DE1963432A1

DE1963432A1 - Regeleinrichtung fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE1963432A1
Application number: DE19691963432
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Hagen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1971-06-24
Also published as: DE1963432B2; FR2031052A5; DE1963432C3; US3777479A; SE368443B; GB1338766A

Description

MOTOEEN- TIND TUEBINEN-υΊΠΌΙϊΓ
Mt)IiCHEN GMBH.

München, den 4. Dezember 1969

Regeleinrichtung für Gasturbinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hegeleinrichtung für Gas-rturbinen mit einem Gaserzeuger, der von einer Baugruppe mit veränderlicher Drosselwirkung, beispielsweise einem verstellbaren Leitapparat vor der Nutzturbine einer Zweiwellenturbine, welche zum Austausch der Wärme der Abgase auf die im Gaserzeuger verdichtete Luft mit einem Wärmetauscher ausgestattet sein kann, oder einer querschnittsveränderlichen Schubdüse bei einer Strahlturbine gefolgt ist, wobei die Betriebslinie des Gaserzeugers durch die zugehörige Drosselung vom Eegler her passend zu jeder Drehzahl eingestellt wird.

Im Zuge der Entwicklung von Kraftstoffreglern von Gasturbinen war man bemüht, Parameter ausfindig zu machen, mit deren Hilfe man einfache Eegler herstellen kann, die stationäre Betriebsfälle genau so beherrschen wie die größtmögliche Beschleunigung

T-280

109826/0630

und Verzögerung. Trotz dieser Bemühungen "benötigen die meisten modernen Regler eine gewissen Anzahl von Elementen, die genau und zuverlässig zusammenarbeiten müssen. In vielen Fällen greift man - in Ermangelung von geeigneten Eeglergrößen - auf Steuerungen kombiniert mit Reglerkreisen zurück.

Besonders schwierig wird die Regleraufgabe bei Gasturbinen, die im offenen Prozess arbeiten und Wärmetauscher aufweisen. Hier ist die Wärmezufuhr nach dem Verdichter nicht allein von der in der Brennkammer zugeführten Wärme, sondern auch von der ■ vom Wärmetauscher übertragenen Wärme abhängig. Die Temperatur vor der Turbine ist durch diese kombinierte Wärmezufuhr gegeben. Sie darf nur so weit gesteigert werden, wie es die Leistungsforderung bedingt und die Werkstoff-Festigkeit und die Pumpgrenze des Verdichters ratsam erscheinen lassen.

Bei Strahltriebwerken ergeben sich bezüglich der Regelung ähnliche Probleme. Hier muß die Schubdüse verstellbar sein, um gute Wirkungsgrade bei verschieden starker Nachverbrennung zu erreichen, bzw. um die Düse an das steigende Volumen der Verbrennungsgase anzupassen.

Baut man die Gasturbine zu Fahrzeugantriebszwecken, dann ordnet man anschließend an einen Gaserzeuger vorteilhafterweise eine sogenannte freie Nutzturbine an. Wünscht man einen günstigen Teillastverbrauch, dann stattet man die Nutzturbine mit

ti²!?1969 109826/0630

einem verstellbaren Eintrittsleitapparat aus. Mit seiner Hilfe beeinflußt man den Gegendruck des Gaserzeugers und gleichzeitig seine Turbineneintrittstemperatur. Damit gelingt es, im oberen Leistungsbereich die Turbineneintrittstemperatur höher einzustellen, als es bei konstanter Leitapparatfläche (Leitschaufelkanalquerschnitt) möglich wäre. Die auf diese Weise einstellbare Betriebslinie muß auch auf die Pumpgrenze und die zulässige Turbineneintrittstemperatur Bücksicht nehmen.

Die gleiche Zielsetzung liegt auch dem im US-Patent 3 316 beschriebenen Erfindungsgegenstand zugrunde. Dort wurden beispielsweise als Keglergrößen das Verhältnis zweier Druckdifferenzen am Verdichter und die Ähnlichkeitskenngröße η*/ IfT_n,. benutzt.

Zur Beherrschung des Systems muß das Verhältnis der Druckdifferenzen

02 - P₂

¹PT

als Funktion der Drehzahlähnlichkeitsgröße vorgegeben werden. Dann ist es mit Hilfe der Leitschaufelverstellung möglich, den Betriebspunkt einzustellen, der die vorgegebene Funktion erfüllt. Die Genauigkeit der Regelung hängt also von der gegebenen Funktion ab, die im Wesen einer Steuerkng entspricht.

Die Bezeichnungen und Fußzeichen, welche hierin und im folgenden Gleichungen bilden, werden nachstehend im einzelnen erklärt:

109826/0630

4.12.1969 - 4 -

B e ζ e i chnungen

T V L 1 010,

T-280 4.12.1969

Luft dur chs at ζ	kg/s
Leistung	PS
Kraft st ο ff verbrauch.	kg/h
Temperatur	⁰K
Regelfläclie für Pq,	m²
Eegelflache für (p_0/j.q^)	m²
Druck	kg/m
Staudruck	kg/m²
Drehzahl d. Gaserzeugers	U/min
Drehzahl d. Nutzturbine	U/min
Konstanten
Konstanten
Exponent
Fuß ζeichen

Umgebungs zustand

Gesamtzustand vor Eintritt in den Verdichter

Gesamtzustand nach Verdichter

Gesamtzustand vor Gaserzeugerturbine

Gesamtzustand nach Gaserzeugerturbine

Tageswert

Vollast Leitapparat

statischer Zustand am Eintritt in den Verdichter Auf den Normaltag bezogen durch nachgesetzte

109826/0

Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, mit Hilfe einer Regeleinrichtung die Betriebslinie einzustellen, mit der die Pumpgrenze des Verdichters vermieden wird. Die Regeleinrichtung soll alle diejenigen Meßgrößen berücksichtigen, welche - auch bei instationären Betriebsfällen - eine exakte und schnelle Regelung der Brennstoffzumessung und der Verstellung der Drosseleinrichtungen, z.B. des LeitSchaufelkanalquerschnittes vor der Nutzturbine ermöglichen. Aufgabe der Erfindung ist weiterhin, eine Regelung zu Grunde zu legen, bei der ein aus Meßgrößen ermitteltes Produkt einer Konstanten gleichgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einstellung der Betriebslinie des Gaserzeugers, sowie zur Begrenzung der Beschleunigung bzw. zu der Kraftstoffzufuhr die Funktion QfPryi * f (^01^ ·Ρπ^ ¹^- ^^ie:caJ1B^ez0S^en wird, wobei mit q^. der Staudruck, mit P₀^ der Gesamtdruck, mit Tq. die absolute Temperatur vor dem Verdichter, mit Pq^ der nach dem Verdichter oder zwischen Verdichter und Turbine gemessenen Gesamtdruck und mit tX, und k Je eine Konstante bezeichnet ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die erweiterte Funktion

& & ,„ ν , cc . ^A

zur Einstellung der Betriebslinie dient, wobei mit x, a, b,0/,'i«fi4 konstante Werte bezeichnet sind.

^1fjtCi 109 8 26/0630

Ferner ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion f (Tq^) unterhalb einer bestimmten Temperatur T_Q>. einer Konstanten gleichgesetzt wird.

