DE2042454A1

DE2042454A1 - Steuersystem fur eine Gasturbine

Info

Publication number: DE2042454A1
Application number: DE19702042454
Authority: DE
Inventors: Robert L Garden City Sebestyen Thomas M Ann Arbor Mich Gault (VStA)
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1969-09-08
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1265425A; US3600887A; CA925197A

Description

Steuersystem für eine Gasturbine

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Gasturbine, enthaltend eine Stromquelle, einen Startermotor, ein Kraftstoffzuführsystem sowie eine Zündeinrichtung zu» Zünden eines Luftkraftstoffgemisches in der Brennkammer.

Bekannte Einrichtungen dieser Art gehen so vor, dass der Startermotor einen gewissen Zeitraum betätigt wird, wobei ohne Bedeutung ist, ob die Flamme in der Brennkammer gezündet hat oder nicht. Eine Ansammlung von Kraftstoff in der Gasturbine während eines erfolglosen Startversuches kann eine ernste Gefahr für Teile der Gasturbine darstellen, wenn eine Zündung doch noch stattfindet etwa am Ende der Zeitspanne für den Startversuch oder während eines unmittelbar darauf erfolgenden Startversuches. Bekannte Systeme betätigen auch die Zündung während der gesamten Startperiode, wodurch wesentlich die effektive Lebensdauer der Bauteile der ZUndung reduziert wird.

Wenn die Flame in der Brennkammer während des Leerlaufes erlöscht, wird bei Gasturbinen gemäss den Stand der Technik kein weiterer Zündversuch unternommen, wodurch es erforderlieh ist, die Maschine vollständig auslaufen zu lassen, bevor ein Startversuoh unternommen werden kann.

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Wenn ein Erlöschen der Planne in der Brennkammer während des Betriebes der Gasturbine erfolgt, wire bei einigen Gasturbinen gemäss dem Stand der Technik ein Zündversuch sofort unternommen, während bei anderen Gasturbinen gemäss dem Stand der Technik ein Stillstand der Turbine abgewartet werden muss, bevor ein neuer Start vorgenommen werden kann.

Es ist Ziel der Erfindung, eine Steuerung für eine Gasturbine vorzuschlagen, die diese Nachteile verwendet.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass das für den Betrieb der Gasturbine W . vorgesehene Steuersystem folgende Elemente enthält:

a) eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr;

b) eine Einrichtung zur Steuerung der Zündung in einem Luft-Kraftstoffgemisch;

c) einen handbetätigbaren Schalter, durch den der Startermotor an eine Batterie anschliessbar ist;

d) eine Einrichtung, mittels der dieser Anschluss nach einer zumindest kurzzeitigen Betätigung des Schalters aufrecht erhaltbar 1st;

e) eine Einrichtung, durch die feststellbar ist, ob das Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer gezündet hat, wobei durch diese Einrichtung die elektrische Verbindung zwischen Batterie und Startermotor dann unterbrechbar ist, wenn die Zündung erfolgt ist.

Dieses System 1st dadurch verbesserbar, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, wodurch ein Startversuch der Gasturbine dann durch Abschaltung des Startermotors abbrechbar 1st, wenn unterhalb der Leerlaufdrehxahl der Gasturbine die Flamme in der Brennkammer erlöscht.

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Dabei kann vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass Einrichtungen und insbesondere eine Schaltung vorgesehen ist, wodurch ein einzige*¹ Versuch der Wiederzündung vornehmbar ist, nachdem die Flamme in der Brennkammer während einer Drehzahl erloschen ist, die oberhalb der unteren Leerlaufdrehzahl liegt, wobei der Versuch der Wiederzündung im Leerlaufbereich der Drehzahl durchgeführt wird.

