DE2012343C2 - Brennstoffregeleinrichtung für eine Gasturbinenanlage mit freier Nutzleistungsturbine - Google Patents

Description

dadurch pekennzeichnet, daß in dem zweiten Regelkreis (56) ein Verstärkungssignal gebildet wird, welches i^roport jnal zum Rückstellsignal erzeugt, durch die Verzögerungseinrichtung (204, 210) verzögert und dem /weiten Istsignal parallel geschaltet wird.

2. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch I. bei der die Regelkreise aus fluidischen und mechanischen Bauteilen aufgebaut sind, wobei das Rückstellsignal einem vom Ausgang des Verdichters der Gasturbinenanlage abgeleiteten und durch ein erstes Ablaßventil gesteuerten Druck entspricht und wobei der Ventilkörper des ersten Ablaßventils an einem Hebel vorgesehen ist. auf welchen das /weite Istsignal in Öffnungsrichtung und das /weite Sollsignal in Schließrichtung des Ablaltventils einwirkt, dadurch gekennzeichnet.

daß das Verstärkungssignal mit Hilfe eines fluidi sehen Stellmotors (170a, 172a. 174a,; erzeug' wird, der in der einen Richtung durch einen vom Ausgangsdruck (P,) des Verdichters (28) abgeleiteten konstanten Be?ugsdruck (Pu) und in der anderen Richtung durch einen vom Be/iifrsdruck (P₁₁) unter Zwischenschaltung eines Speichers (204) abgeleite ten und durch ein /weites Ablaßventil (122a. 1%) gesteuerten Druck (Pi) beaufschlagt wird, und
daß der Ventilkörper des /weiten Ablaßventils (122a. 196) ebenfalls an dem Hebel (160a,J vorgesc hen ist

3. Brennstoffregeleinnchtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsdruck (Pr) über eine Drosselstelle (210) dem Speicher (204) zugeführt wird.

4. Brennstoffregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mil einem differenzdruckabhängig arbeitenden Stellmotor für das Brennstoffzumeßventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Rüskstell-Signal direkt einer Arbeitskammer (HOöJ des Stellmotors (100/j, 1020, 1066, HOb) zugeführt wird, derart, daß es einem der Antriebssignale überlagert wird.

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrich tung für eine Gasturbinenanlage mit freier Nutzleistungsturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Brennstoffregeleinrichtung ist aus der π US-PS 33 32 233 bekannt. Bei dieser Brennstoffregele-nrichtung bestehen die Regelkreise aus fluidischen und mechanischen Bauteilen. Das Rückstellsignal entspricht einem vom Ausgang des Verdichters der Gasturbinenanlage abgeleiteten und durch ein Ablaßventil gesteuer-Λ) ten Druck. Der Ventilkörper des Ablaßventils ist an einem Hebel vorgesehen, auf welchen das zweite Istsignal in Öffnungsrichtung und das zweite Sollsignal in Schließrichtung des Ablaßventils einwirkt Die Verzögerungseinrichtung besteht aus einem Speicher, _>-, welcher in einer das Rückstellsignal vom zweiten Regelkreis auf den ersten Regelkreis übertragenden Leitung angeordnet ist. Damit führen Änderungen in der Drehzahl der W--Ne der Nutzleistungsturbine nur nach größerer zeitlicher Verzögerung zu einer Ände-Sd rung der Brennstoffregelung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffregeleinrichtung der angesprochenen Gattung so auszubilden, daß bei Abweichungen zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl der Nutzleistungsturbine γ. zunächst rasch und mit geringem Verstärkungsfaktor und dann langsam und mit hohem Verstärkungsfaktor nachgeregelt wird. Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung führt eine jo Änderung in der Drehzahl der Welle 'ier Nutzleistungsturbine zu einer raschen Änderung der Brennstoffregelung mit geringer Empfindlichkeit dci Reglkteises. Das langsame Feinanpassen mit hoher Empfindlichkeit des Regelkreises erfolgt dann durch das verzögerte r. Verstärkungssigna!, das zweckmäßigerweise einen hohen Verstärkung 'aktor besit/t.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen.