Weiterhin besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß eine von einer bestimmten Umgebungstemperatur Tq₀ ausgehende lineare Temperaturfunktion f (T_Q1) = K₂ / ^TOO ⁺ ^^T01 " ^TOCpJ S^ewänlt wird, wobei 1^2 eine Konstante und T_Q. die Ansaugtemperatur bezeichnet.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Betriebslinie ein Regelkreis für die Drosselung und zusätzlich ein Reglerkreis für die Gaserzeugerdrehzahl vorgesehen ist, wobei der Reglerkreis für die Drosselung aus den Meß#stellen für die Meßgrößen p_0<1 (Gesamtdruck vor dem Verdichter) und q^. (Staudruck vor dem Verdichter), aus einem ersten Multiplikator, der zur Umwandlung dieser Meßgrößen in ein der zur Einstellung der Betriebslinie herangezogenen Funktion proportionales Signal dient, und

besteht
aus einem Funktionsgenerator^ in dem das Signal mit einem zweiten Signal verglichen wird, das gemäß der Regelfunktion durch Multiplikation der Meßgrößen VnT. u¹¹^- ^q* i^m zweiten Multiplikator resultiert, und daß das im Funktionsgenerator entstehende Differenzsignal zu einem Steuerimpuls benutzt wird, mit dessen Hilfe die Drosselung verstellbar ist, und wobei der zusätzlich vorgesehene Drehzahlreglerkreis zum Vergleich des Drehzahlsignals des Gaserzeugers mit dem vom Gashebel eingestellten Wert eine die Brennstoffmenge beeinflußender Drehzahlregler angeordnet ist, der zusätzlich in bestimmten Arb at sb er eichen von der Eutzturbinendrehzahl beeinflußt wird.

1 09826/0630

4.12.1969 - 7 -

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den nachstehenden Beschreibungen zu ersehen.

Eine thermodynamische Berechnung hat ergehen, daß für eine Betriebslinie, die einer Linie mit dem konstanten Temperaturverhältnis ^03^01 ^n8iie kommt, die Funktion

^: « konstant - (Gleichung 1)

zutrifft. Um die Lage der Pumpgrenze zu berücksichtigen, empfiehlt es sich, die !Punktion

—2— m konstant - (Gleichung 2)

«Μ ·Ροι

zu wählen. Der Exponent «/ weicht vom Wert 2 (siehe Gl. 1) jedoch nicht stark ab. Formt man die Gleichung in

^q1 · ^p01 - K. P₀₅ - (Gleichung 3) um, dann, erkennt man, daß hier eine Regelungsfunktion vorliegt. Ersatzweise kann für p_Q, ein Druck genommen werden, der hinter dem Verdichter oder auf dem Wege vom Verdichter zur Gaserzeugerturbine entnommen wird.

Es soll weiter beschrieben werden, wie eine diesen Funktionen entsprechende Betriebslinie aussieht. Bekannt ist die Darstellung der Betriebslinie im Verdichterkennfeld mit dem Druckverhältnis

Il 1

des Verdichters TT_Y als Funktion der Durchsatzkenngröße G-j-. y Tq^/Pq-i und als Funktion der Jihnlichkeitsgröße nW J T₀^. Trägt man hier

109826/0630

4.12.1969 - 8 -

— ο —

Linien für konstante Temperaturverhältnisse Tq^/Tq,,. -und die Pumpgrenze ein, dann erkennt man die Notwendigkeit, im mittleren Drehzahl-er ei cn das Temperatur verhältnis zu vermindern, um der Pumpgrenze nicht zu nahe zu kommen.

Andererseits wird man "bestrebt sein, das Temperaturverhältnis bei Teillast und damit "bei abgesenkter Gaserzeugerdrehzahl etwa gleich hoch zu halten wie bei der Vollastdrehzahl. Die Betriebslinie wird daher zweEkmäßigerweise etwas durchgebogen, um der Pumpgrenze nicht zu nahe zu kommen. Zur besseren Anpassung an die Betriebsbedingungen ist die Funktion +yp₀₁ +...)= K. P₀₅. (a P₀₅ + b P₀₅ + ...) (Gl.4)

noch besser geeignet. Da die Funktion eine eindeutige Linie im Verdichterkennfeld festlegt, ergibt sich aus der thermodynamischen Ähnlichkeit eine Betriebslinie, durch die sich die Temperatur T am Turbineneintritt in Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur Tq^

Ii »

und von der Jthnlichkeitskenngröße &,/ 1 Tq. ändert.

Mit zunehmender Ansaugtemperatur Tq„. würde die Turbineneintritts temperatur Tq, gleichermaßen ansteigen, der durch die Schaufelfertigkeit und die -temperaturbeständigkeit eine Grenze gesetzt ist. Um dem Rechnung zu tragen, soll auch die Betriebslinie mit steigender Ansaugtemperatur zunehmend verschoben werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Konstante in den Gleichungen 3 und/oder 4- durch eine Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur Sq^ ersetzt wird, wodurch sich folgende Bezeichnung ergibt: q₁ . p₀₁ - f (T_Oi) . P₀₅ - (Gleichung 5)

109826/0630

4.12.1969 - 9 -

Daß zweckmäßigerweise die Fuktinn f (Tq,i) = ko.T_0<1 - (Gleichung 6) für diejenigen Ansaugtemperaturen Anwendung finden soll, welche einen bestimmten Wert überschreiten, wird weiter unten noch näher beschrieben. Hierzu stellt k^ eine Konstante dar. Wird die Turbinenaustrittstemperatur Tq. mit berücksichtigt, wird Gleichung 5 zu folgender Beziehung erweitert:

^p01 * ^ ^{= T}04 · [^f (°W * ^pof " (Gleichung 5) Nachdem die Regierfunktion der Betriebslinie vorgegeben ist, soll nun das weitere Zusammenspiel der Reglerkomponenten anhand eines Beispielses für die Gasturbine mit Nutzturbine erläutert? werden. Im Betriebskennfeld der Gasturbine mit Nutzturbine ist ein stationärer Betriebspunkt durch die Drehzahlen des Gaserzeugers und der Nutzturbine und durch die Winkelstellung der Schaufeln des Verstell-Leitapparates gegeben. Durch das Regelgesetz nach einer der vorgeschlagenen Funktionen ist jeder Gaserzeugerdrehzahl n^, eine bestimmte Leitschaufelstellung zugeordnet.

Somit kann der Gaserzeuger nur noch durch die Wahl seiner Drehzahl beeinflußt werden. Alle anderen Zuordnungen ergeben sich automatisch. Unabhängig ist dann nur noch die Nutzturbinendrehzahl, die in bestimmten Bereichen gehalten werden soll. Für das Anfahren des Fahrzeuges oder der Anlage aus dem Stand muß die Nutzturbine gleichfalls aus dem Stillstand hochgefahren werden. Sie soll dann im Betriebenereich je nach der Gaserzeugerturbinendrehzahl in einem bestimmten Drehzahlbereich gehalten werden.

4.12.1969 - 10 -

109826/0630

Für die untere und obere Drehzahlgrenze soll eine feste Zuordnung von Gas- und Nutzturbinendrehzahl gewählt werden, die sich nach dem verwendeten Getriebe richtet. Die obere Drehzahlgrenze wird aber durch eine von der Festigkeit des Hutzturbinenrades abhängigen Drehzahlgrenze überspielt, die von der Gaserzeugerdrehzahl unabhängig ist.