Im einzelnen kann erfindungsgemäss die Einrichtung folgende Elemente enthalten:

a) als Einrichtung zur Peststellung, ob die Flamme in der Brennkammer brennt, wird ein Flammrelais verwendet, das betätigt wird, wenn eine Flamme vorhanden ist;

b) zum Flammrelais parallel geschaltet ist ein Zündrelais vorgesehen;

c) in Reihe mit dem Zündrelais ist ein normalerweise offener Schalter angeordnet, der durch Betätigung des Flamnrelais geschlossen wird;

d) es sind Einrichtungen vorgesehen, wodurch bei einer einmaligen Betätigung des Zündrelais dieses festgehalten wird;

e) ein Abschaltrelais ist parallel zum Zündrelais vorgesehen;

f) in Reihe mit dem Abschaltrelais liegen ein normalerweise offener Schalter und ein normalerweise geschlossener Schalter, wobei der normalerweise offene Schalter durch Betätigung des Zündrelais geschlossen und der normalerweise geschlossene Schalter durch Betätigung des Flammrelais geöffnet wird;

g) die Anordnung ist so vorgenommen, dass bei einer Betätigung des Abschaltrelais ein normalerweise geschlossener Schalter, der in Reihe mit einem Kraftstoffkontrollrelais liegt, geöffnet wird, so dass bei Betätigung des Zündrelais und bei Abschalten des Flammrelais ein Startversuch unterbrochen wird.

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Vorteilhafterweise ist die Anordnung dabei so vorgenommen, dass parallel zum Abschaltrelais ein Verzögerungsziindrelais angeordnet ist, das in Reihe mit dem normalerweise geschlossenen Schalter und dem normalerweise offenen Schalter liegt, wobei das Verzögerungsziindrelais Mittel enthält, die bewirken, dass

ab das Verzögerungszündrelais erst nach einer vorherbestimmten Zeit/Anschluss an die Stromquelle betätigt wird und daß durch das Verzögerungszündrelais ein Schalter geöffnet wird, wodurch die Kraftstoffzufuhr zur Gasturbine unterbrochen wird.

Diese Anordnung ist erfindungsgemäss dadurch verbesserbar, dass ein Drehzahlschalter, beeinflussbar von der Drehzahl der Gasturbine, vorgesehen ist, wobei der Drehzahlschalter in Reihe mit dem Starterkontrollrelais geschaltet ist, und dass durch den Drehzahlschalter das Starterkontrollrelais abschaltbar ist, wodurch der Startennotor von der Batterie getrennt wird, sobaMdie Drehzahl der Gasturbine die untere Grenze des Leerlaufbereiches überschritten hat.

Es ist vorteilhaft, zusätzlich vorzusehen, dass in Reihe mit dem Abschaltrelais ein normalerweise offener Schalter angeordnet ist, wobei dieser Schalter durch Betätigen des Starterkontrollrelais schliessbar ist, so dass der Schalter bei Gasturbinendrehzahlen oberhalb der unteren Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches die Betätigung des Abschaltrelais verhindert.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass in Reihe mit dem VerzögerungszUndrelais ein drehzahlabhängiger Schalter vorgesehen ist, wobei der Schalter öffnet, sobald die Drehzahl der Gasturbine die obere Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches überschritten hat.

Dabei kann die Einstellung der Elemente auf eine untere bzw obere Grenze der Leerlaufdrehzahl erfolgen, wobei der zwischen unterer und oberer Grenze liegende-

Drehzahlbereich 20 % der normalen Leerlaufdrehzahl betragen kann.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann aber auch nur einen Drehzahlschalter enthalten, der in Reihe mit de» Starterkontrollrelais angeordnet ist, wobei der Drehzahlschalter abhnr■■-".- ., Drehzahl der Gasturbine offenbar ist und das Starterkontrollrelais abschaltet, wenn die Drehzahl der Gasturbine die untere Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches überschreitet. US-68 - 11. August 1970 - 5 -

