DE1957409C3

DE1957409C3 - Steuereinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1957409C3
Application number: DE1957409A
Authority: DE
Inventors: Robert William South Bend Ind. Schuster
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1981-06-11
Also published as: FR2023405A1; SE345498B; DE1957409B2; US3526091A; DE1957409A1; GB1264898A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Abstimmung der Ausgangsleistung von wenigstens zwei Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Steuereinrichtung ist in der US-Patentschrift 34 03 507 beschrieben. Sie dient dazu, eine mit mehreren Brennkraftmaschinen versehene Einrichtung, insbesondere ein Flugzeug, derart zu regeln, daß alle Brennkraftmaschinen in den verschiedenen Betriebszuständen dieselbe Leistung abgeben. Gerade bei Flugzeugen ist dies von großer Bedeutung, damit dem Piloten ein dauerndes Nachstimmen erspart bleibt. Bei der bekannten Steuereinrichtung wird nun der schneller laufende Motor auf die Leistung des langsameren Motors reduziert und hierdurch die gleiche Leistung hergestellt. Diese Art der Nachregclung ist jedoch dann von Nachteil, wenn eine der beiden ■tii'ennkraftmaschinen aufgrund eines Fehlers überhaupt nicht oder nicht hinreichend auf Leistung gebracht werden kann. Die bekannte Vorrichtung würde dann die zweite Brennkraftmaschine ebenfalls auf die Leistung Null oder die unzureichende Leistung herabregeln, was natürlich nicht zugelassen werden kann. Hier muß die automalische Steuerung schnellstens manuell übernommen oder in sonstiger Weise Vorsorge getroffen werden.

Aus der US-PateWschrift 27 68 504 ist eine Steuereinrichtung bekannt, mit welcher zwei Motoren eines Flugzeuges auf gleiche Leistung gebracht werden sollen. Hierzu werden die Brennstoffsysteme beider Motoren derart miteinander verbunden, daß deren Verbrennungskammern mit einer gemeinsamen Treibstoffleistiing verbunden sind. Auf diese Weise wird beiden Motoren Brennstoff unter demselben Druck zugeführt. Es ist offensichtlich, daß mit einer derartigen Steuereinrichtung die unten erläuterte Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht gelöst werden kann. Gleiches gilt für die in der deutschen Offcnlcgungsschrift 19 42 415 dargestellte Steuereinrichtung,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Hauplanspruchs angegebenen Art derart auszubilden, daß auch dann, wenn eine der Brennkraftmaschinen nicht auf (volle) Leistung gebracht werden kann, kein gefährlicher Hetriebs/tislancl auftritt.

Diese Aufgiibe wird durch die im Kenn/eichen des

Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird die langsamer laufende Brennkraftmaschine auf die höhere Leistung der schneller laufenden Brennkraftmaschine gebracht. Bei diesem Prinzip hat der Ausfall der einen Brennkraftmaschine -nicht auch den Ausfall der zweiten Brennkraftmaschine zur Folge. Die vorliegende Erfindung geht darüber hinaus noch einen Schritt weiter: Sie hält nicht nur die Leistung der voll funktionierenden Brennkraftmaschine aufrecht, sondern erhöht diese auch noch in einer Weise, die zumindest zeitweise den Leistungsausfall der ersten Brennkraftmaschine kompensiert. In der sehr kritischen Situation, in der eine Brennkraftmaschine vorübergehend, ganz oder teilweise ausfällt, wird also das System der Gleichregelung beider Brennkraftmaschinen automatisch aufgegeben und stattdessen die lebenswichtige Gesamtleistung der Brennkraftmaschine aufrechterhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt

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

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

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

Die zwei Maschinen, im folgenden als Gasturbinentriebwerke 20, 22 bezeichnet (Fig. I), haben jeweils einen LufteinlaO 24, der zu einem Luftkompressor 26 führt, der die Luft unter einem verhältnismäßig hohen Druck Pc an mehrere Brennkammern 28 abgibt. Das heiße Antriebsgas, das in den Brennkammern 28 aufgrund des Verbrennungsprozesses erzeugt wird, strömt durch eine Gasturbine 30, 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 40 zu, die ihrerseits so angeschlossen sind, daß sie den Brennstoff in die Brennkammern 28 einspritzen, wo die Luft-Brennstoff mischung 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 50 versorgt,, die von einem Brennstofftank 32 kommt und eine oder mehrere von der Turbine angetriebene Pumpen 54 aufweist, die den durchfließenden Brennstoff unter Druck setzen. Die Nebenschlußlei· lungcn 55 und 56 verbinden die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 mit der Leitung 50 an der Rinlaßseite der Pumpe 14.

