DE2004078C3 - Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke mit Nachverbrennung - Google Patents

Description

Die Et !inciting betrifft eine Brennstoff regelanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem Gasturbinentriebwerk mit Nachverbrennung kommt es unter anderem wesentlich darauf an, daß durch-das Zuschalten einzelner Nachbrenner die gleichmäßige Brennstoffversorgung bereits gezündeter Nachbrenner nicht beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck schlägt die USA.-Patentschrift 174 281 vor, bei einer Brennsioffrcgelanlage der eingangs genannten Art die Steueröffnungen des Steuerschiebers in Öffnungsrichtung kegelig zu erweitern und zudem parallel zum Steuerschieber eine weitere zum Nachbrenner führende Brennstoffleitimg mit einer Drossclstellc vorzusehen, die im Steuerschieber stromaufwärts der Steueröffnungen einen Druckstau erzeugt. Der Druckstau wird jedoch bereits beim ersten Zuschalten einer Brennstoffleitung so weit abgbeaut, daß die Zuschaltung jeder weiteren Brennstoffleitung bzw. die Zündung des zugehörigen Nachbrenners sich nachteilig auf die kontinuierliche Brcnnstoffversorung der bereits gezündeten Nachbrenner auswirkt und somit die Gefahr des Erlöschens einer Brennerflamme besteht.

xo Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Brennstoffregelanlage der genannten Art die Regelung der Brennstoffzufuhr weiter zu verbessern, so daß auch beim Zuschalten weiterer Brennstoffleitungen ein Druckabfall in der Brcnnstoffversorgung bereits gezündeter Nachbrenner vermieden wird.

Die Aufgabe wird bei einer Brennstoffrcgelanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erwähnten

ao Merkmale gelöst. Auf diese Weise kann die Brennstoffzufuhr zu jedem neu eingeschalteten Nachbrenner so bemessen werden, daß ein in seiner Höhe schädlicher Druckabfall in den bereits beaufschlagten Brennstoffleitungen vermieden wird.

Durch die USA.-Patentschrift 2 916 876 ist bereits eine Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke mit Nachverbrennung bekanntgeworden, bei der in einer gleichzeitig vom Brennstoffdruck beaufschlagten ersten und zweiten Brennstoffleitung ein Stcuerventil angeordnet ist, wobei die Brennstoffzufuhr durch die zweite Brennstoffleitung in Abhängigkeit eines an beiden Steuerventilen gemessenen Druckgefälles erfolgt. Die Anlage ist jedoch verhältnismäßig komplex und ermöglicht lediglich den gleich-

zeitigen Einsatz von zwei Nachbrennern.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere betreffend die Ausbildung des Steuerschiebers, sind in den weiteren Untcransprüchcn enthalten.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die eine Brennstoffregelanlage für ein Gasturbinentriebwerk mit Nachverbrennung in schcmatischer Darstellung zeigt.

Die dargestellte Anlage weist ein Hauplrcgelventil 10 mit einem Steuerschieber 11 auf, der in einer fest angeordneten S*euerbuchse 12 sowohl drehbar als auch in axi«.5;r f chtung verstellbar ist. Der Steuerschieber 1! i:\ hol»! und mit einer rechtcckförmigen Steueröffnung ' '* versehen, die mit einer an die Brennstoffleitung angeschlossenen Einlaßöffnung 13 in der Steuerbuchse 12 zusammenwirkt. Die beiden Öffnungen bilden zusammen eine Blende mit änderbarem Querschnitt, durch die der Brennstoff unter Druck vom Einlaß 15 des Hauptrcgelventils 10 in das Innere des Steuerschiebers 11 gelangt. Der Brennstoff wird durch eine Kreiselpumpe 16 zugeführt, die von einer Turbine 17 angetrieben wird. Zwischen Pumpe 16 und Einlaß 15 ist ein Druckcntlastungsventil 18 vorgesehen, dessen Steuerglied 19 durch den Brennstoffdruck am Einlaß 15 in Richtung Verringerung der Brennstoffzufuhr zum Einlaß 15 und durch den Druck innerhalb des Steuerschiebers 11 in Richtung Erhöhung der Brennstoffzufuhr zum Einlaß 15 betätigbar ist. Zwischen dem Inneren des Steuerschiebers 11 und dem Ventil 18 ist über eine öffnung 20 im Steuerschieber 11 und eine Ringnut 21 in der Steuerbuchse 12 eine Verbindung her-

gestellt. Das Steuerglied 19 ist federbelastet und weist fall an der festen Drossel 40 größer wird. Der

einen die Federkraft ändernden Verstellnocken 22 auf, Steuerschieber wandert also nach unten, bis die auf

der mittels eines Hebels 49· betätigt werden kann. den Hebel 43 auseeübte höhere Kraft dazu führt.