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Durch die erfindungsgemässen Merkmale wird ein Steuerungssystem für eine Gasturbine vorgeschlagen, die das Zündsyp* am sof ox t abschaltet, wenn eine Flamme in der Brennkammer des Motors erscheint. Das System unterbricht sofort den Startversuch, wenn die Flamme in der Brennkammer wegbleibt, bevor die Turbine die Leerlaufdrehzahl erreicht hat; das erfindungsgemässe System sieht Jedoch eine Wiederzündung vor, wenn ein Wegbleiben der Flamme während des Leerlaufbetriebes der Turbine erfolgt. Das System versucht weiterhin eine Wiederzündung bei Leerlaufdrehzahl, wenn ein Wegbleiben der Flamme in der Brennkammer während des Betriebes der Gasturbine erfolgt. Dabei ist sichergestellt, dass nur ein Wiederzündversuch von vorherbestimmter Dauer während eines Betriebsverfahrens stattfindet und die Maschine abgeschaltet wird, wenn der Wiederzündversuch nicht erfolgreich war.

Die Erfindung geht von folgenden Beobachtungen beim Betrieb von Gasturbinen aus:

Die Betätigung der Zündung, wenn bereits eine Flamme in der Brennkammer der Gasturbine vorhanden ist, verkürzt unnötigerweise die Lebensdauer der Komponenten der Zündeinrichtung.

WiederzUndversuche bei Geschwindigkeiten unterhalb oder oberhalb der Leerlaufdrehzahl sind selten erfolgreich; die grösste Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Wiederzündung existiert in einem Geschwindigkeitebereich von etwa 20 % der normalen Leerlaufdrehzahl.

Mehrere WiederzUndversuche und lange, Individuelle Versuche, eine Zündung zu erreichen, schafften ernste Gefahren für Elemente der Maschine und Passagiere.

Geaäss der Erfindung werden Massnahmen ergriffen, die den oben angeführten Eigenheiten Reohnung tragen und die in optimier Weise einen günstigen und eloheren Betrieb der Gasturbine ermöglichen.

Bei der erfindungsgemaseen Gasturbine ist eine elektrische Spannungsquelle vorhanden, weiterhin ein Starternotor und ein Kraftstoffzuführsyetem sowie eine Zündeinrichtung ZUM Zünden der Luftkraftstoffeischung in der Brennkammer der Turbine.

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Weiterhin sind Steuervorrichtungen vorhanden, die den Kraftstoffzufluss sowie die Zündung entsprechend den Erfordernissen steuern. Eine manuelle betätigbare Vorrichtung zum Starten des Starterraotors ist ebenfalls vorhanden, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch die die Zufuhr von Strom zum Startermotor vorgenommen wird, bis diese Vorrichtung von verschiedenen möglichen Signalen abgeschaltet wird. Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, die feststellt, ob das Kraftstoffluftgemisch in der Brennkammer brennt. Diese Flammenmesseinrichtung spricht auf die Flamme selbst an und nicht auf die Temperatur, die von dieser Flamme ausgeht. Diese Vorrichtung sorgt dafür, dass die elektrische Energie zu der Zündeinrichtung sofort abgeschaltet wird, sobald eine Flamme in der Brennkammer der Turbine erscheint.

Die Flammenmesseinrichtung kann vorzugsweise aus einem Lichtsensor bestehen, der die elektrische Impedanz beträchtlich auf Null herunterbringt, wenn der Sensor eine Flamme beobachtet. Eine solche Flammenmesseinrichtung kann in Reihe mit einem Flammrelais angeordnet sein, das immer dann betätigt wird, wenn eine Flamme vorhanden ist. Ein Zündrelais wird dann betätigt, wenn eine Flamme erscheint, so dass verschiedene Schaltfunktionen ausgeführt werden können, deren Ziel es ist, nur einen Wiederzündversuch vorzunehmen, falls die Flamme wegbleibt. Es ist nur ein Wiederzündversuch zugelassen, um dadurch eine grössere Ansammlung von Kraftstoff zu verhindern und eine Beschädigung des Motors zu vermeiden.