Ein bewegbarer Wahlhebel 56 für die Tiirbincndrchzahl oder die Leistung der Turbinen ist über die Gestänge 58 und 60 mit den Brcnnstoffstcucrcinrichliingcn 46 bzw. 48 verbunden, so daU ein entsprechendes Eingangssignal zur Betätigung jeder Steuereinrichtung 46 und 48 erzeugt wird.

Die von dem Kompressor abgegebene Luft unter dem Druck P_c wird in jedem Triebwerk über eine zugehörige Drucksonde 68 und eine Leitung 70 zu der jeweiligen Steuereinrichtung 46 bzw,48 weitergeleitet.

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.

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 P_d, beispielsweise Atmosphäre, belüftet ist. Die Mündungen 80 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 -?Ö verbindet die Mündung 80 mit der Steuereinrichtung 4-3 und steht in derselben mit einem Strömungsmitteldruck in Verbindung. Auf ähnliche Weise verbindet eine Leitung Ή) die Mündung 82 mit der Steuereinrichtung 48 und steht darin m:; einem Steuerströmungsmitteldruck in Verbindung.

Ein Hebel 92, der an einem festen Lager 94 durch einen Schwenkzapfen befestigt ist, trägt eine Ventilklappe 96, die sich zwischen die Abgabeöffnungen 84 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 90 und 100 bestimmt, deren feste Enden an dem Gehäuse 74 strömungsmitteldicht verankert sind und deren bewegliche Enden an dem Hebel 92 befestigt sind. Eine Vorspannung wird auf den Hebel 92 durch eine Druckfeder 102 ausgeübt, die zwischen einem Ende des Hebels 92 und einer einstellbaren Federhaltenmg 104 eingesetzt ist, die in das Gehäuse 74 eingeschraubt ist. Das gegenüberliegende Ende des Hebels 92 kann an mit Abstand angeordneten, einstellbaren Anschlägen 106 und 107 angreifen, die in das Gehäuse 74 eingeschraubt sind und die Bewegung des Hebels 92 begrenzen.

Der Innenraum des Balges 98 ist über eine Mündung 108 und eine Leitung 110 mit einem herkömmlichen Drehmomentfühler 112 verbunden, der auf geeignete Weise an dem Triebwerk 22 angeschlossen ist und auf einen variablen Zustand der Nutzleistungsturbine 34 anspricht, die ein Maß für das Ausgangsdrehmoment ist, und der ein entsprechend veränderliches Drucksignal über J ie Leitung 110 abgibt. Der Innenraum des Balges 100 ist über eine Mündung 114 und eine Leitung 116 mit einem zweiten DnthmomcntfUhler 118 verbunden, der dem Drehmomentfühler 112 entspricht und so angeschlossen ist, daß er eine variable Zustandsgröße der Nutleistungsturbkie 34 des Triebwerkes 20 abtastet, die ein Maß für deren Ausgangsdrehmoment ist. Die Drchmomciitfiihler 118, 112 geben veränderliche Drucksignale ab, die in Abhängigkeit von tier Diehmomenliiusgangsleistung der zugehörigen Turbine 34 abhängen.

Die Mündungen 80 und 82 werden ferner über die Leitungen 120 und 122 in die Kammer 76 mit dem Druck P₁ entlüftet, wobei die Leitungen mit den Abgabeöffnungen 84 und 86 respektive parallel geschaltet sind. Die

Mündungen 124 und 126 sind an dem Abgabeende der Leitungen 120 und 122 angeschlossen und liegen mit einem verhältnismäßig geringen Abstand beieinander (fig. 3). Ein Hebel 128, der auf geeignete Weise an einem festen Träger 130 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 Finde an dem Gehäuse 76 sirömungsmitii-ld'u lit befestigt. Die gegenüberliegenden geschlossenen bewegbaren Luden der Ihilgc I34 und 1 36 sind .in den Armen I 38 und 140 de^ Hebels !28 befestigt. Das Innere der Balge ! 34 :mi\ 136 wird über die Miindiineen 108 und 114 über die Leitungen 142 b/w. 144 entlüftet. Durch emu Druckfeder 146 die /wischen dem Hebel 128 und einer einstellbaren, in das Gehäuse 76 eingeschraubten i cderhaiierung 14H eingesetzt ist. wird eine \orspan tmrig auf den Hebel 128 ausgeübt, die die Ventilklappe 132 .mi die Mündungen 124 und 126 /u (.!rücken MTMK hl

