DE19939812A1 - Brennstoffeinspritzsystem für eine gestufte Brennkammer eines Fluggasturbinen-Triebwerks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für eine gestufte Brennkammer eines Fluggasturbinen-Triebwerks, deren Pilotbrenner stets mit einer gewissen Brennstoffmenge versorgt werden, während deren Hauptbrennern nur bei höherer Triebwerksleistung Brennstoff zugemessen wird, wobei stromab einer die gesamte Brennstoffmenge bestimmenden Steuer-Ventileinheit eine diese Brennstoffmenge auf die Pilotbrenner sowie die Hauptbrenner veränderbar aufteilende Stufungs-Ventileinheit vorgesehen ist, die beide von einem Triebwerksregler angesteuert werden, der für die Ansteuerung der Stufungs-Ventileinheit die gewünschte Triebwerksleistung zugrunde legt. Erfindungsgemäß ist die Regelung der gestuften Brennkammer durch die Verwendung eines brennkammerspezifischen Stufungsparameters charakterisiert, anhand dessen die Stufungs-Ventileinheit entsprechend einer Schaltgeraden angesteuert wird und wobei der Stufungsparameter aus einem von mehreren angegebenen funktionalen Zusammenhängen abgeleitet wird. Angegeben sind ferner mehrere neuartige Fuktionen bzw. Regelgesetze für ein solches gestuftes Brennstoffeinspritzsystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für eine gestufte Brenn­ kammer eines Fluggasturbinen-Triebwerks, deren Pilotbrenner stets mit ei­ ner gewissen Brennstoffmenge versorgt wird/werden, während deren Haupt­ brenner(n) nur bei höherer Triebwerksleistung Brennstoff zugemessen wird, wobei stromab einer die gesamte Brennstoffmenge bestimmenden Steuer- Ventileinheit eine diesen Gesamt-Brennstoffmassenstrom auf den/die Pilot­ brenner sowie den/die Hauptbrenner veränderbar aufteilende Stufungs- Ventileinheit vorgesehen ist, die beide von einem Triebwerksregler ange­ steuert werden, der für die Ansteuerung der Stufungs-Ventileinheit die ge­ wünschte Triebwerksleistung zugrunde legt. Ein derartiges Brennstoffein­ spritzsystem ist aus der WO 95/17 632 bekannt.

Mit einer sog. gestuften Brennkammer sind an einer Gasturbine, insbeson­ dere an einem Fluggasturbinen-Triebwerk, verringerte Schadstoffemissionen erzielbar, wenn die Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer hierfür ge­ eignet ausgelegt wird. Insbesondere muß hierfür die genannte Stufungs- Ventileinheit geeignet angesteuert werden, d. h. die Aufteilung der der Brennkammer in einem bestimmten Betriebspunkt zugemessenen gesamten Brennstoffmenge auf deren sog. Pilotzone, welcher der oder zumeist die mehrfach vorhandenen Pilotbrenner zugeordnet ist/sind, sowie auf deren Hauptzone, welcher der oder zumeist die mehrfach vorhandenen Haupt­ brenner zugeordnet ist/sind, sollte unter Verwendung von Kennfeldern erfol­ gen, die bevorzugt im Hinblick auf niedrige Schadstoffemissionen der Brenn­ kammer bzw. der in dieser stattfindenden Verbrennung hin ausgelegt sind. Selbstverständlich können bei der Auslegung dieser Kennfelder auch weitere Kriterien berücksichtigt werden, so bspw. eine möglichst große Stabilitätsre­ serve gegenüber einer Flammenverlöschung. In diesem Zusammenhang sei noch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß unter der genannten Aufteilung des Gesamt-Brennstoffmassenstromes auf die Pilotzone sowie auf die Hauptzone der Brennkammer auch derjenige Zustand zu verstehen ist, in dem die gesamte Brennstoffmenge alleine dem/den Pilotbrenner(n) zuge­ führt wird.

In der eingangs genannten WO 95/17 632 wird von einem sog. schubindikati­ ven Parameter gesprochen, anhand dessen die genannte Aufteilung des Gesamt-Brennstoffmassenstromes vorgenommen wird, d. h. dieser schubin­ dikative Parameter dient als Eingangsgröße für die Ansteuerung einer sog. Stufungs-Ventileinheit, die die genannte Aufteilung der von einer Steuer- Ventileinheit zugemessenen gesamten Brennstoffmenge auf die Pilotbrenner sowie auf die Hauptbrenner vornimmt. Dieser dort sog. schubindikative Pa­ rameter, der allgemein auch als Stufungsparameter bezeichnet werden kann und als ein solcher verwendet wird, ist dabei auch eine Kenngröße für die gewünschte Triebwerksleistung, die mit dem zugemessenen Gesamt- Brennstoffmassenstrom erzeugt werden kann. Für diesen Stufungsparame­ ter, der selbstverständlich einfach erfassbar bzw. meßbar sein soll, werden in dieser genannten Schrift entweder die Gastemperatur am Kompressor- Austritt oder der Quotient aus dem Gesamt-Brennstoffmassenstrom und dem Druck in der Brennkammer vorgeschlagen.

Wie bereits erwähnt wurde, soll die Stufungs-Ventileinheit bevorzugt unter Rückgriff auf emissionsoptimierte Kennfelder angesteuert bzw. betätigt wer­ den, d. h. der sog. Stufungsparameter, anhand dessen die Stufungs-Ventil­ einheit (wegen des Rückgriffs auf die genannten Kennfelder) anhand einer Schaltgeraden angesteuert wird, sollte nicht nur einen Bezug zur Trieb­ werksleistung haben, sondern in direkter Weise auch mit dem Betrieb der Brennkammer in Zusammenhang stehen, um die Vorteile, die eine gestufte Brennkammer hinsichtlich verringerter Schadstoffemissionen grundsätzlich besitzt, auch tatsächlich nutzen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, an einem Brennstoffein­ spritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen aufzuzei­ gen, mit Hilfe derer der Betrieb der Brennkammer des Fluggasturbinen- Triebwerks insbesondere hinsichtlich niedriger Schadstoffemissionen weiter verbessert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trieb­ werksleistung durch die Belastung der Gasturbinen-Brennkammer in Form eines sogenannten Stufungsparameters (SP) charakterisiert ist, anhand dessen die Stufungs-Ventileinheit entsprechend einer Schaltgeraden ange­ steuert wird und wobei der Stufungsparameter (SP) aus einem der folgenden funktionalen Zusammenhänge abgeleitet wird:

Nach dem ersten funktionalen Zusammenhang wird der Gesamt-Brennstoff­ massenstrom (WF) durch den Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30) di­ vidiert und dieser Quotient mit der Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30) multipliziert, das heißt der Stufungsparameter SP ist eine Funktion von [WF/P30.T30].