Im höchsten Getriebegang wird diese Drehzahl der höchstzulässigen Fahrgeschwindigkeit entsprechen. Der Regler muß daher mit einer Einrichtung zur Begrenzung der Nutziurbinendrehzahl np ausgerüstet werden, um die Fahrgeschwindigkeit zu begrenzen. Diese Einrichtung kann man erweitern, wenn man über den Gashebel nicht die Leistung, sondern die Fahrgeschwindigkeit einzustellten wünscht, Dann wäre über den Gashebel ein Funktionsgenerator für n^ zu betätigen, von dem aus das erforderliche n^. geregelt wird. Unteroder überschreitet n« vorgegebene Werte, kann ein Signal auf die Notwendigkeit - in einen anderen Getriebe gang umzuschalten hinweisen, wobei dieses Signal zum automatischen Umschalten herangezogen werden kann.

In bestimmten Betriebsbereichen wie z.B. beim Starten des Triebwerkes und beim Bremsen der Hutzturbine muß die vorgeschlagene Reglerfunktion überspielt werden. Steht der Gashebel auf Leerlauf stellung, mit der auch gestartet werden soll, dann ist eine Leitapparatstellung zuzuordnen, die einen geringen Gegendruck am

4.12.1969 - 11 -

109826/0630

Gaserzeuger mit sich "bringt. Beim Bremsen muß der Leitapparat so verstellt werden, daß er die Nutzturbine hemmt und den Gaserzeuger drosselt. Dabei kann zunehmend die Gaserzeugerdrehzahl erhöht werden.

Die in Gleichung 4- oder 5 angegebene Funktion kann auch zur Beschleunigungsregelung einer Ein- und Mehrwellenmaschine benützt werden. In diesem Fall dient die Funktion dazu, die maximale Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den Reglerparametern einzuregeln. Leicht ist zu erkennen, daß diese Regelung vom spezifischen Gewicht des Kraftstoffes unabhängig ist, was bei anderen Reglern nur ungenau zu berücksichtigen ist.

In den vorhergehenden Ausführungen wurde im wesentlichen nur die Gasturbine mit Nutzturbine und Verstelleitapparat behandelt. Die Betriebslinie des Gaserzeugers wird nach der angegebenen Funktion mit Hilfe der Kraftstoffzumessung und des Verstelleitapparates eingestellt.

In ähnlicher Weise kann aber auch die Betriebslinie einer Strahlturbine mit und ohne Nachverbrennung mit Hilfe einer verstellbaren Schubdüse mittels des oben genannten Regelgesetzes eingestellt werden.

Für eine Einwellengasturbine mit Wellenleistungsentnahme kann die vorgeschlagene Reglerfunktion zur Begrenzung der Beschleu-

109826/0630
4.12.1969 - 12 -

nigung bzw. der Temperaturbelastung und Vermeidung der Pump- grenze mit Vorteil herangezogen werden. Die verwendeten Drücke geben unmittelbar, ohne merkfeare Verzögerung dea Strömungs- und LeistungBzustand der Gasturbine und arbeiten schneller als temperatur anzeigende Geräte. Dazu kommt noch, daß die den Ähnlichkeitsgesetzen entsprechende Reglerfunktion gut geeignet ist, die Betriebslinie oder Beechleunigungsgrenze eo zu legen, daß die Pumpgrenze mit Sicherheit vermieden wird*

Weitere Einzelheiten bezüglich der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in den !Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen:

Xg. 1 ein Diagramm über die Zusammenhänge der einzelnen Reglergrößen, wobei über die Fläche F, des verstellbaren Nutzturbinenleiiiapparates die auf den Normaltag bezogene Leistung Nq aufgetragen ist.

Fig. 2 als Beispiel die Ge samt anordnung der Gasturbine

mit Nutzturbine und die Meßstellen der Regelgrößen.

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung für

eine Zweiwellengasturbine mit verstellbarem Leitapparat vor der Nutzturbine

T- 280
4.12.1969

1 O 9 3 ? ß / O 6 3 C

Fig. 4a bis 4-c aneinanderschließende Teile eines

Schemas der erfindungsgemäßen Regeleinsetzung mit hydromeehanischer Wirkungsweise.

Pig. 5 ein erster Multiplikator und dessen Seitenriß Fig. ,6 ein zweiter Multiplikator und dessen Seitenriß Fig. 7 ein- charakteristisches Verdichterkennfeld

Fig. 8 den instationären Verlauf des Verstelleitapparates und Querschnittes F- in Abhängigkeit von der Gaserzeugerdrehzahl

Fig. 1 zeigt im Diagramm eine Übersicht über die Zusammenhänge,

0}· ΟΊΟ wobei die auf den Normaltag bezogene Leistung N_n » — mr— ·

^u ^ΟΊ. +01

0-5 T die Linien für konstante G?emperatur T_n-^₀ » tr—^· * 010

^u^^{u 1}OI

die Linie für eine konstante Temperatur Linien für konstanten spezifischen Verbrauch Linien für die relative Gaserzeugerdrehzahl J Betri eb siini en
nach P₀^ / p_Q^ . q^ - konst.

mit verschiedenen Exponenten ei, ausgehend vom gleichen Voll lastpunkt A und Linie für die Pumpgrenze eingetragen sind.

4.12.1969

109826/063C

Darin ist ^q-zq d-ie ^auf äen Normaltag bezogene Gaserzeuger turbineneintritt st emp erattir

^T0i0 ^^{e au}^ ^^en ^^orm)*l*^aS bezogene Verdickt eransaugt emperatur

Tq_-. die tatsächliche Ansaugtemperatur

Tq^ die tatsächliche Gaserzeugerturbineneintrittstemperatur

Tq^ die tatsäcnliche Gaserzeugerturbinenaustrittstemperatur

B Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit

N Leistung an der Hutztnrbine ⁿ1 . ^010 . 100 C%)

n^j Gaserzeugerdrehzahl
^ η^γ Vollastdrehzahl d. Gaserzeugers

Leicht ist aus ffig. 1, die einem durchgerechneten Beispiel entnommen ist, zu erkennen, daß eine Betriebslinie mit dem Exponenten o(f^m 2,15 in* oberen BrehzBhlbereich eine fast konstante, auf den Bbrmaltag bezogene Temperatur ^qxq ^{un<i 6}^¹¹⁸¹¹ günstigen Verlauf dds spezifischen Kraftstoffverbrauches ergibt. Die Pumpgrenze wird vermieden.

T-280

⁹⁶⁹ !09826/063C

Mit einer Reglerfunktion nach. Gl. 4- könnte man noch, anpassungsfähiger eein, wenn man mit der Betriebslini,e einer Linie « konst. näher kommen will·

Für einen festgehaltenen Wert von n*Q nimmt bei einer einen bestimmten Wert unterschreitenden Aaeaugteaperatur auch die TurbineneintrittBtemperatur im ganzen Betriebebereich ab. Andererseits würde bei Bteigender Insaugtemperatur Tq,. die Turbineneintrittstemperatur Tq, zunehmen. Mit Rücksicht auf die Turbinenschaufelfestigkeit soll das aber nicht zugelassen werden. Damit dies möglich wird, soll die Betriebslinie bei steigender Ansaug temperatur zunehmend verschoben werden. Man kann das in der Form q„. . P₀,. ■ f(T₀,.) . Pq, (Gl. 5) ausdrücken, d.h. die Konstante in Gleich. 3.) oder 4.) wird durch eine Abhängigkeit von Tq,. ersetzt.