Ι- ΙΊι?. 2 ist eine der beiden gleichen Brennstoff-Sieiieremru htungen 46 und 48 im einzelnen gezeigt, um /u erläutern, wie die erfindungsgemaße Einrichtung damit /iisammenvvirkt. um das Zumessen des Brennstofles /ι modifizieren. Die Brennstoff-Steuereinrichtung 46 weis ι ein Gehäuse 150 mit einem mit der Brennstoffzuführleitung 50 verbundenen Einlaß I 52 und e:nem nut der Leitung 42 verbundenen Auslaß 154 auf. Der Brennstoff fließt m-i dem Einlaß 152 zum Auslaß 154 über Leitungen, die dec Kanal 156. eine Zumeßoffnung 158 mit veränderlicher O'ierschnittsfläche. einen Kanal I6() und ein Brennstoff Absperrventil 162 einschließt. Line Nebenschluß Ventileinrichtung 164 lur den Brennstoff spricht auf die Druckdifferenz ,in der Mündung 158 an und weist ein Nebenschlußv entii 166 .!'it. das Brennstoff unter dem nicht geregelten Druck /' vor defl LmI,! 1.1 152 und zu dem mu der Neherr-cMußlei-'uiii; 55 verbundenen Nebenschlußauslaß 168 fuhr;, vvas nötig ist. um die Druckdifferenz an der ZiimcBoff-'iing ISR ι in. ih h. ι η υ ι ο <.,, η <l.->r u.ir \, ti mo η II,, r,· hf In Hf :>/■!-. ■ ιΙ.τ

Öffnung 158 auf einem konstanten vorbestimmten Wert zu hallen Ii:η Zumeßventil 168 ist auf geeignete Weise mit der Mundung 158 verbunden und relativ dazu bewegbar, um (!en wirksamen Durchfluß so zu variieren. daß bei einer konstanten Druckdifferenz an dieser Mundung der geregelte Stromungsmittelfluß zu den Triebwerken als Funktion der Durchflußfläche der Mundung 158 allein variiert.

Das Ventil 168 .st über ein Gestänge 170 mit einem Reglerb.iig 172 und einem verhältnismäßig kleineren evakuierten Beschleunigungsbalg 174. der auf verschiedene Strömungsmitteidrücke anspricht, die von der Luft unter dem Druck P₁ abgeleitet werden, die von dem Kompressor 26 des Gasturbinentriebwerkes 20 abgegeben und über die Leitung 70 einem Einlaß 176 in dem Gehäuse 150 zugeführt wird. Von dem Einlaß 176 strömt die von dem Kompressor abgegebene Luft durch eine Drossel 178 in eine Kammer 180 und durch eine Drossel 182 in eine Kammer 184. die von der Kammer 180 durch einen Balg 172 getrennt ist. Der Balg 172 spricht auf die Druckdifferenz zwischen den Kammern 180 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 180 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 180 und 182 über Kanäle 90 bzw. 192 mit einer Kammer 194 verbunden, die zu einer unter einem verhältnismäßig geringen Druck stehenden Quelle, beispielsweise Atmosphäre mit dem Druck P₃. entlüftet ist. Der wirksame Slrömungsqticrschnitt der Kanäle 190 und 192 und daher der Luftdruck in ilen Kammern 180 und 184 wird durch die I lebel 196 und 198 gesteuert, die auf einem festen Träger 200 auf geeignete Weise montiert sind und als Vent ilk lappen dienen können.

Line Zugfeder 202 /wischen dem einen In. Ic des Hebels 196 und einem s, hwenkhar gelagerten Hebel 204 spann! den Hebe! 196 mit einer ·.eräml··rlichen Kraft in einer Richtung vor. in der der Kanal I¹W) schließt Der Hebel 204 ist mit einem Steucrtcil 206 verbunden, der mit einem Gelenk 58 verbunden ist. um die Kraft der leder 202 auf den Hebel 196 als Funktion der Lage des Sl euer teils 56 zu vat iieren