Nach dem zweiten funktionalen Zusammenhang wird der Gesamt- Brennstoffmassenstrom (WF) durch den Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30) dividiert und dieser Quotient mit der Quadratwurzel der Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30) multipliziert, d. h. der Stufungsparameter SP ist eine Funktion von [WF/P30.(T30)^1/2].

Nach dem dritten funktionalen Zusammenhang wird der Gesamt- Brennstoffmässenstrom (WF) durch den Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30) dividiert und dieser Quotient mit der Quadratwurzel des Quotienten aus der Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30) und der Gastempe­ ratur am Triebwerks-Eintritt (T20) multipliziert, d. h. der Stufungsparameter SP ist eine Funktion von [WF/P30.(T30/T20)^1/2].

Nach dem vierten funktionalen Zusammenhang wird der Gesamt-Brennstoff­ massenstrom (WF) durch den Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30) di­ vidiert und dieser Quotient mit dem Wert der Größe der Total-Temperatur stromab der Hochdruckturbine ( = T44) oder mit der Quadartwurzel hiervon multipliziert, d. h. der Stufungsparameter SP ist eine Funktion von [WF/P30.T44] bzw. SP ist eine Funktion von [WF/P30.(T44)^1/2].

In anderen Worten ausgedrückt soll die Regelung des Brennstoffeinspritzsy­ stemes einer gestuften Gasturbinen-Brennkammer also durch einen die Be­ lastung dieser Brennkammer charakterisierenden Stufungsparameter erfol­ gen, wobei die besagte Stufungsventileinheit entsprechend einer Schaltge­ raden angesteuert wird und der Stufungsparameter aus einem der oben auf­ gelisteten Zusammenhänge abgeleitet wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß handelt es sich nun beim Stufungsparameter (SP) weniger um einen schubindikativen Parameter sondern vielmehr um einen die Brenn­ kammerbelastung widerspiegelnden Parameter, so daß die Kennfelder, auf welche über diesen Stufungsparameter zugegriffen wird und aus denen her­ aus die Stufungs-Ventileinheit entsprechend einer Schaltgeraden angesteu­ ert wird, unter deutlich stärkerer Bezugnahme auf die Brennkammer und somit auf die darin stattfindende Verbrennung ausgelegt werden können. Damit ist eine verbesserte Verbrennung in nahezu allen Brennkammer- Betriebszuständen, in denen eine gestufte Verbrennung erfolgt, d. h. in de­ nen sowohl die Pilotbrenner als auch die Hauptbrenner mit Brennstoff ver­ sorgt werden, erzielbar.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Gesamt- Brennstoffmassenstrom (WF) über eine spezielle Kalibriertabelle in Abhän­ gigkeit von der Ventilposition der eingangs bereits genannten Steuer-Ventil­ einheit, die diesen in Form eines primären Zumessventiles bestimmt, be­ rechnet werden kann. Dabei kann das diesen Gesamt-Brennstoffmassen­ strom wiedergebende Signal, das gegenüber Signalrauschen besonders anfällig sein kann, mit Hilfe geeigneter Tiefpasselemente gefiltert werden. Ferner können die Anforderungen an das jeweils gewünschte Brennstoff- Luft-Verhältnis in den einzelnen Betriebspunkten (insbesondere auch hinsichtlich der jeweiligen Flamm-Verlöschgrenzen) über funktionale Zusammenhänge in entsprechenden Kennfeldern abgebildet werden.

Wie bereits erläutert wurde, kann eine gestufte Brennkammer mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Regelsystemes in zwei verschiedenen Operationsmodi betrieben werden. Im unteren Lastbereich des Triebwerks wird der gesamte Brennstoff in die Pilotzone der Brennkammer eingesprüht, so daß in diesem Modus die Operationsweise der gestuften Brennkammer derjenigen einer un­ gestuften Brennkammer entspricht. Ab einem bestimmten Betriebspunkt erfolgt die definierte Zuschaltung der Hauptstufe, wonach sowohl die Pilot­ brenner als auch Hauptbrenner mit Brennstoff versorgt werden. Das Um­ schalten zwischen dem ungestuften und dem gestuften Betriebsmodus erfolgt bevorzugt über eine Hysterese, welche primär ein zyklisches Schalten der Stufungs-Ventileinheit zwischen den beiden Operationsmodi bspw. infolge Signalrauschens verhindern soll. Diese Schalt-Hysterese besteht aus einem unteren und einem oberen Stufungspunkt, so wie dies grundsätzlich aus der eingangs genannten Schrift bekannt ist, und wobei bei einem Ansteigen der Triebwerksleistung über einen oberen Stufungspunkt die Hauptbrenner zuge­ schaltet und bei Absinken der Triebwerksleistung unter einen unteren Stu­ fungspunkt die Hauptbrenner abgeschaltet werden.

In einem quasistationären Betriebszustand des Triebwerks werden die Stufungspunkte bevorzugt aus einem Kennfeld in Abhängigkeit vom erfin­ dungsgemäßen Stufungsparameter ermittelt. Damit jedoch erwünschter­ maßen stets beim gleichen Wert für das Brennstoff-Luftverhältnis umgeschaltet wird, sollen nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung (vgl. Patentanspruch 2) möglicherweise störende Einflüsse berücksichtigt werden, wozu vorgeschlagen wird, die Hystereselänge geeignet zu verändern. Dies kann durch eine entsprechende Verschiebung des unteren oder des oberen Stufungspunktes erfolgen, wobei zu einem Grundwert eines der beiden Stufungspunkte, der insbesondere aus einem Kennfeld ermittelt wird, zumindest ein Korrekturglied (ΔSP) in Form eines Offsets addiert wird, durch welches zumindest einer der im folgenden Absatz erläuterten Einflußparameter berücksichtigt wird. Ein oberer bzw. unterer Stufungspunkt ergibt sich somit durch Addition bzw. Subtraktion dieses Kor­ rekturgliedes (ΔSP) zu bzw. von dem nominalen, aus einem der weiter oben genannten funktionalen Zusammenhänge abgeleiteten Stufungsparamter (SP). Dabei sei darauf hingewiesen, daß für jeden Einflußparameter ein ei­ genes additives Korrekturglied vorgesehen sein kann, die dann alle auf­ summiert werden können, so daß praktisch alle wesentlichen Einfluß­ parameter bei der Berechnung der Stufungspunkte über eine einfache Summenbildung berücksichtigt werden können. Der einzelne Beitrag der Einflußparameter wird dabei als relative Änderung zum nominalen Stufungspunkt erfasst.

