Drücken in Verbindung, die von den Fühlern 112 bzw. 118 erzeugt werden. Sie üben gleiche Kräfte gegen die Arme 138 und 136 aus, die Hebelarme mit gleich wirksamer Länge bilden und durch die die Kräfte der Balge wirken, um den Hebel 128 im Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Feder 146, deren Kraft einem vorbestimmten maximal zulässigen Gesamt-Ausgangsdrehmoment der Turbinen 34 der Triebwerke 2o und 22 entspricht, wirkt durch den zugehörigen Hebelarm gegen das vergleichsweise geringere Moment, das von den Balgen 134 und 136 ausgeübt wird, so daß sie die Klappe 132 in Anlage an den Mündungen 124 und 126 zu den Blockkanälen 142 und 144 hält. ;

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Wenn die Ausgangsleistung des Triebwerkes 22 wächst, so daß sich die Ausgangsleistung ihrer Turbine 34 in entsprechender Weise gegenüber dem Triebwerk 22 erhöht, wächst das an dem Drehmomentfühler 112 abgeleitete Drucksignal entsprechend. Der resultierende Anstieg in dem Druck in dem Balg 98 erzeugt eine Differenzkraft zwischen den Balgen 98 und loo, die den Hebel 92 im Uhrzeigersinn aus seiner Nullage herausdrückt, so daß die Klappe 96 auf die Mündung 84 zu bewegt wird. Die sich ergebende Abnahme der Fläche der Mündung bewirkt eine entsprechende Zunahme des Luftdruckes stromauf davon, während die Zunahme der Fläche der ä Mündung 86 keine Auswirkung auf den Druck stromauf von dieser Mündung aufgrund des gesättigten Zustandes der Mündung 86 hat.

Der Druckanstieg stromauf von der öffnung 8t und der entsprechend^ Abfall der Druckdifferenz an der Membran 228 der Rückstellein- [ richtung 226, die zu der Steuereinrichtung 46 gehört, vermindert·

i die von der Stange 232 auf den Hebel 196 ausgeübte Belastung, '

so daß der Hebel sich im Gegenuhrzeigersinn bewegt, um den Kanal <

19o zu schließen. Dadurch wird ein Druckanstieg in der Kammer 18o erzeugt, der seinerseits den Balg 172 zusammendrückt, so daß das Zumeßventil 168 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Die erhöhte Drehzahl und daher Leistung des Triebwerkes 2o, die durch einen Antieg in dem geregelten Brennstoffluß erzeugt wird, schlägt sich in einem Anstieg in dem Ausgangsdrehmoment der zugehörigen Turbine 34 und in einem entsprechenden Antieg in dem Drucksignal nieder, das von dem Fühler 118 erzeugt und an den Balg loo angegeben wird. Die Kraft des Balges loo wächst in entsprechender Weise, bis sie nahezu gleich der Kraft des Balges 98 ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Hebel 92, wie bereits erwähnt, nahezu

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in seiner Nullage stabilisiert ist. Es ist zu beachten, daß der Hebel 92 nicht in die identische Nullage zurückkehren kann, die er eingenommen hat, bevor ein Drehmoment-Federsignal auf ihn durch die Balge 98 und loo aufgegeben wurde, da die Neigungscharakteristik des Systems das Anstehen einer Federkraft zwischen den Balgen 98 und loo erforderlich macht, um den Hebel 92 und damit die Klappe 96 genügend dicht bei der Mündung 84 zu halten, um den notwendigen Anstieg in dem Luftdruck stromauf von der Mündung 84 aufrechtzuerhalten, der gegen die Membran 228 wirkt, um die notwendige Rückstellkraft am Eingang der Reglereinrichtung 186 zu erzeugen.

Beim Erreichen des oben erwähnten, im wesentlichen ausgeglichenen Zustandes zwischen der DrehmomentausgangsIeistung der Nutzleistungsturbine 34 des Triebwerkes 2o und der Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Triebwerkes 22 wird der geregelte Brennstoffluß zu dem Triebwerk 2o und daher die Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 durch einen Druckausgleich zwischen der Ausgangskraft der Zentrifugalgewichte 12o und der entgegenwirkenden Kraft der Feder 2o2 stabilisiert, deren Kraft durch die Rückstellkraft abgewandelt wird, die durch die Rückstellmembran 228 auf den Hebel 196 ausgeübt wird.