Der Hebel 198 hat einen Arm. der drehbar eine Rolle 208 trägt, die gegen ein Schuhteil 210 drucken kann. Der Hebel 1% ist von /wci mit Abstand angeordneten Anschlägen 212 und 214 auf dem Hebel 198 umgeben. Line Zugfeder 216 /wischen dem HeIuI 198 und einet [■'ederlagerung 218, die einstückig mit dem Hebel 196 ausgebildet ist. spannt den Hebel I in einer Richtung vor. die der von dem Schubglied 210 auf die Rolle 208 .iusgeui>:on Kraft et'lgcg ngeset/t ist. Zwei Zentrifugal gewichtc 220. die au! einem drehbaren Itager 222 montiert sind, können eine Kraft gegen den Schubteil 210 ausüben, die in .Abhängigkeit von der Drehzahl des Trägers 220 varuert. Der Träger ist über ein Gestänge 224 mit dem Kompressor 26 des zugehörigen Gasturbinentriebwerkes ?0 oiler 22 verbunden, so daß die .Ausgangskraft an den Zenlrifugalgcw ichten 220 eine ! unktion der Drehzahl des Kompressors 26 ist

Line Rückstellvorrichtung 226 für den Regler weist eine Memhran 228 auf. die fest an ihrem äußersten Teil an dem Gehäuse 150 befestigt ist und durch eine Druckfeder 230 /wischen dem Gehäuse 150 und der Membran 228 vorgespannt ist. Line Stange 232. die fest ,r, A.T Vl,.ml>r.|n 5 7SJ K.m ι r>i»l IU. >· IIO iilO ¹^ | j || / ρ I :l I I ΡΠ ? 14 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 ind 2Ϊ6 dienen als Anschläge, indem sie an dem Gehäuse 150 angreifen, um den Bewegungsbcreich der Membran 228 zu begrenzen.

Ein Luftdruckreglcr 240 ist so angeschlossen, daß er die von dem 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 246 steuert eine Ventilöffnung 250. die zu einer Luftdruckabsenkung beispielsweise auf Atmosphärendruck führt, entlüftet ist. um den Luftdruck stromab von der öffnung 250 auf einen vorbestimmten konstanten Druckwert /^ einzuregeln. Der vorbestimmte konstante Druck Pr wird durch die gegen das Ventil 246 ausgeübte Federkraft bestimmt und durch die Kraft unterstützt.die von dem Druck P₁ der Atmosphäre erzeugt wird, der gegen die Membran 248 gegen den Luftdruck stromab von der öffnung 250 wirkt. Die Luft unter dem konstanten Druck p_r wird von dem Regler 240 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 256

Ein Regler 254 für die Leistungsturbine weist ein Gehäuse 256 auf, das zwei Zentrifugalgewichte 258 enthält, die mit einem drehbaren Träger 260 verbunden sind, der durch die Nut/Ieistungsturbine 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 finde eines Schubteiles 268, der drehbar auf einem zweiten Schubteil 269 angeordnet ist. Die /entrifugalgewichte drücken gegen das gegenüberliegende linde des Schubteiles 289. der gleithar auf einem Lager 260 gelagert ist Der Hebel 264 hat einen Ventilklappenah schnitt 270. der sich gegenüber einer Mündung 272 bewegt, um deren wirksamen Ströimini!sr|iiersi'hnitt /u variieren. Der Hebel 264 wird durch cmc Zugfeder 274 vorbelastet, die mit einem Ende an dem Hebel 264 und mit dem entgegengesetzten Ende mit einem Hebel 276 verbunden ist. der schwenkbar auf einem festen Trüget. beispielsweise dem Gehäuse 256. gelagert ist. Der I lebe! 276 wird durch einen Steuerteil 278 auf geeignete Weise in Stellung gebracht, um die Kraft der Keder 274 zu verändern, die auf einen Hebel 264 als Funktion der Stellung des Steuerhebels 278 ausgeübt wird.

Die Mündung 272 ist über einen Kanal 280 mit einer Zweigleitung 254 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 /', herrscht. Der Kanal 88 verbindet den Kanal 280 mit der Mündung 80 des Gehäuses 74 im !-"alle der Steuereinrichtung 46 und der Kanal 90 verbindet den Kanal 280 mit der Mündung 82 des Gehäuses 74 im EaIIe der Steuereinrichtung 48.