Es sind verschiedene Schalter vorgesehen die beeinflussbar sind von der Drehzahl der Gasturbine. Sie haben die Aufgabe, gewisse Schaltfunktionen bei der unteren und oberen Grenze der Leerlauf drehzahl vorzunehmen mit dem Ziel, eine erfolgreiche Wiederzündung zu erlauben. Die Schaltkreise, in denen diese Schalter liegen, das Flaamrelais und das Zündrelais unterbrechen sofort Jeden Startversuch, wenn ein Wegbleiben der Flamme erfolgt während des Startversuches und bevor die untere Grenze des Leerlaufbereiches erreicht ist. Es wird Jedoch ein sofortiger Zündversuch unternommen, wenn ein Wegbleiben der Flamme innerhalb des Leerlaufbereiches vorkommt. Es wird weiterhin ein WiederzUndverauoh vorgenommen, wenn die Turbine einen Ausfall der Planne bei höheren Drehzahlen erlitten hat und nun leerlaufend in den Leerlaufbereioh hineinfällt.

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Die Schalter, die beeinflussbar sind von der Drehzahl der Turbine, können druckempfindliche Aggregate darstellen, die mit dem Auslass der Pumpe der Turbine verbunden sind. Bei den meisten Gasturbinen entspricht der Druck am Ausgang der Pumpe der Drehzahl der Gasturbine. Es können jedoch auch andere Aggregate verwendet werden, so beispielsweise Aggregate, die die Drehzahl direkt an der Welle der Turbine abnehmen.

Im Steuerkreislauf sind ebenfalls zwei Verzögerungsrelais angeordnet. Eines dieser Verzögerungsrelais misst die Betätigungszeit des Startermotors und unterbricht den Startvorgang, wenn die vorbestimmte Zeit vorüber ist, ohne dass eine Flamme in der Brennkammer erschienen ist. Das andere Zeitrelais ™ misst den Zeitraum, während dessen ein Wiederstartversuch versucht werden kann.

Im Steuerkreislauf sind Kontrolleuchten vorgesehen, die anzeigen, wenn in der Brennkammer keine Zündung erfolgt ist oder wenn der Betrieb der Gasturbine abgebrochen wird, weil zu hohe Temperaturen aufgetreten sind. Das Kontrollicht für die Tätigkeit der Brennkammer ist vorteilhafterweise mit dem Zündsystem für die Gasturbine verbunden, da das Zündsystem nur dann in Tätigkeit ist, wenn eine Flamme in der Brennkammer vorhanden ist.

Die Erfindung wird erläutert anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Steuerschaltung gemäss der Erfindung, wobei alle Relais und Schalter in der nicht betätigten Form dargestellt sind;

Fig. 2 eine Darstellung der Steuerschaltung gemäss der Erfindung, wobei sich die Gasturbine während des Anlaufes in einem Zustand befindet, bei dem die Flamme in der Brennkammer noch nicht ersdienen ist. Brennstoff und Zündung sind eingeschaltet und ein Zeltrelais misst die Dauer des Startvorganges; das Zeltrelais schaltet den Startermotor ab und die Brennstoffzufuhr wird unterbunden, wenn keine Flamme innerhalb der vorbestimmten Zelt erscheint;

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Pig. 3 eine Steuerschaltung gemäss der Erfindung, wobei die Turbine läuft und die Flaume in der Brennkammer bereits erschienen ist. Sowohl das Zündsystem als auch das Zeitrelais sind durch das Erscheinen der Flamme ausgeschaltet;

Fig. 4 einen Schaltkreis während der normalen Leerlaufbewegung der Gasturbine;

Fig. 5 zeigt einen Zustand der Schaltung des Steuerkreislaufes, wenn ein Wegbleiben der Flamme während des Laufes der Turbine erfolgt; die Steuerschaltung hat bereits den ersten Schritt getan, um den Startermotor abzuschalten und den Kraftstoffzufluss zu unterbinden;

Fig. 6 zeigt die erfindungsgemässe Steuerschaltung, während ein Wiederzündversuch unternommen wird, und zwar im Leerlaufbereich der Turbine.

ein

Kraftstoffzufluss und Zündung sind/geschaltet,infolge des Vorhandenseins des Zeitrelais wird Jedoch der Kraftstoffzufluss abgeschaltet, wenn eine Wiederzündung nicht innerhalb einer vorherbestimmten Zeit erfolgt.