Wenn der oben beschriebene Fehler in der Drehmomentausgangs- j leistung im umgekehrten Sinn auftreten würde, würde der Hebel ; 92 aus seiner Nullage in eine Richtung verschoben, um die Mündung j 86 zu schließen, da der Balg loo den Balg 98 überwinden würde. In diesem Fall wird die Regeleinrichtung 86 des Triebwerkes 2o nicht beeinflußt und die Regeleinrichtung 186 des Triebwerkes

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009823/1341 original inspsctsO

22 wird erneut eingestellt, um die Drehmomentausgangsleistung der Turbine 3M- im wesentlichen auf die der Turbine 34 des Triebwerkes 2o zu erhöhen.

Im folgenden wird die Wirkung der Balge 134 und 136 zur Begrenzung des Drehmomentes beschrieben. Es sei angenommen_s daß die Steuerteile 278 beider Turbinen 34 auf maximale Leistung eingestellt sind, so daß die Gesamtausgangsleistung beider Turbinen 34 der Triebwerke 2o und 22 einen vorbestimmten maximalen Grenzwert überschreiten könnte, der durch die Einstellung der Feder 116 gegeben ist. Die Drehmomentausgangsleistungen der beiden Nutzleistungsturbinen können gleich groß sein, so daß in diesem Fall die entsprechenden, von den Fühlern 112 und 118 erzeugte und an die Balge 134 und 136 abgegebenen Drücke gleiche Ausgangskräfte auf die Balge 134 und 136 zur Folge haben, die additiv sind und der Feder 146 entgegenwirken, um den Hebel 128 und daher die Klappe 132 von den Mündungen 124 und 126 wegzudrücken. Die resultierende Kontrolle über den Luftdruck stromauf von den Mündungen 124 und 126 und daher des Luftdruckunterschiedes an den entsprechenden Membranen 128 übt eine entsprechende Rückstellkraft auf die Regeleinrichtung 186 der Brennstoffsteuereinrichtungen 46 und 48 auf ähnliche Weise jedoch in einem Sinn aus, der der Wirkung des oben beschriebenen Ausgangsfehlersignales entgegengesetzt ist, das auf die Balge 98 und loo zum Vergleich des Drehmomentes aufgegeben wird. Der Abfall in dem Luftdruck stromauf von den Offnungen 134 und 136, der auf die zugehörigen Membranen 228 wirkt, hat von den Membranen 228 erzeugte Rückstell* kräfte zur Folge, die auf den Hebel 196 wirken, um die wirksame

i Belastung der zugehörigen Federn 2o2 zu vermindern, wodurch die j

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.Hebel 196 von den Kanälen 19o weg erneut eingestellt werden und ein Druckabfall in den Kammern 18o auftritt. Der Reglerbalg dehnt sich aufgrund der daran liegenden Druckdifferenz aus und betätigt das zugehörige Ventil 168 in Schließrichtung, um den Brennstoffluß zu den entsprechenden Triebwerken 2o und 22 zu vermindern, so daß die Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 vermindert und daher die Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 38 auf ein Maß reduziert wird, das die Ausgangskräfte der Balge 134 und 136 in Abhängigkeit von den durch die Fühler 112 und erzeugten Luftdrücken und die Federn 146 balanciert werden, worauf die Triebwerke 2o und 22 in entsprechender Weise stabilisiert werden.

Es ist zu beachten, daß das maximale Grenzdrehmoment auch unter der Bedingung aufrechterhalten wird, daß eines der Triebwerke 2o und 22 gestört ist. Wenn beispielsweise das Triebwerk 2o fehlerhaft arbeitet, so daß die Ausgangsleistung der zugehörigen Turbine 34 abfällt, fällt auch das Drucksignal ab, das von dem Fühler 118 erzeugt wird. Das Ansprechen des Balges loo und die resultierende Unangeglichenhext der auf den Hebel 92 wirkenden Kräfte wirkt dahingehend, den Luftdruck stromauf von der öffnung 84 zu erhöhen, um die Reglereinrichtung 186 der Brennstoff-Steuereinrichtung 46 erneut einzustellen und die Ausgangsleistung derselben zu erhöhen, um die Ausgangsleistung der Turbine 34 des Triebwerkes 2o auf die höhere Ausgangsleistung der Turbine ι 34 des Triebwerkes 22 anzuheben. Es kann jedoch vorkommen, daß