Zweckmäßigerweise wählt man diese Funktion f (Tq.*) ^b Kp . Tq,. Gl.6) für Ansaugtemperaturen, die einen bestimmten Ausgangswert überschreiten. Somit kann man auch schreiben ^f <W ⁼

wobei nur positive Werte von Tq,. - Tqq gelten. Die Temperatur— funktion geht demnach von der Umgebungstemperatur Tqq aus und verläuft darüber hinaus linear ansteigend gemäß Gl. 6 und 7·

Im Fall einer Undichtheit oder Abblasung von Luft zwischen dem Verdichter und der Gaserzeugerturbine würde sich mit der gewählten Funktion ein höheres Temperaturniveau einstellen. Falls

die. Gasturbine damit längere Zeit betrieben werden würde, wären Schaden oder ein Absinken der Lebensdauer die Folge. Um das zu verhindern, wird ein Temperaturfühler vorgesehen, der dann, wenn ie eingestellte Maximaltemperatur im Betriebebereich überschnitten

en d, die Betriebslinie zu einer niedriger/Durchschnittstemperatur

rschiebt. Durch eine solche Einrichtung Btellt eich der Regler selbsttätig auf das gewünschte Temperaturniveau ein.

Aus der Gesamtanordnung Fig. 2 ist die Gasturbine i mit dem Gaserzeuger 2 bestehend aus einem Radialverdichter 3 und auf gleicher Welle 4 sitzendem Turbinenrad 5 zu entnehmen. Die im Einlauf 6 angesaugte Luft wird nach dem Verdichterrad 3 über einen Leitapparat 7 zum Regenerativwärmetauscher 8 geführt. Er wird über das Getriebe 9 von der Welle 4 aus angetrieben. Die im Wärmetauscher erwärmte Luft tritt in die Brennkammer 10, in deren Düse 11 Kraftstoff vom Regler 12 kommend zugeführt wird. Ein Umlenkstück 13 führt die Verbrennungsgase der Brennkammer in den Leitapparat der Gaserzeugerturbine 14. Die Gase beaufschlagen dann das Gaserzeugerrad 5· Über einen Diffusor werden sie zum Verstelleitapparat 17 der Nutzturbine 18 weitergeführt und treten über den Diffusor 19 und den Wärmetauscher in die Abgasleitung 20. Die Leistung der Nutzturbine 18 wird über die Welle 21 abgegeben. An der Welle 21 ist ein Impulsgenerator 22 eingebaut, mit dem man die Drehzahl der Nutzturbine abnimmt und dem Regler 12 zuführt.

t_280 109826/0630

4.12.1969 - 17 -

Um den Regler 12 mit der vorgeschlagenen Punktion und den Korrekturparametern betreiben zu können, muß der Gesamtdruck p₀^ am Einlauf über die Drucksonde 23 und der statische Druck p^ über die Sonde 24 gemessen werden. Die Differenz der Sondendrücke ergibt den Staudruck q,- » Pq- - p^. Am Eintritt in die Gaserzeugerturbine ist die Sonde 25 für den Gesamßdruek Pq, eingebaut. Sie kann durch Sonden zwischen dem Verdichter und dar Gaserzeugerturbine ersetzt werden. Der Drehzahlimpuls des Gaserzeugers wird über das Getriebe 26 zum Segler geführt. Über das gleiche Getriebe erfolgt der Antrieb der Kraftstoffpumpe JO.

Zur Korrektur der Reglerfunktion wird zusätzlich die Eintrittstemperatur T. abgenommen (mit einem Widerstandsthermo 27). Eine Temperatur T im Bereich der Gaserzeugerturbine wird zur Verschiebung der Betriebslinie bei Veränderung des Triebwerkes benötigt Hier wird ein Thermoelement 28 hinter der Gaserzeugerturbine gewählt .

Mit den Pfeilen 55 "und 97 ist das Gaspedal und Bremspedal angedeutet. Vom Regler 12 aus wird eine Verstelleinrichtung L mit Kraftverstärkung 29 für den Verstelleitapparat benötigt.

Das Blockschaltbild nach Pig. 3 läßt zwei Reglerkreise erkennen. Zuerst soll der Reglerkreis für die Leitschaufelverstellung betrachtet werden. An der Gasturbine finden sich die Meßstellen (Sonde 23) für p_Q1 (4i) und p^ (Bonde 22), womit q, (42) gebildet

_T_280 10 9 826/083 0

t\.te.rjf/j - 18 -

wird. Sie werden im Multiplikator 43 in ein der Funktion q^. (xp_0<j + J Pq^j + ...) proportionales Signal verwandelt, das dem Funktionsgenerator 44 zugeführt wird. Am Gaserzeuger wird ferner Pq, (45)abgenommen und in einem Steuergerät 46 auf das Signal p_Q^ oder p_Q, . (a p_Q, + b Pq^ + ..) gebracht. Nach einer allfälligen Multiplikation mit einer Funktion im Multiplikator 47 von Tq,. wird im Multiplikator 48 für Gaserzeugerturbinenaustritt st emp er atur T₁. aus dieses Signal im Funktionsgenerator 44 mit dem Signal vom Multiplikator 43 verglichen, wie dies durch Gleichung 5* beschrieben irilJd.

Das resultierende Differenzsignal wird zu einem Steuerimpuls 50 benützt, der im Verstärker 51 verstärkt und zum Verstellgerät 29 für den Leitapparat geführt wird. Die in der Gasturbine ausgelöste Schaufelverstellung sorgt für die Einregelung des Betriebspunktes, der der eingegebenen Begier funkt ion entspricht.

Ein weiterer Regelkreis betrifft die Gaserzeugerdrehzahl n^ bzw. Kraft st off menge B. Das Gaserzeugerdrehzahlsignal 53 wird im Drehzahlregler 54 mit dem vom Gashebel 55 eingestellten Wert verglichen und führt zu entsprechender KraftstoffmengenzumessHng B. Zusätzlich wird die Nutzturbinendrehzahl ng (56^ gemessen, die, falls sie einen bestimmten Wert übersteigt, dazu benützt wird, die Gaserzeugerdrehzahl η,, zurückzunehmen» Ea muß wohl nicht näher erklärt werden, daß damit die Energiequelle als Primärursache der Drehzahl zurückgenommen wiöd.

_T_₂₈₀ · 109826/0630

4.12.1969 - 19 -

In seinen Einzelheiten ist ein ächematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung aus Fig. 4 zu entnehmen, die beispielsweise aus hydromechanischen Bauelementen zusammengesetzt ist. Ohne den Erfindungsgegenstand zu verändern, ist es in gleicher Weise möglich, elektronische, mechanische, hydraulische Bauelemente und/oder deren Kombinationen für die Regelung einzu setzten, ßcheaatisch ißt wieder der Radialverdichter 3 »it Welle und Gaserzeugerturbinenrad 5» Brennkammer 10, Regenerativwärmetauscher 8 und der Verstelleitapparat 17 der Nutzturbine 18 zu erkennen.