Arbeitsweise

Die bevorzugte Steuerung der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 auf den genauen ausgewählten Wert der Ausgangsleistung wird dadurch vorgenommen, daß der Steuerhebel 206 und daher der Regler 166 so eingestellt Drehmoment 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 K t aft 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 Bewegung des Hebels 264 bewirkt, dall sich die Klappe 270 auf die Öffnung 272 setzt, so dal! der Luftdruck auf die eine Seite der Membran 228 der RückstelleiniK lining 22h steigt Die resultierende ■\biiiihme dri Druckdifferenz an der Membran 228 drückt diese und die danin befestigte Stange 232 nach links, so daß die Rückstellkraft auf den Hebel 196 eliminiert wird, die zusammen mit dem Hebel 198 dagegen unter dein Einfluß tier Keder 216 drückt, im Gegenuhrzeigersinn gegen die Gegenkraft der Zentrifugalgewichie 220 geschwenkt wird, so daß die Durchgange 190 und 192 blockiert werden, wobei sich ein maximaler Anstieg in dem Luftdruck in den Kammern 180 und 184 ergibt. Der Druckabfall an dem Reglerbalg 172 geht auf Null zurück und das /umeßventil 168 wird in Abhängigkeit von dem Luftdruck /', am Kompressorausgang geöffnet, mit dem der evakuierte Beschleunigungsbalg 174 beaufschlagt •Aird. so daß das zugehörige Gasturbinentriebwerk 20 beschleunigt wird. Wenn das Triebwerk beschleunigt, steigt der Druck P. am Kompressorausgang entsprechend an. so daß der Balg 174 weiter zusammengedrückt wird und ein beschleunigter Brcnnstoff/iifluß erzeugt wird.der als Funktion des Druckes P₁ wächst.

Gegebenenfalls soll der Brennstoff bei einer vorbestimmten Triebwerksdrehzahl während deren Beschleunigung angereichert werden. Zu diesem Zweck wird die Feder 216 so ausgewählt, daß sie bei einer vorbestimmten Kraft der Zentrifugalgewichte 220 überwunden wird, die einer vorbestimmten Drehzahl des Kompressors 26 entspricht. Beim Erreichen der Drehzahl, bei der die Feder 216 von den Gewichten 220 überwunden wird.

des davon getriebenen Kompressors 26 verlangt wird, um die zur Verfügung stehende Maschinenleistung auf ein Maximum einzustellen, 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 Libereinstimmung mit der an der Turbine 34 geforderten Ausgangsleistung zu reduzieren.

Unter der Annahme, daß die Gasturbinentriebwerke 20 und 22 bei einer vorgewählten Drehzahl oder Leistung in einem stabilen Betriebszustand sind, wobei die Leistung der eingestellten Lage des Steuergliedes 278 entspricht, daß über den Regler 254 und die Rückstelleinrichtung 226 die am Eingang des Reglers 186 geforderte maximale Drehzahl vermindert, die durch den Steuerhebel 206 eingestellt ist. der die Stellung für maximale Drehzahl einnimmt. Die Ausgangsdrehmomente der Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 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 dem Hebel 196. so daß der Kanal 192 zum Atmosphärendruck P₁ entlastet wird, so daß der Druck in der Kammer 184 abfällt. Die resultierende Druckdifferenz an dem Balg 172 bewirkt, daß dieser zusammengedrückt wird, so daß der Beschleunigungsbalg 174 beim Öffnen des Zumeßventils 178 unterstützt wird, so daß der Brennstofffluß zu dem Triebwerk in entsprechender Weise erhöht wird. Wenn die Kraft der Zrntrifugalgewichte 220 mit wachsender Drehzahl wächst, bewegt sich der Hebel 198 in Anlage mit dem Hebel 196. so daß die Kraft der Feder 202 die verhältnismäßig kleinere Kraft der Zentrifugalgewichte 220 überwindet.

Die Turbine 34 beschleunigt aufgrund der erhöhten Leistung, die durch die erhöhte Luftmasse in dem Strom erzeugt wird, der 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 270 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 202 überwindet, so daß sich der Hebel 196 im Uhrzeigersinn drehen und den Kanal 290 zum Atmosphärendruck P, öffnen kann. Der resultierende Abfall in dem Liftdruck in der Kammer 180 bewirkt, daß sich der Reglerbalg 172 ausdehnt, so daß das Zumeßventil 168 in die geschlossene Lage gedrückt wird, um den geregelten Brennstoffluß zu dem Gasturbinentriebwerk zu vermindern. Beim Erreichen der vorgewählter) Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 wird der Hebel 196 durch die ausgeglichenen Kräfte stabilisiert und ein geregelter Brennstofflufl /u den Gasturbinentriebwerken wird auf entsprechende Weise stabilisiert, wobei der Kompressor 26 eine Drehzahl annimmt, die auf die benötigte Leistung abgestimmt ist, um die vorgewählte Drehzahl der Nut/.lcistungsturbme 34 aufrechtzuerhalten.
Unter der Annahme, daß die Nut/Icistungsturbincti Der Druckanstieg stromauf von der öffnung 84 und der entsprechend? Abfall der Druckdifferenz an der Membran 228 der Rückstelleinrichtung 226, die zu der Steuereinrichtung 46 gehört, vermindert die von der Stange 232 auf den Hebel 1% ausgeübte Belastung, so daß der Hebel sich im Gegenuhrzeigersinn bewegt, um den Kanal 190 zu schließen. Dadurch wird ein Druckanstieg in der Kammer 180 erzeugt, der seinerseits den Balg 172 zusammendrückt, so daß das Zumeßventil 168 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Die erhöhte Drehzahl und daher Leistung des Gasturbinentriebwerkes 20. die durch einen Anstieg in dem geregellen Brennstoffliill . r/eugt wird, schlagt sich in einem Anstieg in dem Ausgangsdrehmoment der zugehörigen Niitzleistungsturbine 34 und in einem entsprechenden Anstieg in dem Drucksignal nieder, das von dem Fühler 118 erzeugt und an den Balg 100 angegeben wird. Die Kraft des Balges 100 wuchst in entsprechender Weise, bis sie nahe/u gleich der Kraft