Fig. 7 zeigt den erfindungsgemässen Schaltplan, nach dem ein Wegbleiben der Flamme in normalen Gasturbinenbetrieb erfolgt ist; die Zufuhr von KraftstoTf wird unterbunden und die Drehzahl der Gasturbine fällt herab auf die Leerlaufdrehzahl, bei der die Schaltung die Konfiguration gemäss Fig. 6 einnimmt, um eine Wiederzündung zu versuchen;

Fig. 8 zeigt die Schaltung bei Normalbetrieb der Turbine, Jedoch bei Auftreten von erhöhten Temperaturen;

Fig. 9 zeigt das erfindungsgemässe Schaltbild, dem Jedoch eine Einrichtung hinzugefügt ist, die die Tätigkeit des die Gasturbine Bedienenden vereinfacht, wenn nach einem Wegbleiben der Flamme wählend des StartVorganges die Steuerschaltung automatisch zurückgestellt wird.

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In den Schaltplänen 1st eine Hauptleitung mit 10, eine Starterleiti mg mit 12 und eine Erdleitung mit 14 bezeichnet. Did Hauptleitung 10 und die Starterleitung 12 siriü mit der Erde 14 durch eine Vielzahl von parallel verlaufenden Leitungen verbunden, die in durchlaufend numerierten Zeilen 1 bis 11 angeordnet sind. Die betätigenden Spulen der Relais sind in die Schaltung einbezogen und die Schalter, die durch jedes Relais betätigt v^erden, sind durch gestrichelte Linien miteinander verbunden.

In der Zeile 1 des Systems ist eine Batterie 16 angeordnet, deren Pluspol über einen Handschalter 18 mit der Hauptleitung IQ und deren negativer Pol direkt mit der Erdleitung 14 verbunden ist. Ein federbelasteter Startschalter 20 verbindet die Hauptleitung 10 mit der Starterleitung 12.

In der Zeile 2 ist ein StarterkontroBrelais 22 in Reihe mit einem Drehzahlschalter 24 angeordnet. Diese Teile verbinden die Starterleitung 12 mit der Erdleitung 14. In den Zeilen 4 und 5 verbindet ebenfalls die Starterleitung 12 die Aggregate mit der Erdleitung 14, wobei in der Zeile 4 der Startermotor 26 und in der Zeile 5 ein Verzögerungsrelais 28 angeordnet ist, das in Reihe mit einem normalerweise geschlossenen Schalter 64 liegt.

Jede der anderen Zeilen enthält Leitungen, die die Hauptleitung 10 mit der Erdleitung 14 verbinden. In der Zeile 3 sind zwei normalerweise geschlossene Schalter 28a und 40a in Reihe zueinander angeordnet; weiterhin befindet sich dort ein Abzweigpunkt 29. Ein normalerweise offener Schalter 22a verbindet die Starterleitung 12 mit dem Abzweigpunkt 29. Ein Kraftstoffkontrollrelais 30 verbindet weiterhin den Abzweigpunkt 29 über einen normalerweise offenen Schalter 30a, der parallel mit einem normalerweise offenen Schalter 22b liegt, »it der Erdleitung 14. Der Schalter 28a wird durch Betätigung des Relais geöffnet, was vor sich geht, nachdem die im Zeitrelais eingestellte Zeit vorüber ist. Die Schalter 22a und 22b werden durch Betätigung des Relais 22 geschlossen/ und der Schalter 30a wird geschlossen durch Betätigung des Kwrftstoffkontrollrelais 30.