Die F>findung ist nachstehend anhand der Zeichnung iii in /wei Ausführungsbeispielen erläutert. Es /oigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer Gasturbi nenanlage mit getrennter Nut/Ieistungst.irbine und einer Brennstoffregeleinnchtung.

l· ι g 2eine Schnittansicht der Brennstoffrsgeleinrich v. tun»' nach Fig. I.

f ig i eine Schnittansicht der Brennstoffri'jjeleinrich tung in einer abgewandelten Ausführungsfoi m und F ι g. 4 ein Bl<>< «schema der Regeleinricht. ng. In F ι g. 1 weist eine Gasturbinenanlage 20 ein ho Gehäuse 22 mit einem Lufteinlaß 24 ind einem Abgasauslaß 26 auf. Luft vom Einlaß 24 gelangt in einen Verdichter 28 und von diesem bei erhöhtem Druck in Brennkammern 30, in die Brennstoff uiriicr Druck eingespritzt wird, um ein Brennsiofflufljüemisch zu ft'i' bilden, das zum Eirzeugen von Arbeitsgas ge.f.ündel wird. Das die Brennkammern 30 verlassende Arbeitsgas treibt eine Gaserzeugerlurbine 32 und cmc Nutzleisttingslurbine 34. Das Arbeitsgas gelangi als Abgas

durch den Auslaß 26 ins Freie. Die Gaserzeugeriurbine 32 ist mit dem Verdichter 28 über eine Antriebswelle 36 verbunden. Die Nuizleistungsturbine 34 ist getrennt von der Gaserzeugerturbine 32 und treibt eine Last über eine Welle 38 und Getriebe an.

Mehrere jeweils in eine Brennkammer 30 führende Brennstoffdüsen 40 werden nvt Brennstoff unter Druck aus einem Brennstoffverteiler 42 beaufschlagt. Der Brennstoff wird dem Verteiler 42 mit einem Druck P> über eine Leitung 44 zugeführt, die vom Auslaß Φ6 einer Ventileinrichtung 48 gespeist wird, die Teil einer Brennstoffregeleinrichtung 50 bildet, die außerdem einen Regelkreis 52 für den Luftdruck, einen Regelkreis 54 für die Gaserzeugerturbine und einen Regelkreis 56 für die Nutzleistungsturbine aufweist.

Eine Brennstoffleitung 58 ist zwischen einem Behälter 60 und einem Einlaß 62 des Ventils 48 angeordnet und mit einer Brennstoffpumpe 64 versehen, die den Brennstofrdruck von Pa auf Pi erhöht Ein Rücklaufventil 66 regelt den Druck P\ stromauf eines querschnittsveränderlichen Brennstoffzumeßventils 68 (F ig 2), das in der Regeleinrichtung 48 vorgesehen ibt. v.-odurch der Druckunterschied P\ — P} am BrennstoffzumeC.entil 68 geregelt wird. Hierfür ist das Rücklaufventil 66 mit dem Druck P₂ stromab des Brennstoffzumeßventils 68 über eine Leitung 70 und mit dem verhältnismäßig geringen Pumpeneinlaßdruck Po in der Leitung 58 über eine Leitung 72 verbunden. Überschüssiger Brennstoff, der zum Aufrechterhalten eines bestimmten konstanten Druckunterschiedes P\ - Pi nicht erforderlich ist. gelangt über ein nicht gezeigtes Rücklaufventil in die Leitung 72 zur Pumpe 64 zurück.

Die Regelkreise 54 und 56 für die Gaserzeugerturbine und die Nutzleistungsturbine sind mit Drehzahleingän gen Λ/, und N₂ versehen, die über VerbindungsweMen und Getriebe 74 bzw. 76 mit der Gaserzeugerturbine 12 und der Nutzleistungsturbine 34 verbunden sind Mn den beiden Regelkreisen 54 und 56 sind Einstellhebel 78 und 80 mittels Gestänge verbunden, um die Sollwerteinstellung vorzunehmen.

Die Ventil .inrichtung 48 und der Regelkreis 52 fur den Luftdruck sind mit der Druckseite (Druck P) des Verdichters 28 über eine Leitung 82 >ind emc Zweigleitung 84 verbunden.