Der Kraftstoff wird bei 60 aus dem Tank gefördert und verzweigt sich zum Leitschaufelverstell-Regelkreis und zum Drehzahlregelkreis. Ersterer Regelkreis, der auch mit öl statt Kraftstoff vollkommen getrennt vom Drehzahlregelkreis betrieben werden könnte, soll zuerst betrachtet werden. Über die Pumpe 61 und das Filter wird der Kraftstoff den beiden VergleichsmeBstrecken 63« 64 zugeführt. Abgesichert wird das System durch das Überdruckventil Die Leitung 64a in der das Überdruckventil 90 angeordnet ist, verbindet sowohl den Kraftstoffeingang 60 und das Überdruckventil als auch den Ausgang der Vergleichsmeßstrecke, der seinerseits über die Leitung 64b mit dem Steuerzylinder 77 verbunden ist.

In der Vergleichsmeßstrecke 63 befindet sich eine feste Drossel 66 und eine von einer Funktion der Meßgrößen p_0/. und q,- abhängigen Drosselfläche 67. In der Fig. 6 wird noch näher ausgeführt, wie

109826/0630

beispielsweise eine Fläche F,. 67 erhalten wird, die z.B. einer Multiplikation der Meßgröße Pq* . q,. proportional ist. 25er Druck hinter der Regelfläche F₄* wird an der Stelle 68 abgenommen. In ähnlicher Weise wird in der Vergleichsmeßstrecke 64 eine justierbare Drossel 70 und eine fieglerdrossel 71 (-^p^ angeordnet. Die letztere stellt eine Fläche ein, die einer Funktion von Pq, proportional ist.

Der Druck hinter dieser Drossel wird an der Stelle 72 entnommen. Die Drücke an den Meßstellen 68 und 72 sind dann gleich, wenn die Flächen 67 und 71 gleich oder auf ein bestimmtes Verhältnis einjustiert sind. Ist j'ede der Flächen einer der beiden Seiten der Reglerfunktion nach Gl. 5 proportional nach

__L _β _J « konst. - ( Gl. 8 J

darin ist der Reglerkreis über die Abgleichung der Drücke ins Gleichgewicht zu bringen. Dazu wird bei zu kleiner Drosselfläche ¹I ^{β f}(P01 ' ^q*P gegenüber F₂ = ί(^₀^) P₀^ eier Druck bei 68 kleiner als der Druck bei 72. Die an den Meßstellen 68 und 72 abgenommenen Drücke wirken auf einem Zylinder 73» wo sie einerseits den Steuerkolben 73a, andererseits den mit dem Steuerkolben 73a verbundenen Steuerkolben 73b beaufschlagen, welche sich mittels der Federn 74 und 75 gegen die gegenüberliegenden Zylinderböden abstützen. Die im Steuerkolben angeordnete, mittig liegende, ringförmige Nut bildet die Steuerkanten 77a und 77b, über

ΪΤΐ2?1969 109826/0630 _ 21 -

die das von der Leitung 76 ankommende Druckmittel in die beiderseits des Betätigungskorbens 79 den Betätigungszylinder 79 einmündenden Verbindungsleitungen 78a und 78b fließt. In der Leitung 76 ist das Steuerventil 85 angeordnet.

Der auf dem Steuerkolben 73 lastende Differenzdruck (Steuerimpuls) verschiebt denselben entgegen dem Druck der Feder 74-· Von der Pumpe 61 kommender Kraftstoff wird unter Druck über die Leitung 76 und die Steuerkante 77a zum Betätigungszylinder 78 geführt, dessen Kolben 79 nach rechts geschoben wird, über das Gestänge 80 wird das Verstelleitgitter 81 etwas geöffnet, wodurch sich über das. Verhalten der Gasturbine ihr Durchsatz und damit der Differenzdruck q,-erhöht. Damit vergrößert sich die Hache F,. und der Druck bei 68 steigt. Erst bei abgestimmten Drücken ist der Regelvorgang beeÄÄet. Bei Drucklosigkeit im Zylinder 78 sorgt die Feder 82_?die £uf den Betätigungskolben 79 wirkt, für das öffnen des Verstelleitapparates.

Beim Start wird die Kraftstoffzufuhr durch das Steuerventil 85 verhindert, das erst über der Leer1aufdrehzahl geöffnet wird. Betätigt wird es elektrisch von einem Magneten 86, der von einem Schalter 87 ausgelöst wird, der bei Leerlaufstellung des Gashebels 55 automatisch einschaltet.

An der Steuerung der Fläche Fp ist außer dem Druck Pq^ zusätzlich noch die Temperatur Tq^. beteiligt. Während bei Zunahme des

109826/0630

- 22 -

Druckes die fläche vergrößert wird, verkleinert sie sich, bei Zknähme der Temperatur Tq,, , die beispielsweise mit Hilfe eines -, Dampfdruckthermometers 91 gemessen wird.

Eine weitere Temperatur korrektur wird dann vorgenommen, wenn Tq^ einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn das geschieht, wird von dem Meßgerät für Tq^ ausgehend eine bleibende Verschiebung der Ausgangsbasis 93 für die Steuerung der Fläche F₂ vorgenommen.

Eine besondere Einrichtung ist für das Bremsen des Fahrzeuges vorgesehen. Der Verstelleitapparat soll hier über die voll offene Stellung in eine Lage gebracht werden, in der die Schaufeln des Nutzturbinenlaufrades in umgekehrter Drehrichtung angelblasen werden. Dazu wird nach Schließen des Steuerventils 85 ein weiteres Ventil 95 > das in der Leitung 76a liegt, geöffnet. Der ölstrom bringt dann den Betätigungskolben 79 in eine extrem rechte Lage, wodurch über das Gestänge 80 der Leitapparat 81 in die Umschlägstellung gebracht wird. Betätigte wird das Ventil 95 vom Magneten 96, der von der Fahrzeugbremse 97 aus eingeschaltet wird.

Die Kraftstoff- bzw. Leistungsregelung wird über den Drehzahlregler 54 in Verbindung mit der schon beschriebenen Verstellsehaufelregelung bewirkt. Um eine gegenseitige Beeinflussung des Dreh-

109826/0630

zahlreglers und der Verstelleitschaufelregelung zu vermeiden, wurde hier eine zusätzliche Pumpe 101 angeordnet. Bei besonderen Vorkehrrungen wird es möglich sein, mit einer einzigen Pumpe** auszukommen. Die über die Versorgungsleitung 60a den Kraftstoff-· beziehende Pumpe 101 ist mit einem Filter 102 und einem Überdruckventil 103 ausgestattet. Der Kraftstoff Hießt anschließend bei konstant gehaltenem Differenzdruck durch den als Fliehkraftregler 100 ausgebildeten Drehzahlregler 54-, dessen Bemessungsquerschnitt daher proportional der durchströmenden Kraftstoffmenge ist. Das Differenzdruckventil 104 hält den vor und hinter dem Druckzahlregler 54- herrechenden Differenzdruck über die Leitung 60b konstant.

Der Drehzahlregler 54- wird von der Welle 105 angetrieben. Die Steuermuffe 106 läuft um, damit die Reibungskräfte gering werden. Gleichfalls umlaufend sind die Fliehgewichte 107, deren Fliehkraft de» Feder 108 entgegenwirkt. Die Federspannung wird vom Gashebel 55 über das Gestänge 109 eingestellt und damit praktisch eine Drehzahl bzw. die Leistung gewählt.