Ein erster derartiger Einflußparameter ist der Absolutwert des Gasdruckes (P30) und/oder der Gastemperatur (T30) am Brennkammer-Eintritt. Diesbe­ züglich wird vorgeschlagen, den Stufungsvorgang vom ungestuften in den gestuften Betrieb zu verzögern, sobald der Brennkammer-Eintrittsdruck (P30) und/oder die Brennkammer-Eintrittstemperatur (T30) unterhalb be­ stimmter durch Brennkammerversuche ermittelte Grenzwerte für den stabilen Betrieb der Brennkammer sinkt/sinken. Diese Funktion ist insbesondere im gestuften Modus aktiv und führt bei Unterschreitung der genannten Grenzwerte für (P30) und/oder (T30) zum Umschalten in den Pilotbetrieb, in welchem nur die Pilotbrenner mit Brennstoff versorgt werden.

Ein zweiter Einflußparameter bezüglich einer Veränderung der Hysterese­ länge durch Verschieben bevorzugt des oberen Stufungspunktes ist die kor­ rigierte Drehzahl des Hochdruckverdichters (N2RT20) und der Gasdruck am Triebwerkseintritt (P20). Mit Hilfe dieser weiteren redundanten Funktion kann ein Umschalten vom ungestuften in den gestuften Modus unterhalb des Leerlaufbetriebszustandes des Triebwerkes verhindert werden. Konkret wird hierfür vorgeschlagen, in Abhängigkeit von definierten Grenzwerten für die korrigierte Drehzahl des Hochdruckverdichters (N2RT20) und für den Fan- Eintrittsdruck (P20) den oberen Stufungspunkt künstlich zu sehr hohen Werten für den Stufungsparamter (SP) zu verschieben und damit solange ein Umschalten zu verhindern, bis diese Grenzwerte überschritten sind.

Ein dritter Einflußparameter bezüglich einer Veränderung der Hystereselän­ ge durch Verschieben eines Stufungspunktes über ein additives Korrek­ turglied ist die Flughöhe des Fluggasturbinentriebwerks sowie Änderungen von Umgebungsbedingungen.

Ein vierter Einflußparameter schließlich ist die Lastwechselgeschwindigkeit des Triebwerkes, und zwar mit folgendem Hintergrund: Im gestuften Modus ist die Stabilität der Verbrennung in der Pilotzone zur Gewährleistung eines sicheren Betriebes der Brennkammer von entscheidender Bedeutung. Damit in jedem Betriebszustand keine Flammenverlöschung der Pilotbrenner durch eine ungünstige Brennstoffaufteilung auf die beiden Brennstoffkreise, d. h. auf die Pilotbrenner und auf die Hauptbrenner auftreten kann, wird der Umschaltvorgang vom reinen Pilotbetrieb in den gestuften Betrieb bei schnellen instationären Lastwechselvorgängen verzögert. Dazu wird auf den bereits genannten Grundwert des Stufungspunktes ein vom Betriebszustand der Brennkammer abhängiger Offset addiert. Hierdurch werden die Stufungspunkte bei schnellen Lastwechseln zu höheren Werten des erfindungsgemäßen Stufungsparameters (SP) hin verschoben.

Ein fünfter Einflußparameter berücksichtigt den Einfluß des Verdichterpum­ pens auf die Stabilität der Verbrennung in der gestuften Brennkammer, wor­ auf im Zusammenhang mit Anspruch 4 noch näher eingegangen wird.

In diesem Zusammenhang sei noch beschrieben, auf welche Weise ein schneller, sicherer und schubverlustfreier Übergang zwischen den beiden Operationsmodi der gestuften Brennkammer gewährleistet werden kann. Ein Stufungsvorgang d. h. ein Wechsel des Operationsmodus sollte nämlich keine signifikanten Auswirkungen auf das Verhalten des gesamten Trieb­ werkes, wie z. B. Verdichterpumpen durch instabile Verbrennung oder ver­ ringerten Pumpgrenzenabstand, Schubverlust, Flammenverlöschung, Be­ schädigung der Turbine durch Überhitzung, etc. hervorrufen. Folgende Methoden werden für einen schnellen und sicheren Übergang zwischen den Operationsmodi vorgeschlagen:

Während schneller Lastwechsel wird die Stabilität und Zündfähigkeit der Verbrennung durch eine kurzzeitige Anreicherung (Verfettung) des Brennstoff-Luft-Gemisches der Pilotzone sichergestellt, indem die Hauptstufe abgemagert und der damit überschüssige Brennstoff den Pilotbrennern zugeführt wird. Die Pilotzone arbeitet dann in jedem Fall innerhalb ihres Stabilitätsbereiches und dient für das Brennstoff-Luft-Gemisch der Haupt­ stufe als Zündquelle. Um dies zu erreichen, wird in Abhängigkeit von der momentanen Beschleunigung bzw. Verzögerung eine erweiterte Brennstoff­ splitting-Tabelle, in der in Abhängigkeit vom Stufungsparameter (SP) die Aufteilung des Gesamt-Brennstoffmassenstromes auf die Pilotbrenner sowie die Hauptbrenner festgehalten ist, verwendet. Als indikative Parameter für diese Brennstoffsplitting-Tabelle bzw. für dieses Kennfeld werden sowohl die zeitliche Ableitung der Drehzahl des Hochdruckverdichters (N2) als auch die zeitliche Ableitung des Brennkammer-Eintrittsdruckes (P30) genutzt. Zusätzlich wird über definierte Schliessratenbegrenzer eine zu starke Änderung des Brennstoffmassenstromes für den Pilotbrenner und damit eine zu starke Änderung der Brennstoff-Luft-Verhältnisse in der Pilotzone verhindert.

Parallel bzw. unterstützend hierzu kann ein sog. Splitwert, der die Kraft­ stoffaufteilung auf die Pilotbrenner und Hauptbrenner beschreibt (und somit aus der genannten Brennstoffsplitting-Tabelle auffindbar ist) und anhand dessen die Stufungs-Ventileinheit angesteuert wird, ebenfalls in Instationär­ zuständen angepaßt werden, wie in Anspruch 3 angegeben ist. Wie bereits mehrfach erwähnt wurde, wird in quasistationären Betriebszuständen des Triebwerks ein schadstoffoptimiertes Kennfeld zur Ansteuerung der Stu­ fungs-Ventileinheit verwendet, wobei der bzw. einer der erfindungsgemäßen Stufungsparameter als indikative Eingangsgröße für dieses Kennfeld heran­ gezogen wird. Ergänzend wird nun vorgeschlagen, während instationärer Triebwerks-Manöver den berechneten Splitwert durch einen Korrekturfaktor anzupassen, wobei dieser Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Drehzahl insbesondere der Hochdruckwelle des Triebwerks berechnet wird (vgl. Patentanspruch 3). Diese Anpassung kann dabei derart erfolgen, dass der kommandierte Pilot-Brennstoffmassenstrom und damit das Brennstoff-Luft-Verhältnis kurzzeitig erhöht wird, um eine Flammenver­ löschung der Flammen in der Pilotzone der Brennkammer zu verhindern. Dabei empfiehlt es sich, den so berechneten Splitwert bspw. über für elek­ tronische Steuerkreise bekannte High-Win- und Low-Win-Glieder innerhalb definierter Grenzwerte zu halten.