In F ι g. 2 sind die Ventileinrichtung 48. der Regelkreis 54 und der Regelkreis 56 im Schnitt dargestellt

Die Ventüeinrichtung 48 weist ein Gehäuse 86 auf. dessen Brennstoffeinlaö und Brennsuiffauslaü 62 ur.ii 46 über einen Kanal 88 miteinander verbunden si-id. in -Jem eine /umeUöffnunt! Ή) für das Brennstoff/mnc !(ventil 68 angeordnet ist. um en.J öffnung veränderlichen Querschnitts zu bilden, die den wirksame Durchgangs querschnitt Jes Kanals 88 definiert, wolx lerner ein handbetatigtes Breinstoffabsperrventii 92 vorgesehen ist. das mit dem Ki lstellhcbel 78 verbunden ist und so eingestelli wird, da ) es abhangig von der Stellung des Einstellhebels 78 di η BrennstofffluB aus dem Auslaß 46 bewirk! oder abspt rt. Der geregelte Brcnnstoffausfliilj •us dem Auslaü 46 indert sich nur in Abhängigkeit von dem wirksamen Durchgangsquerschnitt, der durch die Stellung des Brent¹ ;toff/umeßventils 68 eingestellt ist. da das Rücklaufventil 66 dazu dient, den Druckunterschied Pt "Pi an der Ztimeßöffnung 90 auf einen bestimmten konstanten Wert ohne Rücksicht auf den durch das Ventil 6$ eingestellten Querschnitt zu halten.

Das Brenristoffzi'feießventil 68 wird durch einen Arm eines bekannten af'Tf Gehäuse 86 befestigten Torsionsrohrcs 96 durch Axialverschiebung eingestellt. Ein

anderer Arm 98 des Torsionsrohres 96 wird von einem U-förmigen Haltebügel 100 erfaßt, dessen einer Schenkel mit dem beweglichen Ende einej Balgens 1Oi und dessen zweiter Schenkel über einen Schaft 104 mit dem beweglichen Ende eines weiteren Balgens 106 fest verbunden ist, der gegenüber dem Balgen 102 einen verhältnismäßig großen Endquerschnitt aufweist. Die Balgen 11)2 und 106 können als Beschleunigerbalgen und Regelbalgen bezeichnet werden, wie anschließend erläutert wird. Der Beschleunigerbalgen 102 ist am einen Ende am Gehäuse 86 befestigt und von außen her mit dem Luftdruck P₁ in einer Kammer !08 beaufschlagt. Der Regelbalgen 106 ist mit einem Ende ebenfalls am Gehäuse 86 befestigt und trennt die Kammer 108 mn dem Druck P, von einer Kammer 110 mit dem Druck P₁ ab. Die Drücke P_x und P₁ werden vom Ausgangsdruck P₁ der Druckseite des Verdichters abgeleitet und beaufschlagen die Kammern 108 und 110 über die Leitung 82. den Kanal 112 im Gehäuse 86 und Drosselstellen 114 und 116 zwischen dem Kanal 112 und den Kammern 108 bzw. 110.

L^ie t^ruCt\C i ι ίΐΓΐυ < * ünu somit uic /-i*jSf ungSKräit ut_r Balgen 102 und 106 werden durch den Regelkreis 54 beeinflußt. Zu diesem Zweck sind die Kammern 108 und 110 mit Auslaßkanälen 118 und 120 versehen, an welche Mündunpen 122 und 124 anschließen Die Hebel 126 und 128 des Regelkreises sind um einen festen Punkt 130 schwenkbar angeordnet und sind mit Ventilplatten 132 und 134 versehen, die gegenüber den Mundungen 122 und 124 bewegbar sind, um den Durchlluiiquerschnr.i /u erhöhen oder zu verkleinern.

Der Regelkreis 54 weist zwei Fliehgewichte 136 auf. die schwenkbar an einer drehbaren Platte 138 befestigt sind, die mit der Drehzahl N-, von der Geblaseturbine 32 über ein Getriebe 74 angetrieben ist. Die Fliehgewichte 136 stutzen sich gegen einen Anschlag 140 ab. der zur Ausführung einer axialen Bewegung an der Platte 138 gleitend angeordnet ist. wobei der Anschlag seinerseits sich gegen eine Rolle 142 abstutzt.die an einem Ar'·· 144 des Hebels 126 drehbar angeordnet ist.