Das Hauptregdvciuil 10 hat vier Auslaßleitunwn daß die Drossel 4jf so weit ucsclossen wird, um den

23, 24, 25 und 26. Die Auslaßleitung 23 ist un- 5 Kräfteausgleich wieder herzustellen. Entsprechend mittelbar an einen ersten Einlaß des Nachbrenners bewirkt eine geringere Luftdruckbcaufschlagung eine angeschlossen. Die AuslaßlcUungen 24, 25 und 26 Verschiebung des Steuerschiebers 11 nach oben.

sind über 1 lilfsvcntile 27, 28 und 29 jeweils mit einem Jedes Hilfsventil 27, 28 und 29 weist ein feder-

zweiten, dritten und vierten Einlaß des Nachbrenner; beaufschlagtes Steuerglied 46, 46', 46" auf, das mit verbunden. Die Verbindungen zwischen dem Inneren io einer Durchflußöffnung 47, 47', 47" versehen' ist des Steuerschiebers 11 und den Auslaßleitungen 23, Der Brennstoffdurchfluß wird durch eine Vcrschie-

24, 25 und 26 werden über Stcueröffnungen ^30. 3 U bung des Stcuerglieds nach oben erhöht. Die untere 32, 33 I.vrgestellt. Der Durchflußquerschnitt der Fläche des Sleuerglieds 46, 46', 46" wird von einem Steueröffnungen ist infolge des Zusammenwirkens Brennstoffdruck aus dem Inneren des Steuerschiebers von Steuerschieber 11 und Steuerbuchse 12 durch 15 11 beaufschlagt. Zu diesem Zweck ist jeweils eine axiale Verschiebung des Steuerschiebers 11 änderbar. Verbindung zur Ringnut 21 hergestellt. Die oberen Dagegen bewirkt eine Drehbewegung des Steuer- Flächen der Steuerglieder 46, 46', 46" werden vom Schiebers 11 keine Änderung des Durchflußquer- jeweiligen Brennstoffdruck in den Auslaßleitungen Schnitts. 23, 24 bzw. 25 beaufschlagt. Der Nettoeffekt der

Die Drehbewegung des Steuerschiebers 11 wird 20 Brennstoffdrücke an den Hilfsventilen 27, 28 und 29 mittels eines Servomechanismus 34 gesteuert. Dieser wird also durch den jeweiligen Druckabfall an den Servomechanismus weist einen mechanischen Ein- Steueröffnungen 30,31 bzw. 32 bestimmt,
gangsteil 35 auf, der mit einem vom Piloten bedien- Die Federkraft an den Hilfsventilen 27, 28, 29

baren Hebel 36 gekoppelt ist. Die Bewegungen des ist mittels eines durch einen Hebel 49 betätigbaren Eingangsteils 35 werden in bekannter Weise auf einen as Nockens 48 änderbar. Alle Hebel 49 sind mit einer Kolben 37 übertragen. Es ist jedoch noch ein zweiter gemeinsamen Betätigungseinrichtung 50 gekoppelt, mechanischer Eingangsteil 38 vorgesehen, der mit Zur Einrichtung 50 gehört eine druckluftbetätigte der Steuervorrichtung für die Schubdüse des Trieb- Kolben-Zylindereinheit, wobei die eine Seite des werks gekoppelt ist. Eine Bewegung des Kolbens 37 Kolbens 51 von einem Luftdruck beaufschlagt wird, nach links zur Erhöhung des Brennstoffdurchflusses 30 der unmittelbar vor den Nachbrennern des Triebwird durch den Eingangsteil 38 begrenzt, so daß der werks abgeleitet ist. Die andere Seite des Kolbens Brennstoffzufluß über einen durch «ie Schubdüsen- ist über eine Drosselstelle 52 mit der Druckseite des stellung bestimmten Wert hinaus nicnt erhöht werden Triebwerkverdichters verbunden. Diese andere Seite kann. des Kolbens 51 ist ferner über eine Blende 53 be-