Anspruch 4 beschreibt eine weitere vorteilhafte Weiterbildung eines erfin­ dungsgemässen Brennstoffeinspritzsystems, um bei Erkennen eines Pum­ pens des Verdichters des Fluggasturbinen-Triebwerks einen stabilen Betrieb der gestuften Brennkammer zu gewährleisten. Die bereits bekannten bzw. existierenden Triebwerks-Regelgesetze können ein auftretendes Verdichter­ pumpen bevorzugt durch das Erfassen stark schwankender Werte des Gas­ druckes (P30) am Brennkammer-Eintritt und durch einen anschliessenden Vergleich mit einem gesetzten Grenzwert detektieren. Nun wird vorgeschla­ gen, dass die Ausgangsgrösse dieser Logik in einer digitalen elektronischen Steuereinheit zur Umsetzung des erfindungsgemässen Brennstoffeinspritz­ systems ein Flag für den Zeitraum des detektieren Pumpvorgangs auf den Wert "1" setzt. Dieser Flag wird dann genutzt, um in den ebenfalls in der elektronischen Steuereinheit implementierten Regelgesetzen für die gestufte Verbrennung für den Zeitraum des Verdichterpumpens die Hysteresebreite für die Schaltgerade zu verändern, (wozu bereits an dieser Stelle auf die später noch näher erläuterte Fig. 5 verwiesen wird). Dazu wird der obere Stufungspunkt in den Bereich hoher Lastpunkte und der untere Stufungs­ punkt in den Bereich niedriger Lastpunkte verschoben, so dass die gestufte Brennkammer in dem Betriebmodus vor dem Auftreten des Verdichterpum­ pens verweilt. Damit wird bei einer starken Änderung des Stufungsparame­ ters ein zyklisches Schalten zwischen den beiden Operationsmodi der Brennkammer (d. h. zwischen Pilotbetrieb, in dem nur die Pilotbrenner mit Brennstoff versorgt werden, und dem gestuften Betrieb, in dem auch die Hauptbrenner Brennstoff erhalten) verhindert. Nach dem Pumpen - d. h. so­ bald das Flag wieder den Wert "0" annimmt - wird die Hysterese wieder ent­ sprechend den hier beschriebenen (regulären) Regelgesetzen für den ge­ stuften Brennkammerbetrieb berechnet. Der Vorteil dieser Methode liegt ne­ ben dem Verhindern zyklischen Schaltens auch darin, dass der aktuelle Kraftstoffsplit während des kurzzeitigen Pumpens des Verdichters ohne ein Wechsel des Betriebsmodus immer noch aus einem Kennfeld berechnet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Pilotkraftstoffmassenanteil ent­ sprechend dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmt wird und eine genügend hohe Stabilitätsreserve gegenüber Flammenverlöschung erhalten bleibt.

Nach Anspruch 5 wird auf einen Grenz-Ersatzwert für den Splitwert zurück­ gegriffen, wenn der berechnete und danach zeitlich differenzierte Splitwert einen Grenz-Differenzenwert überschreitet. Hierdurch können eventuell auf­ tretende Störungen in der Regelgrösse bspw. während schnellster Last­ wechsel oder unerwarteter Betriebstörungen durch eine Limitierung der Öffnungs- bzw. Schliessungsrate der Stufungs-Ventileinheit abgefangen werden. Diesbezüglich wird bereits an dieser Stelle auf die beigefügte, später noch kurz erläuterte Fig. 4 verwiesen. Dazu wird die zeitliche Ablei­ tung des berechneten Splitwertes über einen Zeitschritt gebildet und mit Hilfe eines Limiters begrenzt. Dieser Limiter ist nur aktiv, wenn der kommandierte bzw. ermittelte Splitwert unterhalb eines definierten Grenzwertes fällt, der im gestuften Modus die maximal zulässige Brennstoff-Aufteilung auf die Pilot­ brenner sowie auf die Hauptbrenner berücksichtigt. Die aktuelle Änderungsrate der Position der Stufungs-Ventileinheit wird mit der maximal erlaubten Änderungsrate beaufschlagt, solange der vordefinierte Grenzwert erreicht ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, während eines Stufungsvorganges bzw. eines Überganges vom Pilotbetrieb (d. h. nur die Pilotbrenner werden mit Brenn­ stoff versorgt) in den gestuften Betrieb (d. h. die Pilotbrenner und die Haupt­ brenner werden mit Brennstoff versorgt) eine Änderung hinsichtlich der Ent­ nahme von Zapfluft aus dem Triebwerk zu unterdrücken. Hierdurch kann eine zusätzliche Variation des Brennstoff-Luft-Gemisches vermieden wer­ den. Nachdem anschließend im gestuften Operationsmodus ein Maximalwert für den Splitwert unterschritten wird, erfolgt dann minimal verzögert die ge­ wünschte Zapfluftentnahme im gestuften Betrieb.