Bei Überschreitung einer zulässigen Drehzahl des Gaserzeugers löst der Überdrehzahlschutz 110 aus und öffnet einen in der Leitung 60b eingebauten Kraftstoffbypass 111. Beim Abstellen der Gasturbine wird ein weiterer Bypass 112 geöffnet.

4.18.1969 - 24 -

109826/0630

Minimal- und Maximalkraftstoffmenge am Kraftstoffregler 54 kann an den Anschlägen 114 und 115 eingestellt werden."

Überschreitet die Nutzturbinendrehzahl np ihren zulässigen Bereich, dann greift deren Überdrehzahlregler 116 ein und wirkt in Richtung einer Kraft stoff verminderung über das Gestänge 117 auf den Regler 54 ein. Der vom Drehzahlregler 54 freigegebene Kraftstoff kommt über die Leitung 118 und das Drainageventil 119 zur Kraftstoff düse 120 der Gasturbine. Bei kleinem Kraft stoff druck, der kurz vor dem Stillstand der Gasturbine auftritt, schließt das Drainageventil den Kraftstoffzutritt zur Kraftstoffdüseγ der in der Einspritzleitung 121 verbliebene Kraftstoff wird dann in die Drainageleitung 122 ausgeblasen.

Die Kraftstoffanlage ist noch durch das elektrisch betätigte Ventil 123 abgesichert, das den BypasB 124 nur dann geschlossen hält, wenn die Anlage (,'Strom" hat.

Für instationäre Betriebszustände ist ein Zusammenwirken des Kraftstoffsystems mit dem Leitschaufelverstellsystem erforderlich.

Durch das Vermaschen der Drehzahl- und Leitapparatverstellsystemesoll eine Wirkung erreicht werden, die näher angegeben werden soll. Wenn man von einem Betriebspunkt mit klei-

1 09826/0630 T- 280
4.12.1969

1B63432

ner Last auf größere Last übergehen will, dann muß man, um dies flink durchzuführen, zuerst bei möglichst geöffneter Leitapparatstellung mit Kraftstoffüberschuß beschleunigen. Diese Kraftstoffzufuhr darf nur bis zu der durch das fieglergesetz vorgeschriebenen Betriebslinie gesteigert werden. Gleichzeitig ist der Leitapparat off/en zu halten und erst zu schließen, wenn die gewünschte Drehzahl erreicht ist.

Dies wird im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nach Fig. 4- dadurch erreicht, daß ein Steuerzylinder *1J0 mit Steuerkolben 1JOa und 130b in die Kraftstoff zumeßleitung 118 geschaltet wird, wobei die Stellung des Steuerkolbens von den an den Meßstellen 68 und 72 abgegriffenen Drücken abhängt. Der Steuerkolben ist beiderseits federbelastet. Vom Steuerzylinder kann der Kraftstoff sowohl zur Brennkamin er abgesteuert werden, als auch zum Zylinder 134- (über die Steuerkante 132). Im Zylinder 134· befindet sich ein Betätigungskolben 137j der bei Druckbeaufschlagung entgegen der Feder 14-2 nach links verschoben wird und das Ventil 138 schließt, das in der Leitung 14-0 angeordnet ist. Diese Leitung verbindet die Meßstelle 68 mit dem Steuerzylinder 73·

Wie weiterhin aus Fig. 4 zu ersehen ist, wird bei Beschleunigungen - ausgelöst durch das Gaspedal 55 - vorübergehend eine Kraftstoffmenge durch den Drehzahlregler 54- zugemessen, die eine zu hohe Betriebstemperatur verursachen könnte. Angezeigt wird dies durch

IJJU280 109826/0630

4.12.1%9 - 2? -

einen überhöhten Differenzdruck zwischen den Meßstellen 68 und Er soll dazu herangezogen werden, auch das Kraftstoff system zu "beeinflussen. Zu diesem Zweck läßt man die Druckdifferenz auf den Steuerkorben 130 wirken. Überwiegt der Druck von Meßstelle 72, dann wird der über die Leitung 131 zuströmende Kraftstoff über die Steuerkante 132 des Steuerkolbens 130 über die Leitung 133 teilweise abgeführt, die zu dem im Zylinder 134 angeordneten Betätigungskolben 137 weitergeht. Der verbleibende Kraftstoff wird über die leitung 135» 118 und 121 und weitere Sicherheitseinrichtungen zum Brenner geleitet.

Die Abströmkraftstoff menge erzeugt je nach der Einstellung der Drossel 136 einen Differenzdmick am Betätigungskolben 137· Fließt Kraftstoff ab, dann wird das Ventil 138 teilweise oder ganz geschlossen. Damit wird der von der Meßstelle 68 kommende Druck gehindert, auf den Steuerkolben 13 einzuwirken. In der Leitung 140, die über eine einstellbare Drossel 141 mit der Kraftstoffeintrittsseite verbunden ist, entstehet somit ein geringer Druck. Er veranlaßt den Steuerkolben, im Sinne eines öffnens des Verstelleitapparates zu arbeiten.

Die Multiplikation der Meßgrößen p_Q^, T_Q^ und Tq, sowie die damit verbundene Ausbildung des Drosselquerschnitteis Fo, 71» gehen aus Fig. 5 hervor. In einer Druckkammer 130 sind mehrere zusammengehörige Bälge 131⁷ vorhanden, die außen dem Druck Pq* und innen dem Vakuum ausgesetzt sind. In einer weiteren Druckkammer 130a sind

109826/0630
T-280
4.12.1969 - 27 -

ebenfalls Faltenbälge 131a angeordnet, welche mittels einer Verbindungsstange 132 mit den Bälgen 131 verbunden sind. In der Druckkammer 130a herrscht ein beispielsweise von einem Dampfdruckthermometer bei einer bestimmten Temperatur Tq₄. entstehenden Druck, unter dessen Einfluß die Bälge 131a zusammengedrückt werden und wobei die dadurch entstehende Bewegung über die Ver-

I }

bindungsstange 132 an die Bälge 131 übertragen wird. Das Thermometer wird erst bei einer mit dem Anschlag 92 eingestellten Temperatur wirksam. Die Druckkammer 130a sitzt auf einer in ihrer Ausgangsbasis 93 dargestellten Platte auf, die in Abhängigkeit von der Turbineneintrittstemperatur Tq, in Pfeilrichtung verschiebbar ist, was mit der Darstellung der Stellschraube angedeutet ist.

Unter dem Einfluß des Druckes P_n, werden die Bälge 131 zusammengedrückt. Sie übertragen ihre Bewegung über die Verbindungsstange 133 auf den in der Meßstrecke 64 angeordneten Schieber 134» der ein Fenster 135 aufweist. Der Schieber 134 gleitet auf einer Gegenfläche 136 der Wand 137» welche eine öffnung 138 besitzt. Die beiden öffnungen 135 unä 138 überdecken einander und geben einen Querschnitt 139 frei.