Der Hebel 128 wird durch eine Zugfeder 146 gesp nnt. deren eines Ende mit einer einstellbaren Halterung 148 am Hebel 128 verbunden ist. während das andere Ende an einem Hebel 150 befestigt i.t. der um einen gehausefesten Punkt drehbar gelagert ist. F.in an dem Hebel 150 angeformter Arm 154 wird durch eine Nocke l'S6 betätigt, die in Abhängigkeit \·,ν, der Stellung des Einstellhebels 78 drehbar einstellbar ist

Der Hebel 128 greift in Abschnitte 160 und 162 des Hebels 12!6. die einen Abstand voneinander aufweisen, um /wischen dem Hebel 128 und dem Hebe! 126 eine begrenzte Bewegung zu ermöglichen. Eine Zugfeder 164 ist an einem Ende am Abschnitt 162 und am anderen Ende m·: Einern einstellbaren Halter 166 verbunden, der an einem Arm 168 des Hebels 128 befestigt ist und somit den Hebel 126 :n finer Richtung spannt. .» der der Abschnitt 160 wie dargestellt in Berührung mn dem Hebel 128 gelangt.

Der Regelkreis 54 weist ferner eine Rückstelleinrichtung auf. die durci. eine Membran 170 gebildet ist. welche die Kammern 172 und 174 abteilt und an ihrem Außenumiaiig am Gehäuse 86 luftdicht befestigt fci. Die Kammer 174 ist über eine Leitung 176 einschließlich einer Drosselstelle 178 mit dem Auslaßkanal 180 des Regelkreises 52 für den Luftdruck verbunden. Die Kammer :I72 ist über eine Zweigleitung 182 einschließlich einer Drosselstelle 184 mit dem Kanal 176 Verbunden. Eine mit der Membran 170 axial fluchtende

Stange 186 ist an ihrem einen Ende mit der Membran mittels einer Befestigung 188 verbunden, die Haitcpiatten und Mittel zur Befestigung der Platten an der Membran 170 aufweist. Die Stange 186 erstreckt sich durch ein Rohrstück 190, das an einem Ende am Gehäuse 86 luftdicht befestigt ist. Die Stange 186 ist durch das geschlossene entgegengesetzte Ende des Rohrstücks 190 gleitend gelagert und steht mit dem Hebel 128 in Berührung. Eine Druckfeder 192 zwischen dem Gehäuse 86 und einer Halleplatte an der Membran 170 belastet die Membran 170 in einer Richtung, welche die Stange 186 vom Hebel 128 wegdrückt.

Der Regelkreis 52 für den Luftdruck ist ein an sich bekannter Ventilmechanismus, der nicht näher beschrieben werden muß. Der Regelkreis 52 wird mit Luft von der Druckseite des Verdichters unter dem Auslaßdruck Pc beaufschlagt und verringert diesen Druck auf einen niedrigeren konstanten Druck Pr, mit dem die kammern 172 und 174 beaufschlagtwerden.

Der Regelkreis 56 der Nutzlsistrj^slurbinc ähp.eii weitgehend dem Regelkreis 54 für die Gaserzeugerturbine. Gleiche Bauteile sind durch gleiche Bezugszeichen mit dem Index »a« bezeichnet. Die Regelkreise 56 und 54 unterscheiden sich jedoch insofern, als der Regelkreis 56 keinen Hebel 126, keine Feder 164 und kein Ventil 132 aufweist. Der Hebel 128 ist derart abgeändert, daß er einen Arm 194 aufweist, der eine Rolle 142a trägt, sowie eine Ventilplatte 196 aufweist, die mit der Öffnung 122a zusammenwirkt.

Die Öffnung 124a ist über einen Kanal 198 mit der Kammer 174 verbunden, in der ein Druck Pp in Abhängigkeit vom wirksamen Durchflußquerschnitt der Öffnung 124a. die durch die Lage des Ventils 134a eingestellt wird, herrscht. Die Kammer 172a ist mit einem geregelten Luftdruck P»über einen an den Kanal 176 angeschlossenen Kanal 200 verbunden. Die kammer 174a ist über einen Kanal 202 mit einem Speicher 204 verbunden. Der Speicher 204 wird mit Luft von dem geregelten Luftdruck Pr über eine Leitung 206 beaufschlagt, die bei 208 an eine Drossclstelle 210 des Regelkreises 52 für den Luftdruck angeschlossen ist. Ein Auslaßkanal 212 verbindet die Kammer 174a mit einer Mündung 122a. deren Querschnitt durch ein Ventil 196 des Hebels 120a einstellbar ist, um den Luftdruck P₁ in der Kammer 174a einzuregeln.