Die axiale Bewegung des Steuerschiebers 11 er- 35 lüftet, deren Querschnittsfläche von einer vom KoI-folgt durch einen Kolben 39, der auf seiner oberen, ben 51 getragenen, konisch ausgebildeten Ventilnadel kleineren Randflächc von einem Druck beaufschlagt 54 bestimmt wird. Für jeden Wert im Verhältnis der wird, der von der stromaufwärtigcn Seite des Ventils Druckluftbeaufschlagung zu beiden Seiten des KoI-18 stammt. Auf diese Weise wird der Steuerschieber bens 51 gibt es eine entsprechende Gleichgewichts-11 in eine Richtung bewegt, in der sich der Durch- 40 stellung des Kolbens 51. Der Kolben 51 steigt (wie flußquerschnitt der öffnungen 13, 14 und der der in der Zeichnung dargestellt) bei Erhöhung des Aus-Steueröffnungen 30, 31, 32 und 33 vergrößert. Der laßdrucks des Triebwerkverdichters nach oben (wenn Druck auf der anderen Seite des Kolbens 39 wird sich nicht eine entsprechende Druckerhöhung in den durch den Brennstoffdurchfluß durch eine feste Nachbrennerkammern einstellt).
Drossel 40 im Kolben und eine damit in Reihe ge- 45 Der Kolben 51 ist mit einer Kolbenstange 55 verschaltete änderbare Drossel 41 bestimmt. Die Drossel sehen, die einen normalen Nachlauf-Scrvokolben 56 41 ist mittels eines Hebels 42 änderbar. Zwischen steuert, der durch unter Druck stehenden Brennstoff dem Steuerschieber 11 und dem Hebe) 42 ist eine betätigt wird. Der Kolben 56 fährt ebenfalls mit der Feder 43 angeordnet, die die Drossel 41 in Schließ- Erhöhung des Ausiaßdruckes am Triebwerksverrichtung beaufschlagt und den Steuerschieber anhebt 50 dichter nach oben. Er ist mit den Hilfsventilen 27, (d. h., der Steuerschieber wird in eine Richtung be- 28, 29 gekoppelt, so daß die in Schließrichtung wegt, in der der Brennstoffdurclifluß verringert wird). wirkende Federbelastung dieser Ventile mit dem Eine weitere Feder 44 übt auf den Hebel 42 eine Hochfahren des Kolbens 56 vergrößert wird. Kraft aus, die in entgegengesetzter Richtung wirkt. Zwischen den Hebeln 49, 49', 49" und den diese Auf den Hebel wirkt schließlich noch ein evakuierter 55 Hebel mit den Kolben 56 verbindenden Koppeln Faltenbalg 45 ein, dessen Außenseite vom Auslaß- sind unabhängig voneinander einstellbare Verbindundruck des Triebwerkverdichters beaufschlagt wird. gen 57 vorgesehen. Zusätzlich lassen sich die auf die Der Steuerschieber 11 befindet sich in einer Gleich- Steucrglicder 46, 46', 46" in Öffnungsrichtung wirgewichtslage, wenn die Drossel 41 so weit geöffnet kenden Federn 58 unabhängig voneinander verist, daß an ihr ein Druckabfall entsteht, der für einen 60 stellen.

Ausgleich der unterschiedlichen Druckflachen an der Ferner ist eine Servovorrichtung 59 vorgesehen,

oberen und unteren Seite des Kolbens 39 und der die ein Drosselventil 61 in der Luftzufuhr zur Tur-Wirkung der Feder 43 auf den Steuerschieber sorgt. binc 17 steuert. Die Vorrichtung 59 weist einen Die auf den Hebel 42 wirkenden Federkräfte werden Kolben 60 auf, dessen eine Seite mit dem vollen durch die vom Faltenbalg 45 ausgehende Kraft aus- 65 Auslaßdruck <!er Pumpe 16 beaufschlagt wird. Die geglichen. Eine Erhöhung in der erwähnten Druck- andere Seite des Kolbens 60 wird von dem Brcnnbeaufschlagung führt zu einem öffnen der Drossel stoffdruck beaufschlagt, wie er in der Ringnut 21 41, was wiederum zur Folge hat, daß der Druckab- vorherrscht. Der Kolben 60 ist entgegen der Brenn-

stoffdruckbeaufschiagiing federbelastet. Der Kolben

60 ist mit dem Drosselventil 61 über einen geschlitzten Arm 62 verbunden,, dor das Drosselventil