Schließlich beschreibt Anspruch 7 eine sogenannte Stufungs-Vorwegnahme- Logik, die bei sich abzeichnender Zuschaltung der Hauptbrenner ein kurzzeitiges Befüllen der Hauptbrenner mit Brennstoff hervorruft. Dies geschieht mit dem Ziel, das Auftreten von Schubverlusten und Brennkammer-Instabilitäten im Verlaufe eines Stufungsvorganges (d. h. wenn zusätzlich zu den zuvor alleinig betriebenen Pilotbrennern nun auch die Hauptbrenner mit Brennstoff versorgt werden sollen) zu verhindern. Im Falle eines derartigen transienten Triebwerksmanövers kann es nämlich aufgrund des Auffüllvorgangs des wenn auch kleinen Totvolumens der Hauptbrennerdüsen kurzzeitig zu einem Absinken des der Brennkammer zugeführten Gesamt-Brennstoffmassenstromes kommen. Dies kann nun durch eine sogenannte Stufungs-Vorwegnahme-Logik verhindert werden, die während des Stufungsvorganges ein im Brennstoffsystem vorgesehenes Druckregelventil (Zumeßventil des Gesamt-Brennstoffmassenstromes) kurzzeitig weiter öffnet, um einerseits den Brennstoffdruck in den Pilotbrennern und damit den Brennstoffdurchsatz durch die Pilotbrenner aufrechtzuerhalten als auch die Totvolumina in den Hauptbrennern rascher aufzufüllen. Sowohl der Zeitraum der Positionsänderung des Ventils als auch der Betrag der Positionsänderung werden in Abhängigkeit von Parametern bestimmt, die den stationären Betriebszustand und die Änderung dieses Betriebszustandes berücksichtigen. Gleichzeitig erfolgt dadurch während der Stufung auch eine gewisse Anreicherung des gesamten Brennstoff- Luftverhältnisses in der Brennkammer, die notwendig ist, um die durch einen gewissen Zündverzug in der Hauptstufe der Brennkammer verzögert stattfindende Umsetzung des Brennstoffs in Wärme zu kompensieren. Daneben bestehen jedoch auch andere Möglichkeiten, bei einem sich abzeichnenden Stufungsvorgang kurzzeitig einen vergrößerten Brennstoffmassenstrom zur Verfügung zu stellen, um hiermit die Hauptbrenner vollständig zu befüllen und somit einen andernfalls möglicherweise kurzzeitig auftretenenden Schubverlust zu verhindern.

Als Abfragebedingung für diese vorgeschlagene Funktion wird jeder mögliche Parameter beansprucht, der im Zusammenhang mit der implemen­ tierten Grundformel bzw. den grundsätzlichen Regelgesetzen zum Stufungs­ vorgang steht sowie jede beliebige Kombination der Parameter untereinander, als auch die Möglichkeit einer Erweiterung der Abfrage­ bedingung durch weitere Tabellen, die auf diesem Parameter basieren. Grundsätzlich muß hierfür die genannte Abfragebedingung lediglich auf ge­ eigneten Tabellen basieren, die den zu erwarteten Verlust oder Überschuß des Gesamt-Brennstoffmassenstromes berücksichtigen.

In diesem Zusammenhang sei noch eine Methode zur Vorauffüllung der zu den Hauptbrennern führenden Brennstoffleitungen beschrieben, die beim An­ lassen des Triebwerks bevorzugt angewendet werden kann. Üblicherweise wird nämlich eine sog. Brennstoffringleitung, die zu den Hauptbrennern führt, bei jedem Abschalten des Triebwerks passiv, d. h. mit Luft, gespült und der darin befindliche Brennstoff in einen Spültank entleert. Beim Betrieb des Triebwerks ist es jedoch erforderlich, daß die Brennstoffringleitung zu den Hauptbrennerdüsen vollständig aufgefüllt ist, wenn vom ungestuften Pilotbetrieb zum gestuften Betrieb bzw. Operationsmodus übergegangen werden soll. Dies ist eine Voraussetzung für den sicheren und stabilen Betrieb des Triebwerks über dessen gesamten Leistungsbereich. Daher ist eine be­ sondere Maßnahme erforderlich, die sicherstellt, daß beim Anlassen des Triebwerks die Brennstoffringleitung zu den Hauptbrennern parallel mit dem Auffüllen der zu den Pilotbrennern führenden Brennstoffringleitung aufgefüllt wird. Hierfür wird die folgende Methode vorgeschlagen:

Vor jedem Anlassen des Triebwerks ist die Hauptbrenner-Ringleitung von Brennstoff leergespült. Wenn das Triebwerk angelassen wird (hierbei kann es sich um Bodenstarts und um Starts im Flug handeln), erfolgt zunächst ein über einen möglichst kurzen Zeitraum stattfindendes Auffüllen des gesamten Brennstoffleitungsvolumens zwischen der Brennstoffzumeßeinheit bzw. Steuer-Ventileinheit und den Einspritzdüsen der Pilotbrenner sowie der Haupt­ brenner. Der schnelle Auffüllvorgang hält den Einspritzverzug in die Brenn­ kammer und damit den dort stattfindenen Zündverzug so gering wie möglich. Hierfür ist eine zusätzliche Logik im elektronischen Triebwerksregler imple­ mentiert. Demzufolge werden zunächst mit einem erhöhten Brennstoff­ massenstrom, der mehrfach oberhalb des Zünd-Brennstoffmassenstromes liegt, sämtliche Brennstoff-Ringleitungen aufgefüllt. Damit dieser Brennstoff auch in die zu den Hauptbrennern führenden Leitungen gelangen kann, wird die genannte Stufungs-Ventileinheit vorübergehend von der nur die Pilot­ brenner beaufschlagenden Position in eine halboffene Position gefahren, in der auch die Hauptbrenner mit Brennstoff versorgt werden. Dadurch werden parallel zu den Pilotleitungen auch die zu den Hauptbrennern führenden Brennstoffleitungen aufgefüllt. Die entsprechende Öffnungszeit und die Öffnungsposition der Stufungs-Ventileinheit sind dabei geeignet vorbestimmt. Der Vorteil dieser Methode ist, daß auf die Überwachung des Füllzustandes der Leitung in/zu den Hauptbrennern verzichtet werden kann.

Um dabei sicherzustellen, daß die Hauptbrenner-Brennstoffleitungen vollständig gefüllt werden, ist der Brennstoffdruck in diesen Leitungen durch geeignete Positionierung der Stufungs-Ventileinheit selbstverständlich so groß zu halten, daß die Rückschlagventile in den Hauptbrenner-Einspritz­ düsen kurzzeitig aufgedrückt werden und sowohl das sich bildende Luft­ polster als auch eine geringe Brennstoffmenge in die Brennkammer hinein­ gedrückt werden. Diese geringe Brennstoffmenge verbrennt danach in der Brennkammer zusammen mit dem gleichzeitig durch die Pilotbrenner einge­ spritzten Zünd-Brennstoffmassenstrom. Die Hauptbrenner-Einspritzdüsen werden anschließend durch das passive Spülsystem wieder von Brennstoff freigespült, wodurch ein Verkoken der Hauptbrenner verhindert wird. Anschließend werden die Stufungs-Ventileinheit geschlossen (d. h. nur die Pilotbrenner sind zugeschaltet) und gleichzeitig der Brennstoffmassenstrom von der Brennstoffzumeßeinheit bzw. Steuer-Ventileinheit auf das Niveau des für die Zündung erforderlichen Zünd-Brennstoffmassenstroms reduziert. Die weitere Regelung der Brennstoffzufuhr bis zur Zündung und Be­ schleunigung wird wie bei einem Triebwerk mit einem konventionellen System gehandhabt.