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In der Zeile 5 ist ein normalerweise geschlossener drehzahlabheingiger Schalter 32 vorgesehen, der die Hauptleitung 10 mit einem Abzweigpunkt 34 verbindet. Ein normalerweise geschlossener Schalter 64b ist in Serie mit einem normalerweise offenen Schalter 62a angeordnet und verbindet den Abzweigpunkt 34 mit einem Abzweigpunkt 36. Ein Verzögerungszündrelais 38 verbindet den Abzweigpunkt 36 mit der Erdleitung 14. Parallel zum Verzögerungszündrelais 38 1st ein Abschaltrelais 40 in Serie mit einem normalerweise offenen Schalter 22c angeordnet, wobei das Abschaltrelais 40 den Abzweigpunkt 36 mit der Erdleitung 14 verbindet. Ein Schalter 22c ist durch Betätigung des Starterkontrollrelais 22 schliessbar; ein Schalter 40a in Zeile 3 wird durch Betätigung des Abachaltfc relais 4O geöffnet.

In der Zeile 7 ist ein normalerweise offener Schalter 64c angeordnet, der die Hauptleitung 10 mit einem Abzweigpunkt 42 verbindet. Ein normalerweise geschlossener Schalter 38a verbindet den Abzweigpunkt 34 in der Zeile 6 mit einem Abzweigpunkt 42 In der Zeile 7* Der Schalter 38a wird bei Betätigung des Verzögerungszündrelais 38 geöffnet, was bei Ablauf der im Zeitrelais eingestellten Zeit vor sich geht. Eine Sicherung 44 ist in Reihe mit einem normalerweise offenen Schalter 30b geschaltet und verbindet den Abzweigpunkt 42 mit einem anderen Abzweigpunkt 45. Ein normalerweise geschlossener Schalter 54a verbindet den Abzweigpunkt 45 mit einem Abzweigpunkt 46, während der Abzweigpunkt 46 durch einen Zeitmesser 48 mit der Erdleitung 14 verbunden ist. ^ Parallel geschaltet ist dazu ein Kraftstoffkontrollsolenoid 48. Eine BeKtI-gung des Kraftatoffkontrollrelais 30 In der Zeile 3 schliesst einen Schalter 30b.

Ein Temperaturmeesrelais 54 verbindet die Hauptleitung 10 mit der Erdleitung 14 In der Zeile 8. Parallel zum Temperatumessrelals 54 let ein Schalter 54b und ein Temperaturkontrollicht 53 angeordnet. Eine Betätigung des Temperaturmessrelaie 54 öffnet den Schalter 54a und schlleset den Schalter 54b, wenn die Temperatur der Gasturbine einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet.

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In der Zeile 9 ist ein normalerweise geschlossener Schalter 64d angeordnet, der die Hauptleitung 10 mit einem Abzweigpunkt 56 verbindet. Dieser ist mit der Erdleitung 10 über ein Kontrollicht 58 verbunden, das parallel zum Zündsystem 60 angeordnet ist.

In der Zeile 10 liegt ein normalerweise offener Schalter 62 b parallel zu einem normalerweise offenen Schalter 64e und verbindet die Hauptleitung 10 mit einem Zündrelais 62. Die andere Seite des Zündrelais 62 ist direkt mit der Erdleitung 14 verbunden. In der Zeile 11 ist ein Flammrelais 64 in Serie mit einer Flanaenmesseinrichtung 66, die empfindlich ist gegen ultraviolettes Licht, angeordnet. Die Flammenmesseinrichtung 66 besitzt einen hohen inneren Widerstand, wenn keine Flamme in der Brennkammer der Gasturbine vorhanden ist. Dieser Widerstand fällt im wesentlichen bis auf Null, wenn eine Flamme erscheint, wodurch dann das Flammrelais 64 betätigt wird. Eine Betätigung des Flammrelais 64 öffnet den Schalter 64a in der Zeile 5 sowie den Schalter 64b in der Zeile 6, während durch das Relais der Schalter 64c in der Zeile 7 geschlossen wird. Weiterhin wird durch das Relais der Schalter 64d in der Zeile 9 geöffnet und der Schalter 64e in der Zeile 10 geschlossen. Eine Betätigung des Zündrelais 64 schliesst den Schalter 62a in der Zeile 6 und schliesst weiterhin den Schalter 62b in der Zeile 10.