Der Verlauf des freigegebenen Querschnitteife 139 soll der vorgegebenen Reglerfunktion (der rechten Seite der Gl. 5) entsprechen, so daß die Druckfunktion von ρ₀-, proportional der Fläche F^. ist, d.h. wenn man eine dem Druck Pq₅. proportionale

_Γχι_₂₈₀ 10982Β/0630

- 28 -

Bewegung des Schiebers wählt, entspricht die zu Jeder Stellung des Schiebers gehörige freigegebene Fensterquerschnittsfläche der vorgegebenen Eeglerfunktion. Die Begrenzung des Fensters 135 verläuft somit nach einer Exponentialfunktion. Der Kraftstoff tritt entsprechend der Fig. 4 durch den Fensterquerschnitt und ruft einen Drucksprung hervor.

Die Fläche F. nach Fig. 4 wird beispielsweise mit dem Multiplikator nach Fig. 6 eingestellt. Im Druckkörper 150, der mit dem Gesamtdruck p_Q<1 über die Eohrleitung 155 versorgt wird, befindet sich eine Anzahl von miteinander verbundenen Bälgen 15Ί» die innen unter dem statischen Druck p,- stehen, der über die Leitung 152 übertragen wird. Wirksam ist somit der Differenzdruck q,,. Die Bälge bewegen über die Verbiindungsstange 153 einen in der Meßstrecke angeordneten Schieber 154-, der ein Fenster 156 besitzt. Gezeichnet ist die Ausgangsstellung. Ähnlich eingerichtet ist der Druckkörper 161 mift den Bälgen 157 und der Verbindungsstange 158. Außen auf die Bälge 157 wirkt der Druck Pq,,. und innen Vakuum. An die Verbindungsstange 158 ist der Schieber 159 mit einem weiteren Fenster 160 angeschlossen. Dieser Schieber 159, dessen Bewegung quer zur Bewegung des Schiebers 154 verläuft, gleitet auf der in der Meßstcecke 63 stehenden Grundplatte 149. Die Ausgangsstellung der Fenster wird mit nicht gezeichneten Einrichtungen Justiert. Durch die Gestalt der Fenster und die Federcharakteristik ist die von den Fenstern gemeinsam freigegebene Fläche F^.

4.12.1969 - 2^Q -

1 09826/0630

in Abhängigkeit von den Drücken bestimmt. Im wesentlichen findet eine Multiplikation der Drücke statt, wobei durch die Gestalt der Fenster noch gewisse Korrekturen möglich sind.

In einem in Fig. 7 dargestellten Verdichterkennfeld, in dem das Druckverhältnis des Verdichters des Gaserzeugers über dem Durchsatz für verschiedene Drehzahlen eingetragen ist, liegt ein Teillastbetriebspunkt (C) bei einer gegenüber der Vollast (A) etwas abgesenkten Drehzahl.

Die Eintrittstemperatur der Turbine ist ungefähr gleich hoch wie bei der Vollast und dementsprechend muß der Verdichter durch den Verstelleitapparat (Drosselquerschnitt *Vj,_c) stark gedrosselt sein. (Betriebspunkt C)

Bei der Lastzunahme soll nun der Kraftstoff-Durchsatz zuerst zunehmen und der Leitapparat geöffnet werden. Zweckmäßigerweise öffnet man auf einen Querschnitt, der größer ist als er zur Vollast (F_D .) zugeordnet ist (Fig. 8). Die Turbineneintrittstemperatur Tq, oder das Temperaturverhältnis Tq^/Tq,. soll dabei etwa konstant bleiben. Dann steht der Leistungsüberschuß voll zum Beschleunigen des Gaserzeugers zur Verfügung. Erst dann, wenn die gewünschte Drehzahl (z.B. die Vollast-Drehzahl) erreicht ist, sollte der Leitapparat schließen. Durch den in Fig. 4 gezeigten Mechanismus wird dieses öffnea des Verstelleitapparates bei stark zunehmender Drehzahl erreicht, das so lange anhält, bis die Drehzahl nicht oder nur mehr geringfügig ansteigt.

109826/0630

T-280
4.12.1969

Claims

zh/fr

MOTOEEN- UND TUEBINEN-UIiIOlT
MACHEN GMBH.

München, den 4·. Dezember 1969

Patentansprüche

M. j Segeleinrichtung für Gasturbinen mit einem Gaserzeuger, der von einer Baugruppe mit veränderlicher Drosselwirkung, beispielsweise einem verstellbaren Leitapparat vor der Nutzturbine einer Zweiwellenturbine, welche zum Austausch der Wärme der Abgase auf die im Gaserzeuger verdichtete Luft mit einem Wärmetauscher ausgestattet sein kann, oder einer querschnittsveränderlichen Schubdüse bei einer Strahlturbine gefolgt ist, wobei die Betriebslinie des Gaserzeugers durch die zugehörige Drosselung vom Regler her passsnd zu jeder Drehzahl eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Betriebslinie des Gaserzeugers, sowie zur Begrenzung der Beschleunigung bzw. zu der Kraftstoff zufuhr „die !Funktion q^.pg^. » f (Tq^) . P03 ^k herangezogen wird, wobei mit q,,· der Staudruck, mit Pq> der- Gesamtdruck, mit Tq. die absolute Temperatur vor dem Verdicht er./oder zwischen Verdichter und Turbine gemessenen Ge samt druck und mit 06 und k je eine Konstante bezeichne* ist.

109826/0630
T-280 - 2 -
2. Eegeleinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erweiterte Funktion ζ°^Ρ ^ 'vK*

zur Einstellung der Betriebslinie dient, wobei mit x, y,K/ a, b, oo. und 6 konstante Werte bezeichnet sind.
3. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion f (Tq*) unterhalb einer bestimmten Temperatur T₀,. einer Konstanten gleichgesetzt wird.
4. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer bestimmten Umgebungstemperatur T₀₀ ausgehende lineare Temperaturfunktion

ff Φ J=K /Φ χ ι φ _βφ )/ ο* ptTirH Ή1 "K ΐβτ*ΐ τ*Η ΐίΐπΉί^ τ TT \ f\S\ J ^^ ··>»«#% I ΙΓ\{\ *^ \ f*\St ^^ f\f~\ J ι ^D^ " CT1 J.J. U W al·JL \X ■ W W W W J- Xl^

eine Konstante und T_Q^ die Ansaugtemperatur bezeichnet,
5. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Betriebslinie ein Regelkreis für die Drosselung und zusätzlich ein Reglerkreis für die Gaserzeugerdrehzahl vorgesehen ist, wobei der Reglerkreis für die Drosselung aus den Meßstellen für die Meßgrößen p_Q,, (Gesamtdruck vor dem Verdichter) und q^ (Staudruck vor dem Verdichter), aus einem ersten Multiplikator, der zur Umwandlung dieser Meßgrößen in ein der zur Einstellung der Betriebslinie herangezogenen Funktion proportio-

besteht nales Signal dienfe, und aus einem Funktionsgenerator/, in dem

l'-280 109826/0630

4.12.1969 - 3 -

_ 3» —

il

das Signal mit einem zweiten Signal verglichen wird,-da£ gemäß der Regelfunktion durch Multiplikation der Meßgrößen Pq, und Tq. im zweiten Multiplikator (47) resultiert, und daß das im· Funktionsgenerator (44) entstehende Differenzsignal zu einem Steuerimpuls benutzt wird, mit dessen Hilfe die Drosselung verstellbar ist, und wobei der zusätzlich vorgesehene Drehzahlreglerkreis zum Vergleich des Drehzahlsignals des Gaserzeugers mit dem vom Gashebel eingestellten Wert eine die Brennstoffmenge beeinflußender Drehzahlregler angeordnet, ist, der zusätzlich in bestimmten Arbeitsbereichen von der Nutzturbinendrehzahl beeinflußt wird.
6. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mechanische, elektronische, hydraulische oder pneumatische Bauelemente oder deren Kombinationen zur Verwirklichung der Reglerfunktion und für die Einstellung der Betriebslinie herangezogen werden.
7. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Drehzahl des Gaserzeugers ein Drehzahlregler (54) angeordnet ist, der die Kr aftstoffzufuhr zur Brennkammer beeinflußt.
8. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (54) als Fliehkraft