Im Folgenden werden nun kurz die beigefügten Figuren erläutert, in denen neben einer gestuften Brennkammer (Fig. 1) eines Fluggasturbinen-Trieb­ werks ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Trieb­ werksregler (Fig. 2) dargestellt ist, und wobei die Fig. 3 bis 5 Prinzip- Schaltbilder zur Umsetzung in einer digitalen elektronischen Steuereinheit für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoff­ einspritzsystems zeigen.

In Fig. 1, in welcher ein üblicher Teil-Schnitt durch eine gestufte Ring- Brennkammer eines Fluggasturbinen-Triebwerks dargestellt ist, ist mit der Bezugsziffer 1 die Brennkammer und mit der Bezugsziffer 2 der Austritt aus dieser Brennkammer 1 bezeichnet. In die Brennkammer 1 gelangt gemäß den dargestellten Pfeilen ein von einem vorgeschalteten Kompressor geför­ derter und dabei verdichteter Gasstrom bzw. Luftstrom hinein, der den benö­ tigten Sauerstoff mitführt, um den über den (bzw. die mehrfach vorhandenen ringförmig angeordneten) Pilotbrenner 3 sowie ggf. über den (bzw. die mehrfach vorhandenen ringförmig angeordneten) Hauptbrenner 4 in die Brennkammer 1 eingebrachten Brennstoff (dieser ist punktiert dargestellt) in der Brennkammer 1 zu verbrennen. Die Verbrennungs-Abgase gelangen dann durch den Brennkammer-Austritt 2 gemäß Pfeil zunächst in die Turbine des Triebwerks und anschließend daran in die Umgebung.

Die Brennkammer 1 ist räumlich geringfügig unterteilt in eine Pilotzone 1a, die sich direkt stromab der Pilotbrenner 3 befindet, sowie in eine sich in Strömungsrichtung der Gase daran anschließende Hauptzone 1b, in die die Hauptbrenner 4 den Brennstoff abgeben. Letzteres, d. h. eine Brennstoffzu­ fuhr in die Hauptzone 1b der Brennkammer 1 über die Hauptbrenner 4 ge­ schieht jedoch nur in solchen Betriebspunkten des Triebwerks, in denen eine höhere Leistungsentfaltung bzw. Leistungsabgabe gefordert wird. Ständig hingegen gelangt über die Pilotbrenner 3 Brennstoff in die Brennkammer 1. In Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt des Fluggasturbinen- Triebwerks gelangen somit zwischen 10% und 100% des gesamten zuge­ führten Brennstoffmassenstromes über die Pilotbrenner 3 in die Brennkam­ mer 1, während demzufolge über die Hauptbrenner 4 bei hoher Triebwerks­ leistung 90% und bei niedriger Triebwerksleistung 0% des Gesamt-Brenn­ stoffmassenstromes in die Brennkammer 1 eingeleitet werden.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzsystem, mit wel­ chem die Pilotbrenner 3 sowie die Hauptbrenner 4 mit Brennstoff versorgt werden, schematisch und dabei stark vereinfacht dargestellt. Der Pfeil WF verdeutlicht dabei den Gesamt-Brennstoffmassenstrom, der über eine Steu­ er-Ventileinheit 6 dosiert und damit an einen bestimmten Betriebspunkt des Triebwerks angepaßt in die Brennkammer 1 eingeleitet wird. Eine sog. Stu­ fungs-Ventileinheit 7 stellt dabei ein, welcher Anteil dieses Gesamt-Brenn­ stoffmassenstromes WF gemäß Pfeil 3' den Pilotbrennern 3 und welcher (damit komplemtär zusammenhängende) Anteil dieses Gesamt-Brenn­ stoffmassenstromes WF gemäß Pfeil 4' den Hauptbrennern 4 zugeführt wird.

Mit der Bezugsziffer 8 ist der (elektronische) Triebwerksregler bezeichnet, der üblicherweise mehrere Regelblöcke enthält. Hier ist nun ein erster Re­ gelblock 8a dargestellt, der die Steuer-Ventileinheit 6 betätigt bzw. geeignet positioniert oder einstellt, und der hierfür geeignete (übliche) Triebwerkregel­ gesetze enthält bzw. berücksichtigt. Ferner ist ein zweiter Regelblock 8b dargestellt, der auf die Stufungs-Ventileinheit 7 einwirkt und demzufolge Re­ gelgesetze für die gestufte Verbrennung enthält bzw. berücksichtigt. Dieser Regelblock 8b bestimmt somit den sog. Splitwert S. der die Aufteilung des Gesamt-Brennstoffmassenstromes WF auf die Pilotbrenner 3 sowie auf die Hauptbrenner 4 kennzeichnet und stellt die Stufungs-Ventileinheit 7 dement­ sprechend ein.

Fig. 3 zeigt schematisch und stark vereinfacht die Berechnung der Auftei­ lung des Gesamt-Brennstoffmassenstromes WF auf die Pilotbrenner 3 (Brennstoffstrom 3' in Fig. 2) und die Hauptbrenner 4 (Brennstoffstrom 4' in Fig. 2), wobei diese Aufteilung durch einen sog. Splitwert S beschrieben wird. Wie weiter oben ausführlich erläutert wurde, wird hierbei auf die bekannten Größen
WF = Gesamt-Brennstoffmassenstrom,
P30 = Gasdruck am Brennkammer-Eintritt,
T30 = Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt, oder
T44 = Total-Temperatur stromab der Triebwerks-Hochdruckturbine
ggf. auch auf
T20 = Gastemperatur am Triebwerks-Eintritt
zurückgegriffen. Hieraus ergibt sich nach obigen Erläuterungen der sog. Stufungsparameter SP. Ferner kann noch die zeitliche Änderung der Drehzahl der Hochdruckwelle des Triebwerks, d. h. der Quotient (dNH/dt)_Ref berücksichtigt werden, wie dies oben in Verbindung mit Anspruch 3 erläutert wurde.

Über Kennfelder 5 ergibt sich hiermit ein Splitwert 5', der zunächst noch über ein an sich übliches Low-Win-Glied 9a sowie ein High-Win-Glied 9b geführt wird, woraus sich ein nominaler Splitwert S* ergibt. Das Low-Win-Glied 9a berücksichtigt dabei einen maximalen Splitwert MAX (dieser entspricht 100% Brennstoffanteil für die Pilotbrenner 3), während das High-Win-Glied 9b ei­ nen minimalem Splitwert MIN berücksichtigt, der zwischen 10% und 40% Brennstoffanteil für die Pilotbrenner 3 liegen kann. Auch diesbezüglich wird auf die Erläuterungen zu Patentanspruch 3 verwiesen.