I LL· el ti I CIIIC IKIIICI C

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Drehzahl mit im wesentlichen gleichen Ausgangsdrehmomenien eingestellt sind, sind die Drucke, die von den Drehmomentfühlern 112 und 118 erzeugt werden, im wesentlichen gleich groß und werden an die Balge 98 und 100 der Einrichtung 72 zum Vergleichen und Begrenzen des Drehmomentes abgegeben. Die unter dem gleichen Druck stehenden Balge 98 und 100 halten den Hebel 92 in der gezeigten Nullage. in der die Vrtitilklappe 96 im wesertlichen in der Mitte zwischen den öffnungen 84 und 86 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 230. die auf die Membran 228 wird, wird durch die Kraft ausgeglichen, die von der Druckdifferenz abgeleitet wird, die durch die gesättigten öffnungen 84 und 86 eingestellt und an die Membran 228 angelegt wird.

Die Innenräume der Ba ge 134 und 136 stehen mit den Drücken in Verbindung, die von den Fühlern 112 bzw. 118 erzeugt werden. Sie iiben 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 HcLoI 128 im Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Feder 146. deren Kraft einem vorbestimmten maximal zulässigen Gesamt-Ausgangsdrehmoment der Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 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.

Wenn die Ausgangsleistung des Gasturbinentriebwerkes 22 wächst, so daß sich die Ausgangsleistung ihrer Nutzleistungsturbine: 34 in entsprechender Weise gegenüber dem Gasturbinentriebwerk 22 erhöht, wächst das an dem Drehrnomentfühler 112 abgeleitete Drucksignal entsprechend. Der resultierende Anstieg in dem Druck in dem Balg 98 erzeugt eine Differenzkraft zwischen den Balgen 98 und 100, die den Hebel 92 im Uhrzeigersinn aus seiner Nullage herausdrückt, so daß die Ventilklappe 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 Mündung 86 keine Auswirkung auf den Druck stromuif von dieser Mündung aufgrund des gesättigten 7-ustandes der Mündung 86 hat.

92. wie bereits erwähnt, nahezu in seiner Nullage stabilisiert ist. Fs ist zu beachten, dall 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 100 aufgegeben wurde, da die Neigiingscharakteristik des Systems das Anstehen einer Federkraft zwischen den Balgen 98 und 100 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 Regeleinrichtung 186 zu erzeugen

Beim Erreichen des obenerwähnten, im wesentlichen ausgeglichenen Zustandes zwischen der Drehmoment ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 20 und der Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 22 wird der geregelte Brennstoffluß zu dem Gasturbinentriebwerk 20 und daher die Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 durch ein' η Druckausgleich zwischen der Ausg.ingskr.ifl der 7entrifuif.ilgewichte 120 und der entgegenwirkenden Kraft der Feder 202 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 Drehmomentausgangsleistung im umgekehrten Sinn auftreten würde, würde der Hebel 92 aus seiner Nullage in eine Richtung verschoben, um die Mündung 86 zu schließen, da der Balg 100 den Balg 98 überwinden würde. In diesem Fall wird die Regeleinrichtung 86 des Gasturbinentriebwerkes 20 nicht beeinflußt und die Regeleinrichtung 186 des Gasturbinentriebwerkes 22 wird erneut eingestellt, um die Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 im wesentlichen auf die der Nutleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 20 zu erhöhen.