das Triebwerk 2o nicht in der Lage ist, auf die erhöhte Brenn-I stoffzufuhr so zu reagieren, daß ein Ausgleich der Kräfte zwischeh

den Balgen 98 und loo erreicht werden kann. In solch einem Fall

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fällt die Summe der Kräfte der Balge 134 und 136 in Abhängigkeit von dem verminderten, durch den Fühler 118 erzeugten Druck ab. Die Feder 146 überwindet die Balge 134 und 136, so daß der Hebel 128 verschoben und die Klappe 132 auf öffnungen 124 und 126 bewegt wird, wobei der Luftdruck stromauf dieser öffnungen gleichzeitig erhöht wird. Dadurch fällt die Druckdifferenz an den Membranen 228 an beiden Regeleinrichtungen 186 gleichzeitig ab. Wie im Falle der Balge 98 und loo ist die Stellkraft auf die Reglereinrichtung 186 und der auf eine fehlerhafte Arbeitsweise des Triebwerkes 2o folgende Antieg der Brennstoffversorgung nicht in der Lage, die Ausgangsleistung deren Turbine 34 anzuheben. Die auf den Regler 186 des Triebwerkes 22 wirkende Stellkraft und die damit verbundene Erhöhung der Brennstoffzufuhr bewirkt jedoch einen Anstieg der Drehzahl des Kompressors 26 und daher der Leistung des Triebwerkes 22, so daß dadurch das Ausgangsdrehmoment der Nutzleistungsturbine 34 dieses Triebwerkes entsprechend wächst. Wenn das von dem Fühler 112 erzeugte Drucksignal in Abhängigkeit von einem wachsenden Drehmoment an der Turbine 34 steigt, wächst die Kraft an dem Balg 134 in entsprechender Weise und gleicht zusammen mit der geringeren Kraft des Balges 136 die Kraft der Feder 146 aus, so daß der Hebel 128 stabilisiert und der Luftdruck stromauf von den Mündungen 124 und 126 geregelt wird, um die nötige Stellkraft am Eingang des Reglers 186 des Triebwerkes 22 aufrechtzuerhalten. Es ist zu beachten, daß die zusätzliche . Leistungsnachfrage an dem Triebwerk 22, um die gesamte Ausgangsleistung der beiden Turbinen 34 auf dem Maximum zu halten, nur zeitweilig, beispielsweise in Notfällen, auftritt, wobei man erwarten kann, daß das Triebwerk 22 die notwendige zusätzliche Ausgangsleistung während einer begrenzten

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Zeitdauer mit genügender» Zuverlässigkeit abgeben kann.

Es ist zu beachten5 daß die Einrichtung 72 zum Vergleichen und
Begrenzen des Drehmomentes nicht wirksam ist, um einen der
Regler» 186 wälii'-end einer» Beschleunigung des Triebwerkes rückzustellen, da jeglicher Druckanstieg stromauf von den Mündungen 8H und 86 die Druckdifferenz an der Membran 228 verringert, wodurch seinerseits die Stange außer Eingriff mit dem Hebel 195 gehalten wird ·

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QQ 3 823/1341

Claims

The Bendix Corporation

Executive Offices
Bendix Center

Southfield, Michigan/USA IJ. November 1969

Anwaltsakte M-9JO

Patentansprüche

Γ 1.)Steuereinrichtung zur Abstimmung der Ausgangsleistung von wenigstens zwei Brennkraftmaschinen, die jeweils eine Last antreiben und eine eigene Brennstoff-Steuereinrichtung mit einem Hegler haben, der auf die Stellung eines gemeinsamen Steuerhebels, die Drehzahl der zugehörigen Maschine und auf einen veränderlichen Steuerdruck anspricht, der seinerseits von einer gemeinsamen Steuervorrichtung gesteuert wird, die zwei Ausgangssignale vergleicht,die ein Maß für eine veränderliche Betriebsgröße für die Ausgangsleistung der beiden Maschinen darstellen, wobei bei einem Anstieg des Steuerdrukkes der Regler so eingestellt wird, daß der Brennstoffluß zu der zugehörigen Maschine und damit deren Ausgangsleistung erhöht wird und umgekehrt, gekennzeichnet durch eine erste