In Fig. 4 ist eine bevorzugte Art der Limitierung der Brennstoff-Aufteilung auf die Pilotbrenner 3 sowie auf die Hauptbrenner 4 dargestellt. Diesbezüg­ lich wird auf die Erläuterungen zu Patentanspruch 5 verwiesen. Ein (zeit­ liches) Differenzierglied für den nominalen Splitwert S* trägt die Bezugsziffer 10 und der im obigen Beschreibungsabschnitt zu Anspruch 5 genannte Li­ miter die Bezugsziffer 11. Der Grenzwert, der für diese Abfrage ggf. berück­ sichtigt wird, ist als Eingangsgröße mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet und kann bspw. 50% betragen. Bei einer Stufung vom Pilotbetrieb in den sog. Dualbetrieb -(in diesem werden die Pilotbrenner und die Hauptbrenner be­ trieben)- durchläuft der kommandierte Splitwert den Bereich zwischen 100% und 40%. Erst ab einem Pilotbrennstoffanteil unterhalb von 50% erfolgt die Limitierung der Brennstoff-Aufteilung auf die Pilotbrenner. Dies bedeutet, daß der Anteil 4' am Gesamt-Brennstoffmassenstrom WF, der über die Hauptbrenner 4 in die Brennkammer 1 gelangen kann, im Bereich zwischen 0% und 50% liegen kann.

Fig. 5 schließlich zeigt ein Schemata zur bevorzugten Berechnung des Operationsmodus der Brennkammer 1, d. h. ob diese im Pilotbetrieb oder im gestuften Betrieb gefahren wird. Die Ausgangsgröße 14 dieses Schematas ist eine digitale Ja/Nein-Größe, die angibt, ob die Hauptbrenner 4 mit Brenn­ stoff versorgt werden oder nicht. Dieser Ausgangsgröße 14 ist ein Hystere­ seglied 15 vorgeschaltet, das bevorzugt die in Zusammenhang mit Patent­ anspruch 2 beschriebene Hysteresefunktion umsetzt. In dieser Figurendar­ stellung ist mit "Low Staging Point Setting" die Festlegung des weiter oben genannten unteren Stufungspunktes und mit "High Staging Point Setting" die Festlegung des weiter oben genannten oberen Stufungspunktes bezeichnet.

Neben dem berechneten Splitwert S* sowie dem aktuellen Splitwert "Actual" gehen dabei in diese Festlegung bzw. Berechnung des Stufungspunktes wie ersichtlich additiv mehrere Korrekturglieder ΔSP ein, so wie dies ebenfalls in Verbindung mit Patentanspruch 2 bereits ausführlich erläutert wurde. Diese einzelnen Korrekturglieder, die zu ΔSP aufsummiert werden, berücksichtigen dabei - wie bereits erläutert wurde - über geeignete Kennfelder 5 mehrere Einflußparameter. Die Berücksichtigung der Lastwechselgeschwindigkeit ist dabei mit "Transient" und diejenige der Flughöhe mit "Altitude" bezeichnet. Die ein Umschalten vom ungestuften Pilotbetrieb in den gestuften Operationsmodus unterhalb des Leerlaufbetriebszustandes des Triebwerkes verhindernde Funktion ist mit "Idle" bezeichnet, und diejenige Funktion, die einen Absolutwert für den Gasdruckes (P30) und/oder die Gastemperatur (T30) am Brennkammer-Eintritt berücksichtigt, um einen stabilen Betrieb der Brennkammer sicherzustellen, ist mit "Stability" bezeichnet.

Mit dem soweit beschriebenen Merkmalen ergibt sich ein Brennstoffeinspritz­ system für eine gestufte Brennkammer insbesondere eines Fluggasturbinen- Triebwerks, mit der ein im wesentlichen optimaler Betrieb dieser Brennkam­ mer 1 ermöglicht wird. Möglich ist insbesondere eine schadstoffoptimierte kennfeldgestützte Regelung der gestuften Verbrennung im quasistationären Betrieb. Die im Regelblock 8b des Triebwerksreglers 8 implementierbaren und weiter oben beschriebenen Regelgesetze für die gestufte Verbrennung erlauben einen Betrieb einer bzw. der gestuften Brennkammer 1 im unge­ stuften Pilotbetrieb und im gestuften Modus ohne signifikantem Einfluss auf die Sicherheit, Stabilität und das Schubvermögen des gesamten Trieb­ werkes während eines Stufungsvorganges, worunter ein Umschaltvorgang zwischen den beiden Operationsmodi verstanden wird. Insbesondere wird ein nahezu schubverlustfreier Übergang vom Betriebszustand mit alleiniger Beaufschlagung der Pilotbrenner 3 in den gestuften Betrieb, in dem neben den Pilotbrennern 3 auch den Hauptbrennern 4 Brennstoff zugemessen wird, gewährleistet. Der sog. Stufungsvorgang beansprucht dabei vorteilhafter­ weise nicht die vorhandene Stabilitätsreserve des Verdichters.

Die stufenlos einstellbare Stufungs-Ventileinheit 7 stellt sicher, daß sowohl das Emissionsniveau der Brennkammer insbesondere bezüglich NO_x als auch das Temperaturprofil am der Brennkammer 1 nachgeschalteten Tur­ bineneintritt über dem gesamten Betriebsbereich des Triebwerks optimiert ist. Die gewählte Methode der Einstellung des Brennstoffsplits, d. h. des Splitwerts S. auf die Pilotbrenner 3 und die Hauptbrenner 4 ermöglicht damit eine flexible Aufteilung des Brennstoffs entsprechend den aktuellen Anfor­ derungen an das Regelsystem im jeweiligen Betriebszustand. Damit erlaubt diese Methode neben einer optimalen Einstellung der Brennstoffaufteilung zur Minimierung der Schadstoffemissionen auch eine Optimierung des Betriebsverhaltens der Brennkammer hinsichtlich Verbrennungsstabilität, Ausbrandverhalten und des Temperaturaustrittsprofils über dem gesamten Lastbereich des Triebwerks.

Wie beschrieben erfolgt bevorzugt ein getrenntes Erfassen der wesentlichen Einflussfaktoren, wie z. B. Flughöhe, transiente Betriebsmanöver auf den Stufungspunkt sowie die korrekte Einstellung der Brennstoffaufteilung auf beide Brennstoffkreise im gestuften Modus. Alle wesentlichen Einflüsse auf die Stufungscharakteristik werden über einfache Kennfelder erfasst und deren Einfluss additiv sowohl auf den Stufungspunkt als auch auf den Brennstoffsplit, d. h. auf den Splitwert S. berücksichtigt. Damit wird sowohl eine Optimierung der Verbrennung in den beiden Brennkammerzonen, nämlich der Pilotzone 1a und der Hauptzone 1b, als auch die Einhaltung der Stabilität der Verbrennung gewährleistet.