Im folgenden wird die Wirkung der Balge 134 und 136 zur Begrenzung des Drehmomentes beschrieben. Es sei angenommen, daß die Steuerteile 278 beider Nutzleistungsturbinen 34 auf maximale Leistung eingestellt sind, so daß die Gesamtausgangsleistung beider Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 aid 22 einen vorbestimmten maximalen Grenzwert überschreiten könnte, der durch die Einstellung der Feder 146 gegeben ist. Die Drehmomentausgangslei-

stungen der beiden Niitzleistungsturbinen können gleich groß sein, so daß in diesem Fall die entsprechenden, von den Fühlern 112 und 118 erzeugte und an di;: 3alge 134 und 136 abgegebenen Drücke gleiche Ausgangskräfte auf die Balge 134 und 136 zur Fo,ge 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 der Membran 128 übt eine entsprechende Rückstellkraft auf die Regeleinrichtung 186 der Brennstoffsteuereinrichtiingen 46 und 48 auf ähnliche Weise jedoch in einem Sinn aus. der der Wirkung des oben beschriebenen Ausgangsfehlersignales entgegengesetzt ist. das auf die lialge 98 und 100 /um Vergleich des Drehmomentes aufgegeben wird. Der Abfall in dem Luftdruck stromauf von den Offnungen 134 iii,d 136, der auf die zugehörigen Membranen 228 wirkt, hat von den Membranen ΙΪ6 erzeugte kuckstellkräfte zur Folpc, die auf den Hebel 196 wirken, um die wirksame Belastung der zugehörigen Federn 202 zu vermindern, wodurch die Hebel 1% von den Kanälen 190 weg erneut eingestellt werden und ein Druckabfall in den Kammern 180 auftritt. Der Reglerbalg 172 dehnt sich aufgrund der daran liegenden Druckdifferenz aus und betätigt das zugehörige Ventil 168 in Sehließrichuing, um den Brennstoffluß zu den entsprechenden Gasturbinentriebwerken 20 und 22 zu vermindern, so daß die Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 vermindert und daher die Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbinc 34 auf ein Maß reduziert wird, das die Ausgangskräfie der Balge 134 und 136 in Abhängigkeit von den durch die Fühler 112 und 118 erzeugten Luftdrücken und die Federn 146 balanciert werden, worauf die Gasturbinentriebwerke 20 und 22 in entsprechender Weise stabilisiert werden.

Fs ist zu beachten, daß das maximale Grenzdrehmoment auch unter der Bedingung aufrechterhalten wird, daß eines der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 gestört ist. Wenn beispielsweise das Gasturbinentriebwerk 20 fehlerhaft arbeitet, so daß die Ausgangsleistung der ;iiophörtapn ^'!?z!*¹i^c*.^ljr!^iTC''Jrb!P.e 3Ί »bfÜÜt, \z\\\ u'JCh das Drucksignal ab. das von dem Fühler 118 erzeugt wird. Das Ansprechen des Balges 100 und die resultierende Unangeglichenheit der auf den Hebel 92 wirkenden Kräfte wirkt dahingehend, den Luftdruck stromauf von der öffnung 84 zu erhöhen, um die Regeleinrichtung 186 der Brennstoff-Steuereinrichtung 46 erneut einzustellen und die Ausgangsleistung derselben zu erhöhen, um die Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes auf die höhere Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 22 anzuheben. Es kann jedoch vorkommen, daß das Triebwerk 20 nicht in der Lage ist. auf die erhöhte Brennstoffzufuhr so zu reagieren, daß ein Ausgleich der Kräfte zwischen den Balgen 98 und 100 erreicht werden kann. In solch einem Fall'fällt die Summe der Kräfte der Balge 134 und 135 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 erhöhl wird. Dadurch fällt die Druckdifferenz an der Membran 228 an beiden Regeleinrichtungen 186 gleichzeitig ab. Wie im Falle der Balge 98 und 100 ist <\,t Stellkraft uif die Reglereinrichtung 186 und der auf eine fehlerhafte Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerkes 20 folgende Anstieg der Brennstoffversorgung nicht in der I agc. die Ausgangsleistung deren Nutzleistungsturbine 34 anzuheben. Die auf den Regler 186 des Cjasturbinentriebwerkes 22 wirkende Stellkralt und die damit verbundene Erhöhung der Brennstoffzufuhr bewirkt jeclo-h einen Anstieg der Drehzahl des Kompressors 2f> und daher der Leistung des Gasturbinentriebwerkes 22, so daß dadurch das Ausgangsdrehmoment der Nutzleistungsturbine 34 dieses Gasturbinentriebwerkes entsprechend wächst. Wenn das von dem Fühler 112 erzeugte Drucksignal in Abhängigkeit von einem wachsenden Drehmoment an der Nutzleistungsturbine 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 wirtl. um die nötige Stellkraft am Eingang des Reglers 186 des Ciasturbinentriebwerkes 22 aufrechtzuerhalten. Es ist zu beachten, daß die zusätzliche l.eistungsnachirage an dem Gasturbinentriebwerk 22, um die gesamte Ausgangsleistung der beider, Nutzlei· stungsturbinen 34 auf dem Maximum zu halten, nur zeitweilig, beispielsweise it. Notfällen, auftritt, wobei man erwarten kann, daß das Gasturbinentriebwerk 22 die notwendige zusätzliche Ausgangsleistung während