61 und eine Koppel 63 dreht. Die Koppel 63 ist mit Hilfe des Bedienungshebels 36 drehbar, um die radiale Entfernung zwischen der Achse des Drosselventils 61 und dem Angriffspunkt der Koppel 63 am Arm 62 zu verändern.

Im Betrieb ändert sich die Stellung des Steuerschiebers 11, wie bereits oben ausgeführt entsprechend der Stellung des Bedienungshebels 36, der Stellung der Schubdüse sowie des Auslaßdruckes am Tricbwerkvcrdichtcr. Zunächst, d. h., wenn der Brennstoffdurchfluß gering ist, wird der gesamte Brennstoff zur Auslaßöffiump 23 geleitet. Mit der Krhöhung des Gesamlbrcnnstoffdurchflusses α höhl sidi der Druckabfall an der Steueröffnung 30. bis sieh das Hilfsventil 27 zu öffnen beginnt. Entsprechend beginnen sich die Hilfsventil·; 28 und 29 bei lirreichen der vollen DurchfluUwcrlc zu öffnen, die vom Wert des durch den Faltenbalg 45 gemessenen Verdichtcrauslaßdrucks und vom Wert des durch die Betätigungseinrichtung SO gemessenen Druckverhältnisscs abhängen.

Das Drosselventil 61 wird automatisch eingestellt, um sicherzustellen, daß die Drehzahl der Pumpe zur Förderung der erforderlichen Brennstoffmenge mit dem erforderlichen Druck ausreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke mit Nachverbrennung, bei der in der zu den Nachbrennern führenden Brennstoffleitung ein Hauptregelventil mit einem durch Betriebskenngrößen und einem Leistungswählhebel verstellbaren Steuerschieber vorgesehen ist, der entsprechend der Anzahl der Nachbrenner parallclgeschaltete Steueröffnungen aufweist, die mit festen Auslaßöffnungen zusammenwirkend der Reihe nach öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß in den an die zweite, dritte und vierte Auslaßöffnung angeschlossenen Auslaßleitungen (24, 25, 26) je ein Hilfsventil (27, 28, 29) angeordnet ist, dessen Steuerglied (46, 46', 46") durch eine Feder in Schlicßrichtung und durch den Druckabfall an der vorher öffnenden Steueröffnung (30, 31, 32) in Öffnungsrichtung belastet ist, daß jedes Hilfsventil eine Verstelleinrichtung (48,48', 48") für die Federvorspannung aufweist und daß diese Verstelleinrichtungen durch eine Einrichtung (50) gemeinsam betätigbar sind.

2. Brennstoffregelanlagc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Steuerschieber (11) umgebende, die festen Auslaßöffnungen aufweisende Steuerbuchse (12) eine an die Brennstoffleitung angeschlossene Einlaßöffnung (13) und der Steuerschieber eine damit zusammenwirkende Steueröffnung (14) aufweist.

3. Brcnnsloffregelanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (11) zur Änderung des Durchflußquerschnitts der Steueröffnung (14) verdrehbar und zur Änderung des Durchflußquerschnitts der Steueröffnungen (30, 31, 32, 33) durch Betriebskenngrößen, z. B. Drücke am Triebwerksverdichter, axial verstellbar ist.

4. Brennstoffregelaniage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffleitung (15) dem Hauptregclventil (10) ein vom Druckabfall an dessen Einlaßsteueröffnung (14) gegen eine Feder gesteuertes Ventil (18) vorgeschaltet ist und daß deren Vorspannung über eine einstellbare Verbindungsvorrichtung (58) durch die gemeinsame Betätigungseinrichtung (50) verstellbar ist.