Es folgt nun die Beschreibung der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig.3. In Fig.3 sind die gleichen Bauteile wie in Fig.2 anzutreffen, wobei jedoch die Elemente des Regelkreises 54 für die Gaserzeugerturbine mit dem Index »b« und die Elemente des Regelkreises 56 für die Nutzleistungsturbine mit dem Indei »c« versehen sind. Die Rückstelleinrichtung der Regeleinrichtung mit der Membran 170 und der Stange 186 ist in Fig.3 nicht vorgesehen. Der Regelkreis 56 für die Nutzleistungsturbine ist dementsprechend so angeschlossen, daß sie den Luftdruck P, in der Ventileinrichtung 48Z> regelt Zu diesem Zweck ist die Öffnung 124cüber eine Leitung 214 mit der Kammer der Ventileinrichtung 486 verbunden.

Anhand der F i g. 4 wird die Betriebsweise der ersten Ausführungsform erläutert Dabei bedeutet N2 die Eingangsdrehzahl des Regelkreises 56, O den Ausgang des Regelkreises 56, der zweckmäßigerweise als der wirksame Querschnitt der Öffnung 124a angesehen werden kann, K^ den Proportionalitätsfaktor des Regelkreises 56, K₂ den Rückstellfaktor des Regelkreises 56, τ die Zeitverzögerungskonstante der Rückstelleinrichtung des Regelkreises 56 und 5 den LaPlace Operator. Für die Übergangsfunktion vom Eingang N₂ zum Ausgang Ckann folgendes Verhältnis gelten:

in Hieraus ist ersichtlich, daß die Zeitverzögcrungskonstante τ in die Übergangsfunktion als führende Größe eingeht. Der Verstärkungsfaktor und die Zeilvefzögerungskonstante (Denominator) ändern sich gemeinsam als Funktion des Verstärkungsfaktors K_u K₂ der Schleife. Der Verstärkungsfaktor und Zeitverzöge rungskonstante werden größer, wenn sich K₁. K₁ dem Wert I nähert, so daß man einen größeren Verstärkungsfaktor und eine größere Zeitvcrzögerungskonstante erhält, wenn man den Verstärkungsfaktor der

i[t Schleife nahe dsm Wert! hält

In der folgenden Erläuterung wird davon ausgegangen, daß die Nutzleistungsturbine in einem nicht dargestellten Hubschrauber Verwendung findet, wobei die Ausgangswelle 38 der Nutzleistungslurbine 34 den Rotor antreibt. Die Anlage wird in üblicher Weise dadurch gesteuert, daß der Einstellhebel 78 für die Gaserzeugerturbine auf eine maximale Drehzahl eingestellt wird und zum Einstellen der Drehzahl des Rotors r'ir Einstellhebel 80 der Nutzleistungsturbine auf

jo eine maximale Drehzahl gestellt wird. Die Leistungsanforderung, um die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 und damit den Rotor auf der gewählten maximalen Drehzahl zu halten, ändert sich in Abhängigkeil von der Einstellung des Neigungswinkels der Rotorblätter (nicht

r, dargestellt) und damit der Leistung der Turbine 34 entsprechend den Fluganforderungen.

Wird angenommen, daß die Gasturbinenanlage 20 ihren Betrieb aufrecht erhält, wenn der Einstellhebel 78 für die Gaserzeugerturbine in Leerlaufstellung und der

in Einstellhebel 80 für die Nutzleistungsturbine in der Stellung für eine maximale Drehzahl ist, so kann die Nutzleistungsturbine 34 die erforderliche maximale Drehzahl entsDrechend der LastbedingunEen des Hubschrauberrotors erreichen oder nicht

Die Gaserzeugerturbine 32 wird in Abhängigkeit von der Bewegung des Einstellhebels 78 in eine Stellung für maximale Leistung beschleunigt, wobei der Hebel 150 über die drehbare Nocke 156 bewegt wird und damit die Spannung der Feder 1% am Hebel 128 verstärkt wird. Der Hebel 128 drückt durch den Arm 168 und die am Hebel 126 angreifende Feder 194 die Rolle 142 nach unten entgegen der kleineren Kraft der Fliehgewxhte 136.