4.12.1969 109826/0630 -4-

regler (100) ausgebildet ist, dessen der Fliehkraft entgegenwirkenden Federn (108) vom Gashebel (55) vorzuspannen sind.
9. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerfunktion durch eine Begrenzungseinrichtung der Kraftstoffzufuhr (Beschleunigungsregler) ein stellbar ist.
10. Regeleinrichtung, bei der die Reglerfunktion mit Hilfe der Leitapparat-Yerstellung der Nutzturbine eingestellt wird, nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Drehzahl der Nutzturbine ein Grenzdrehzahlregler (116) angeordnet ist, der auf den Gaserzeuger wirkt.
11. Regeleinrichtung naclw den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gaserzeuger und Nutzturbinendrehzahl eine untere und obere Zuordnungsgrenze festgelegt ist, die durch einen Signalgeber angezeigt wird.
12. Regeleinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der die Drosseleinrichtungen sowohl beim Anlassen als auch bis zur Iieerlaufdrehzahl oder sogar darüber hinaus in geöffneter Stellung zu halten sind.

T_280 109826/0630

4.12.1969 - 5 -
13. Regeleinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch, gekennzeichnet , daß "bei instationären Betriebsfällen und "bei Leistungsänderung infolge der Ungleichheit der in der Regler funkt ion aufscheinenden Produkte ein Signal zur Verstellung der Drosselung (Leitapparat, Schubdüse) auslösbar ist.
14. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für den Gaserzeuger als auch für die Nutzturbine ein Überdrehzahlschutz (150) und (15t) vorgesehen ist.
15. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14-, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikator (43) für die Meßgrößen P_0-1 und τα* aus einer ersten, mit dem Gesamtdruck p-,, beaufschlagten Druckkammer (150) mit mehreren miteinander verbundenen Faltenbälgen (151) \ in denen der statische Druck p^. herrscht, und die über eine Yerbindungsstange (^53) mit dem mit einem Fenster (156) ausgestatteten Schieber (154-) verbunden sind, und aus einer zweiten, mit dem Gesamtdruck Vqa ^^e~ aufschlagten Druckkammer (161) mit mehreren miteinander verbundenen, evakuierten Faltenbälgen (157), die mittels der senkrecht zur Yerbindungsstange (153) stehenden ■Verbindungsstange (158) mit einem Fenster (160) ausgestatteten Schieber (159) verbunden ist, der auf dem Schieber (154·) aufliegt.

4.12.1969 109826/0630 -6-

den
16. Regeleinrichtung nach/vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckkammer (161) in Abhängigkeit von der Temperatur $q, in axialer Richtung der Verbin-" dungsstange (132) verschiebbar ist, wodurch eine maximale zuläßige Temperatur im Gaserzeuger und Turbineneintritt oder Austritt durch selbsttätiges Nachstellen gemäß der Reglerfunktion einhaltbar ist.
17. Regeleinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mit den in den Schiebern (154-, 159) angeordneten Fenstern (156, 160) ein Durchflußquer schnitt F,. erzielbar ist, welcher dem Produkt der Größen p_Q>. und q,, proportional ist.
18. Regeleinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Multiplikator aus zwei Druckkammern (130 und 130a) besteht, wobei in der ersten Druckkammer (130) der Druck p«, und in der zweiten Druckkammer (130a) ein der Ansaugtemperatur T_Q<1 entsprechender Druck L herrscht, und die Druckkammern mit mehreren hintereinander liegenden evakuierten Paltenbälgen (131 und 131a) ausgestattet sind, welche über die Verbindungsstange (132) miteinander und welche über die Verbindungsstange (133) mit dem mit einem einer Exponentialfunktion entsprechenden !Fenster (135) ausgestatteten Schieber (134^;) verbunden sind, der an einer mit dem Fenster (I38¹) versehenen Gegenfläche (136') gleitet.

109826/0630

4.12.1969 - ? -
19. Regeleinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator, in dem die beiden Signale verglichen werden, aus zwei Meßstrecken (63, 64) besteht, in welchen mittels der Schieber Durchflußquerschnitte f I₄. und Ρ« (6V₁ 71) gebildet werden, in welchen Meßstrecken j die Drosseln (66, 70) angeordnet sind, wobei stromabwärts der \ Durchflußquerschnitte (67, 71) an den Meßstellen (68, 72) der f jeweils herrschende Druck abgegriffen wird. /
20. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß der größere der an der Vergleichsmeßstrecke abgegriffenen Stellgröße des Steuerimpulses für die Verstellung der Drosseleinrichtung beispieleweise des Leitschaufelgitters an der Nutzturbine einer Zweiwellenmaschine verantwortlich ißt.
21. Regeleinrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß ζφη Vergleich der beiden I'unktionen des Hegelgesetzes eine Brückenschaltung zur Anwendung kommt.
22. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem als Steuerimpuls benutzten Stellgrößen beim mechanischen Regler eines in einem Zylinder (73) angeordneten Steuerkolben (73 und 73b) beeinflußbar ist, der seinerseits über die wechselweise von Steuerkanten abgedeckten

4.12.1969 109826/0630 -8-

-s-

Leitungen (78a, 78b) mit dem Betätigungszylinder (78) verbunden ist, in welchem der das Gestänge für die Leitschaufegitter-Stellung betätigende Betätigungskolben (79) angeordnet ist.
23. Regeleinrichtung nach vorgenannten Ansprüchen 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in den Vergleichsmeßstrecken (63 und 64) an den Meßstellen (68 und 71) abgegriffenen Drücken ein Steuerzylinder (130) angeordnet,|st, in dem der vom Drehzahlregler (54·) kommende Kraftstoff über Steuerkanten sowohl zur Brennkammer als auch zu einem weiteren Zylinder (134) absteuerbar ist, wobei in dem Zylindervorgesehene Feder belastete Betätigungskolben (13) das Ventil (138) betätigt, das in der von der Meßstelle (68) zu dem Steuersylinder (73) eines Stellgerätes führenden Druckleitung (140) liegt.
24. Hegeleinrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beschleunigungsvorgängen das Ventil (138) die Druckleitung (140) schließt, wodurch das Leitschaufelgitter in geöffneter Stellung verbleibt.
25. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Betatigungszylinder (78) zur Verstellung des Leitschaufelgitters ein Ventil (95) angeordnet ist, das bei Betätigung des Bremshebels (97) die Leitung (76a) öffnet,, und ein Umschwenken der Leitschaufeln in Gegenrichtung

109 8 26/0630

ei,nö_Klicht.