Generell ergibt sich eine verbesserte Regelqualität aufgrund der Ver­ wendung von gut messbaren Triebwerks-Parametern, wie WF, P30, T30 u. a. Eine Synthetisierung von Triebwerks-Parametern wird hierdurch vermieden. Auch kann bei Implementierung der sog. Stufungs-Vorwegnahme-Logik während eines Stufungsvorganges eine signifikante Verminderung des Triebwerk-Schubes verhindert werden. Auch die beschriebene Berück­ sichtigung eines Anlaßvorganges ist in einem erfindungsgemäßen Brenn­ stoffeinspritzsystem äußerst vorteilhaft. Schließlich ist die Software zur Regelung des Stufungsprozesses einfach in einen vorhandenen Triebwerksregler integrierbar, wobei noch darauf hingewiesen sei, daß selbstverständlich eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (8)

1. Brennstoffeinspritzsystem für eine gestufte Brennkammer (1) eines Fluggasturbinen-Triebwerks, deren Pilotbrenner (3) stets mit einer gewissen Brennstoffmenge versorgt wird/werden, während deren Hauptbrenner(n) (4) nur bei höherer Triebwerksleistung Brennstoff zugemessen wird, wobei stromab einer die gesamte Brennstoffmenge bestimmenden Steuer-Ventileinheit (6) eine diesen Gesamt- Brennstoffmassenstrom (WF) auf die Pilotbrenner (3) sowie auf die Hauptbrenner (4) veränderbar aufteilende Stufungs-Ventileinheit (7) vorgesehen ist, die beide von einem Triebwerksregler (8) angesteuert werden, der für die Ansteuerung der Stufungs-Ventileinheit (7) die gewünschte Triebwerksleistung zugrunde legt, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksleistung durch die Bela­ stung der Gasturbinen-Brennkammer (1) in Form eines sogenannten Stufungsparameters (SP) charakterisiert ist, anhand dessen die Stu­ fungs-Ventileinheit (7) entsprechend einer Schaltgeraden angesteuert wird und wobei der Stufungsparameter (SP) aus einem der folgenden funktionalen Zusammenhänge abgeleitet wird:

• - {Gesamt-Brennstoffmassenstrom (WF)} dividiert durch {Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30)} multipliziert mit {Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30)},
  d. h. SP = Funktion von [WF/P30.T30] oder
• - {Gesamt-Brennstoffmassenstrom (WF)} dividiert durch {Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30)} multipliziert mit {Quadratwurzel der Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30)},
  d. h. SP = Funktion von [WF/P30.(T30)^1/2] oder
• - {Gesamt-Brennstoffmassenstrom (WF)} dividiert durch {Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30)} multipliziert mit {Quadratwurzel des Quotienten aus der Gastemperatur am Brennkammer-Eintritt (T30) und der Gastemperatur am Triebwerks-Eintritt (T20)}, d. h. SP = Funktion von [WF/P30.(T30/T20)^1/2] oder
• - {Gesamt-Brennstoffmassenstrom (WF)} dividiert durch {Gasdruck am Brennkammer-Eintritt (P30)} multipliziert mit {Total-Temperatur (T44) stromab der Hochdruckturbine oder der Quadratwurzel hier­ von},
  d. h. SP = Funktion von [WF/P30.T44],
  oder SP = Funktion von [WF/P30.(T44)^1/2]

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei bezüglich des Zu­ schaltens sowie des Abschaltens der Hauptbrenner (4) eine Hystere­ sefunktion vorgesehen ist, derart, daß bei Ansteigen der Triebwerks­ leistung über einen oberen Stufungspunkt die Hauptbrenner zuge­ schaltet und bei Absinken der Triebwerksleistung unter einen unteren Stufungspunkt die Hauptbrenner abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Grundwert eines der beiden Stufungspunkte, der insbesondere aus einem Kennfeld ermittelt wird, zumindest ein Korrekturglied (ΔSP) in Form eines Offsets addiert wird, durch welches einer der folgenden Einflußparameter berücksichtigt wird:

• - Absolutwert des Gasdruckes (P30) und/oder der Gastemperatur (T30) am Brennkammer-Eintritt
• - korrigierte Drehzahl des Hochdruckverdichters (N2RT20) und Gas­ druck am Triebwerkseintritt (P20)
• - Flughöhe und/oder ausgewählte Umgebungsbedingungen
• - Lastwechselgeschwindigkeit
• - Verdichterpumpen

3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus dem Stufungsparameter (SP) über ein Kennfeld ein sog. Splitwert (S) er­ mittelt wird, der die Brennstoffaufteilung auf die Pilotbrenner (3) und die Hauptbrenner (4) beschreibt und anhand dessen die Stufungs- Ventileinheit (7) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Instationärzuständen des Triebwer­ kes der Splitwert (S) durch einen Korrekturfaktor angepaßt wird, der in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Drehzahl insbesondere der Hochdruck-Welle des Triebwerks ermittelt wird.

4. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Pumpens des Ver­ dichters des Fluggasturbinen-Triebwerks die Hysteresebreite der Schaltgeraden erweitert wird, um ein zyklisches Schalten zwischen den beiden Betriebsmodi zu vermeiden, wobei der aktuelle Kraftstoff- Splitwert (S) aus einem Kennfeld (5) ermittelt wird.

5. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Grenz-Ersatzwert für den Splitwert zurückgegriffen wird, wenn der zeitlich differenzierte berech­ nete Splitwert einen Grenz-Differenzenwert überschreitet.

6. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Stufungsvorganges, bei welchem die Hauptbrenner (4) zugeschaltet oder abgeschaltet wer­ den, initiiert durch den Triebwerksregler (8) eine Änderung der Zapfluft-Entnahmerate aus dem Triebwerk verhindert wird.

7. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine Stufungs-Vorwegnahme-Logik, die bei sich abzeichnender Zuschaltung der Hauptbrenner (4) ein kurzzeitiges Befüllen der Hauptbrenner verursacht.

8. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Anlaßvorganges des Triebwerks die Kraftstoffleitungen zu den Hauptbrennern gleichzeitig mit den Leitungen zu den Pilotbrennern befüllt werden, ohne den Füll­ zustand in den Hauptbrenner-Leitungen zu messen.