Die Ventilplatten 134 und 132 werden durch die Bewegung der Hebel 128 und 126 betätigt und schließen die Öffnungen 124 und 122. Der sich hieraus ergebende Druckanstieg P_s und P_x in den Kammern 110 und 108 eliminiert den Druckunterschied P_y— P_x am Balgen 106, worauf der Beschleunigerbalgen 102 mit der kleineren Querschnittsfläche auf den höheren Luftdruck P_x anspricht, so daß das Torsionsrohr 96 das Brennstoffzumeßventil 68 in bezug auf die Zumeßöffnung 90 öffnet Der Anstieg der Brennstoffmenge entsprechend dem größeren Querschnitt der Zumeßöffnung 90, an der das RückJaufventil 66 einen konstanten Brennstoffdruckunterschied P, - P>aufrecht erhält verursacht somit eine Beschleunigung der Gaserzeugerturbine 32 und des Verdichters 28. Steigt die Verdichterdrehzahl, so steigt

der Druck P_c am Verdichterausgang, der den Beschleu· nigerbalgen 102 beaufschlagt, so daß der Durchflußquerschnitt der öffnung 90 progressiv ansteigt und eine größere Brennstoffmenge in die Brennkammern 30 gelangt infolge der vorgegebenen Funktion des Druckes Pc am Verdichterauslaß, der die Geschwindigkeit der Drehzahländerung der Turbine 32 in Übereinstimmung mit den Pumpeigenschaften des Verdichters 28 regelt. Naoüdem die Turbine 32 eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, bei der eine Brennstoffflußanreicherung zulässig ist, schwenken die Fliehgewichte 136 entgegen der Kraft der Feder 164 den Hebel 126 gegenüber dein Hebel 128 um den Betrag des Abstandes zwischen dem Abschnitt 162 und dem Hebel 128. Die Ventilplatte 132 vergrößert somit die Öffnung 122. so daß der Druck P_x in der Kammer 108 absinkt und am Reglerbalgen 106 der Druckunterschied P₁,-P_x auftritt. Die sich hieraus ergebende geringere Ausgangskr^ft des Beschleunigerbalgens 102 wird durch den Anstieg in der Ausgangs-Bewegung des Hebels 128 im Uhrzeigersinn hervorruft. Die Ventilplatte 134 bewegt sich von der Öffnung 124 weg und erzeugt einen Abfall des Druckes P_y in der Kammer 110 und einen entsprechenden Druckunterschied Pt— Py am Reglerbalgen 106, der das Törsionsrohr derart beaufschlagt, daß das Brennstoffzumeßventil 68 in SchließrichlUrig bewegt und der Bferirisloffzufluß zu den Brennkammern 30 verringert wird, so daß eine charakteristische proportionale Reglerunterbrechung des Regelkreises für die Gebläseturbine eingeleitet wird.

Der erwartete Druckabfall des Druckes Pr in der Kammer 174a infolge der größer werdenden Öffnung 122a wird durch Entlastung der Luftansammlung im Speicher 204 verzögert, wodurch die Geschwindigkeit der Druckänderung Pr in Abhängigkeit von dem Volumen des Speichers 204 geregelt wird. Der resultierende an der Membran 170a erzeugte Druck unterschied P_f— Pt bringt die Stange I86a in Berührung

κι au ucs r\cgici uaigciia iu.fi um uci giut/uicn zu Querschnittsfläche mehr als kompensiert. Das Nettoergebnis ist ein Kraftanstieg über die durch den Balgen 102 erhaltene Kraft, so daß das Brennstoffventil 68 weiter geöffnet wird und damit eine größere Brennstoffmenge und Beschleunigung der Turbine 32 erhalten wird.

Die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 steigt mit der Beschleunigung des Gebläses 28 und der Turbine 32. Die Nutzleistungsturbine 34 wird auf die durch den Einstellhebel 80 gewählte maximale Drehzahl beschleuhigt, wobei der Einstellhebel 80 über die Nocke 156a. de.. Hebel 150a und die Feder 146a eine entsprechende Eingangskraft auf den Hebel 128a und die Rolle 142a ausübt. Die von der Rolle 142a auf den Anschlag 140a ausgeübte Kraft ist größer als die durch die Fliehgewichte 136a infolge der zu niedrigen Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 hervorgerufenen Kraft, und ergibt somit eine Schwenkbewegung des Hebels 128a. Worauf die Ventile 134a und 196 die Öffnungen 124a und 122a schließen. Der Luftdruck Pr und Pe in den Kammern 174a und 174 steigt somit auf den maximalen Druck Pc der Druckquelle, wodurch die Druckunter- P Priind P Pr-an den Memhranen 170a und