; in der Steuervorrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung

\ (92), die auf die Differenz zwischen den Ausgangssignalen

- 1 009823/1341

1957 A 09

anspricht und den einen oder den anderen Steuerdruck und damit den Brennstoffluß zu einer der Maschinen (20, 22) erhöht, um ihre Ausgangsleistungen abzugleichen,und durch eine zweite in der Steuervorrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung (128), die auf die Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale und ein Bezugssignal anspricht, das einem Maß für eine maximal zulässige Gesamt-Ausgangsleistung beider Maschinen (20, 22) ist, und gleichzeitig beide Steuerdrücke und damit den Brennstoff luß zu beiden Maschinen (20, 22) variiert, um die Gesamt-Ausgangsleistung auf den maximal zulässigen Wert zu begrenzen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschinen Gasturbinentriebwerke und die Ausgangssignale Strömungsmitteldrücke sind, die ein Maß für die Drehmomentausgangsleistung der Triebwerke sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regeleinrichtung (72) einen schwenkbaren Hebel (92) aufweist, der unter der Wirkung zweier gegeneinander wirkender Balge (98, 100) steht, die auf die Ausgangssignaldrücke ansprechen, und daß die erste Regeleinrichtung (72) ferner eine erste Ventileinrichtung (84, 86) aufweist, die von dem Hebel (92) betätigt wird, wenn dieser aus seiner Nullage ausgelenkt wird, um die Steuerdrücke unabhängig voneinander zu verändern.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hebel (92) ein Klappenabschnitt (96) angeordnet 1st, und daß die erste Ventileinrichtung Strömungsmündungen (84,86)

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aufweist, die die Steuerdrücke zu einer unter vergleichsweise geringem Druck stehenden Quelle entlasten, und daß der Klappenabschnitt (96) normalerweise in seiner Nullage zwischen den Mündungen (84, 86) und im wesentlichen unter einem gleichen Abstand zu jeder der Mündungen (84, 86) liegt und sich zur einer oder anderen der Mündungen (84, 86) bewegt, um deren wirksamen Strömungsmittelquerschnitt zu reduzieren und dadurch den entsprechenden Steuerdruck auf eine Unausgeglichenheit zwischen den Ausgangssignaldrücken zu erhöhen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Mündungen (84, 86) in einem durch den Strömungsmittelfluß gestättigten Zustand ist, wenn der Klappenabschnitt (96) in seiner Nullstellung ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen schwenkbaren Hebel (128) aufweist, der einerseits der resultierenden Kraft gleichsinniger wirkender Balge (1J54, 136) ausgesetzt ist, die auf die Ausgangssignaldrücke ansprechen, und andererseits der entgegenwirkenden Bezugskraft ausgesetzt ist, die ein Maß für die maximal zulässige Ausgangsleistung beider Maschinen (20, 22) ist, und daß die zweite Regeleinrichtung ferner eine zweite Ventileinrichtung (124, 126) aufweist, die von dem Hebel (128) zum gleichzeitigen Verändern der Steuerdrücke betätigbar 1st.

009823/1
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (128) einen Klappenabschnitt (132) aufweist, daß die zweite Ventileinrihtung Strömungsmittelmündungen (124, 126) enthält, die die Steuerdrücke zu einer unter einem verhältnismäßig geringem Druck stehenden Quelle entlasten, und daß der Klappenabschnitt (132) auf diese Mündungen zu und von diesen wegbewegbar ist, um dadurch den wirksamen Strömungsquerschnitt bei einer Unausgeglichenheit zwischen der Summe der Ausgangssignaldrücke und der Bezugskraft zu variieren.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugskraft durch eine einstellbare vorbelastete Feder (146) ausgeübt wird.

009823/13ΑΊ

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