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sigkeit abgeben kann.

Es ist zu beachten, daß die Einrichtung 72 zum Vergleichen und Begrenzen des Drehmomentes nicht wirksam ist. um einen der Regler 186 während einer Beschleunigung des Gasturbinentriebwerkes rückzustellen, da jeglicher Druckanstieg stromauf von den Mündungen 84 und 86 die Druckdifferenz an der Membran 228 verringert, wodurch seinerseits die Stange außer Eingriff mit dem Hebel 1% gehalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 dazugehörigen Maschine und auf einen veränderlichen Steuerdruck anspricht, der seinerseits von einer gemeinsamen Steuervorrichtung gesteuert wird, welche zwei Ausgangssignale vergleicht, die ein Maß für die Ausgangsleistung der beiden Maschinen darstellen, wobei die Gesamt-Ausgangs'eistung auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt wird, gekennzeichnet durch eine erste in der Steuervorrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung (Hebel 92), die auf die Differenz zwischen den Ausgangssignaien anspricht und den einen oder den anderen Steuerdruck und damit den Brennstoffzufluß zu einer der Maschinen (20, 22) erhöht, und durch eine zweite in der Steuereinrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung (Hebel 128), die auf die Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale und einem Bezugssignal anspricht, welches ein Maß für eine maximal zulässige Gesamt-Ausgangsleistung beider Maschinen (20, 22) ist, urjd gleichzeitig beide Steuerdrücke und damit den Brennstoffzufluß zu beiden Maschinen (20,22) variiert.

2. Einrichtung nach Anspruch I, wobei die Brennkraftmaschinen Gasturbinentriebwerke und die Ausgangijignale: Strömungsmitteldrücke sind, die ein Maß für die Drehmomntausgangsleistung der Triebwerke sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regeleinrichtung eir^n 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 ferner eine erste Ventileinrichtung (Strömurigsmündungen (84,86) aufweist, die von dem Hebel i(92) betätigt wird, wenn dieser aus seiner Nullagi: ausgelenkt wird, um die Steuerdrücke unabhängig voneinander zu verän dem.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hebel (92) eine Ventilklappe (96) angeordnet ist, und daß die erste Ventileinrichtung Strömungsmündungen (84,86) aufweist, die die Steuerdrücke zu einer unter vergleichsweise geringem Druck stehenden Quelle entlasten, und daß die Ventilklappe (96) normalerweise in ihrer Nullage zwischen den Mündungen (84, 86), d. h. im wesentlichen unter einem gleichen Abstand zu jeder der Mündungen (84,86), liegt und sich nur /ur einen oder anderen der Mündungen (84, 86) bewegt, um deren wirksamen Strömun|{smittelquerschnitt zu reduzieren und dadurch den entsprechenden Steuerdruck zu erhöhen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen schwenkbaren Hebel (128) aufweist, der einerseits der resultierenden Kraft gleichsinnig wirkender Balge (114, 136) ausgesetzt ist, die auf die Ausgangssignaldrücka ansprechen, andererseits der entgegenwirkenden Ueztigskraft ausgesetzt ist. die ein Maü für die maximal zulässige Ausgangsleistung beider Maschinen (21), 22) ist, und daß die zweite Regeleinrichtung ferner eine zweite Ventileinrichtung (Strömungsmittelmündung 124) aufweist, die von dem Hebel (128) zum gleichzeitigen Verändern der Steuerdrücke betätigbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (128) einen Klappenabschnif.t (132) aufweist, daß die zweite Ventileinrichtung Strömungsmittelmündungen (124,126) enthält, die die Steuerdrücke zu einer unter einem verhältnismäßig geringen 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.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugskraft durch eine einstellbare vorgespannte Feder (146) ausgeübt wird.