170 eliminiert wird und die Stangen 186a und 186 zurückgezogen werden und die Hebel 128a und 128 entlasten. Hieraus geht hervor, daß die Nutzleistungsturbine 34 ihre gewählte Drehzahl N2 bei verschiedenen Ausgangsleistungen unterhalb der durch den Einstellhebel 78 vorgegebenen maximalen Nutzleistung in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Rotors erreichen kann. Stellt der Rotor für die Leistungsturbine 34 nur eine verhältnismäßig kleine Last dar, so erreicht die Nutzleistungsturbine 34 die erforderliche maximale Drehzahl, während die Gaserzeugerturbine 32 mit wesentlich geringerer Drehzahl fährt Nähert sich die Nutzleistungsturbine 34 ihrer vorgegebenen maximalen Drehzahl, so übersteigt die Kraft der Fliehgewichte 136a die entgegengesetzte Kraft der Feder 146a, so daß der Hebel 128a im Uhrzeigersinn geschwenkt wird und die Ventile 134a und 196 die Öffnungen 124a und I22a weiter freigeben. Der resultierende Druckabfall des Druckes P_c in der Kammer 174 und der sich dadurch ergebende Druckunterschied P_c—Pe an der Membran 170 drückt die Stange 186 in Berührung mit dem Hebel 128, so daß entgegen der Feder 146 auf den Hebel 128 eine Rückstellkraft einwirkt, weiche die von den Fliehgewichten 136 ausgeübte Kraft verringert und eine lim ucriii ι icuci liaa, vruuuiui cmc ciitapi ciiiciiuc Reglerrückstellkraft auf den Hebel entgegen der Kraft der Feder 146a ausgeübt wird, um die den Fliehgewichten 13oa entgegengerichtete Eingangskraft zu verringern. Damit wirkt der Druck P_f als verzögertes Rückstellsignal, das vom Ansprechen des Hebels 128a auf die Kraft der Fliehgewichte 136a abgeleitet wird, oder in anderen Worten als Rückstellsignal für die Drehzahl der Nutzleistungsturbiine 34. wobei auf das Drehzahlsignal eine bestimmte Rückstellverzögerung einwirkt.

Die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 wächst weiterhin an und verursacht eine progressive gleichzeitige Vergrößerung der wirksamen Durchflußquerschnittsfläche der Öffnung 122a und 124a. wodurch der Druckunterschied P₁-Pp und P_c—Pc an den Balgen 170a und 170 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 ansteigt. Die Ausgangskraft der Membran 170 wächst dementsprechend und beaufschlagt den Hebel 128 entgegen der Kraft der Feder 146 mit einer entsprechend anwachsenden Rückstellkraft, so daß der Druck P, wie auch der Druck P, dann absink· wenn sich der Hebel 128 gegen den Hebel 126 anlegt ijnH damit dip NettnaiKnanctkrart dp«; Rpiilprhaicrpn« 106 und des Beschleunigerbalgens 102 verringert, so daß das Brennstoffzumeßventil 68 in Schließrichtung bewegt wird, um den Querschnitt der Öffnung 90 zu verringern. Der sich hieraus ergebende progressive Abfall der in die Brennkammern 30 gelangenden Brennstoffmenge stabilisiert die Nutzleistungsturbine 34 auf ihre maximale Drehzahl, da die Kraft der Feder 146a und die entgegengesetzten Kräfte der Füehgewichte 136a zuzüglich der durch die Membran 170a ausgeübten Rückstellkraft in Gleichgewicht geraten. In entsprechender Weise stabilisiert sich die Gaserzeugerturbine 32 auf eine Drehzahl, die den kombinierten Kräften der Zentrifugalgewichte 136 und der Membran 170, die zum Ausgleich der entgegengesetzten Kraft der Feder 146 erforderlich sind, entsprechen.

Bei einem Anstieg oder Abfall der Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 gegenüber der eingestellten maximalen Drehzahl geraten die Kräfte der Feder 146a und der Fliehgewichte 136a außer Gleichgewicht. Eine Oberdrehzahl der Turbine 34 verursacht ein sofortiges Ansprechen der Fliehgewichte 136a, wodurch der Querschnitt der öffnungen 122a und 124a vergrößert wird und die von der Membran 170a ausgeübte Kraft ansteigt, welche die Feder 146 zurückstellt und dadurch den Brennstoffzufluß in die Brennkammern in der

beschriebenen Weise Verringert. Die anfängliche von der Membran 170 erzeugte Rückstellkraft und die entsprechende Verringerung in der Brennstoffmenge ist durch eine schnelle, jedoch kleine Korrektur des Verstärkungsfaktors für die Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Überdrehzahl der Turbine 34 charakterisiert, wodurch die Stabilität des Regelverhaltens begünstigt wird. Der verzögerte Anstieg der Rückstellkraft, die von dtf^ri auf die Membran 170a wirkenden Druck Pf abgeleitet und auf den Hebel 128a zum Vergrößern der Öffnung 124a ausgeübt wird, ist durch eine langsame, jedoch große Korrektur des Verstärkungsfaktors für die Brennstoffmenge charakterisiert.

Im Falle eines Drehzahlabfalls der Nutzleistungsturbine 34 gelten die gleichen Verhältnisse im umgekehrten Sinne. In gleicher Weise Vollziehen sich die für eine Turbinenbeschleunigung beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Weise bei der Herabsetzung der Drehzahl auf einen niedrigeren Wert.

Für den Regelvorgang der anhand der Fig.3 dargestellten Regelkreise gilt im wesentlichen das gleiche. In Fig.3 ist die Betriebsweise des Regelkreises 56c identisch mit der in Fig.2, jedoch mit der Ausnahme, daß die öffnung 124c den Druck P_x unmittelbar regelt und somit die Öffnung 124c das Rückstellen des Brennstoffzumeßventils verursacht anstelle des Regelkreises 54b der Gaserzeugerturbine wie im Falle der Fig.2. Deshalb regelt der Regelkreis 54b der Gaserzeugerturbine den Druck P_K und P_y wie bereits erläutert ^i Abhängigkeit von den Kräften zwischen den Fliehgewichten 1366 und derentgegengesetzten Bezugskräfider Feder 1466.

Der Regelkreis 56c für die Nutzleistungsturbine regelt den Druck F,, der den Reglerbalgen 106 in größerem Maße als der Druck Ρ_Ϋ beaufschlagt, der in dem Regelkreis 54b für die Gaserzeugerturbine erzeugt wird, um dadurch in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 den Brennstoffzufluß zu regeln. Dabei ist offensichtlich, daß die Brennstoffregelung entweder durch die Rückstelleinrichtung des Gaser^ zeugerturbinenreglers oder der Brennstoffregelung in

B Abhängigkeit von den Regeleigenschaften eier Gastur- ' bine ausgewählt werden kann.

Die Erfindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform erläutert worden, in der komprimierbare Luft zur Erzeugung der zeilvefzögerteri Rückstellkraft Vefwen-

dung findet. Anstelle von Luft kann aber auch ein nicht kompressibles Fluid Verwendung finden, wobei dann der mit der Membran 170a für die Rückstellung des Nutzleistungsturbinenreglers verbundene Regelkreis in entsprechender Weise abgeändert Wird, um ein verzögertes Rückstellen in Abhängigkeit von der Bewegung der Membran 170a zu erhalten,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregeleinrichtung für eine Gasturbinenanlage mit freier Nutzleistungsturbine, mit

a) einem Brennstoffzumeßventil, dessen Druckabfall durch ein Rücklaufventil konstant gehalten wird;

b) einem Stellmotor für das Brennstoffzumeßventil, der aufgrund der Differenz zweier Antriebssignale bewegbar ist;

c) einem die beiden Antriebssignale erzeugenden ersten Regelkreis, dem ein erstes Sollsignal für die Drehzahl der Verdichterwelle der Gasturbinenanlage, ein der Drehzahl der Verdichterwelle entsprechendes erstes Istsignal und ein Rückstellsignal zugeführt werden, wobei eine Vergrößerung des Rückstellsignals im Sinne einer Verkleinerung des Brennstoffdurchflusscs wirksam ist; und

d) einem das Rückstellsignal erzeugenden und eine Verzögerungseinrichtung enthaltenden zweiten Regelkreis, dem ein zweites Sollsignal für die Drehzahl der Nutzleistungsturbine und ein der Drehzahl der Nutzleistungsturbine entsprechendes zweites Istsignal zugeführt werden, wobei das Rücksteiisignal erzeugt wird, wenn das zweite Istsignal das zweite Sollsignal überschreitet,