Der Drehzahlschalter 24 öffnet dann, wenn die Drehzahl der Gasturbine etwa 5 bis 10 /6 unter der normalen Leerlaufdrehzahl liegt. Bei einer typischen Gasturbine, wie sie bei Kraftfahrzeugen verwendet wird, liegt die Leerlaufdrehzahl ■etwa bei 55 % der Maxiaaldrehzahl, so dass der Schalter 24 bei etwa 47 % der Maximaldrehzahl der Gasturbine öffnet. Der drehzahlabhängige Schalter 52 öffnet vorzugsweise bei einer Drehzahl, die 5 bis 10 % über der normalen Turbinenleerlaufdrehzahl liegt; bei einer typischen Gsturbine öffnet er entsprechend etwa bei 60 % der Maximaldrehzahl.

Das Verzögerungsrelais 28 unterbricht den Startvorgang, wenn keine Flamme innerhalb einer gewissen Zeit in der Brennkammer erscheint. Dieses Relais hat eine Ansprachzeit von vorzugsweise 4 Sekunden. Das Verzögerungszündrelais 28 steuert einen Wiederzündvereuch nach einem Fortbleiben der Flamme und schaltet bei einen AuefUhrungebeiepiel etwa 2 Sekunden nach Beginn der Verzögerungeperiode.

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-12-Die Punktion der erfindungsgemässen Steuerungsemlage ist wie folgt:

Um den Startvorgang in Gang zu setzen, wird vom Bedienenden der Handschalter geschlossen durch Niederdrücken des Startschalters 20. Das Starterkontrollrelais 22 wird in Tätigkeit gesetzt, wodurch die Schalter 22a, 22b und 22c, wie in Fig. 2 dargestellt, geschlossen werden. Die Batterie 16 ist nun über die Starterleitung 12 durch die Schalter 28a, 40a und 22a mit dem Startermotor 26 über das Verzögerungsrelais 28 verbunden. Durch das Schliessen des Schalters 22b bewirkt eine Betätigung des Starterkontrollrelais 22 ebenfalls eine Betätigung des Kraftstoffkontrollrelais 30, das wiederum die Schalter 30a und 30b schliesst. Der Schalter 30a sorgt für eine weitere Betätigung des Kraftstoffkontrollrelais 30, während der Schalter 30 b den Kraftstoffkontrollsolenoid 50 betätigt, und zwar über einen Kreislauf, in dem die Schalter 32, 38a, 30b und 54a liegen. Die komplette Schaltung während dieses Vorganges ist in Fig. 2 dargestellt.

Wenn eine Flamme in der Brennkammer der Turbine erscheint, bevor die Verzögerungsperiode des Verzögerungsrelais 28 vorüber ist, nimmt die Schaltung die Stellung ein, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Widerstand der Flammenmesseinrichtung 66 fällt im wesentlichen auf Null, wodurch das Flammrelais 64 in Tätigkeit gesetzt wird. Dieses Relais öffnet den Schalter 64a, und setzt somit das Verzögerungsrelais 28 ausser Wirkung. Weiterhin öffnet das Relais den Schalter 64b in der Zeile 6, schliesst den Schalter 64c in der Zeile 7»um die Wirkung des Kraftstoffkontrollsolenoids 50 aufrecht zu erhalten und öffnet den Schalter 64d in der Zeile 9» um das Zündsystem abzuschalten und das Kontrolllicht 58 zum Erlöschen zu bringen. Weiterhin schliesst dieses Relais den Schalter 64e in der Zeile 10 und betätigt somit das Zündrelais 62. Das Zündrelais 62 wiederum schliesst den Schalter 62 in der Zeile 6 und ebenfalls den Schalter 62b in der Zeile 10. Der Schalter 62b stellt sicher, dass das Zündrelais an die Energiequelle angeschlossen bleibt. Ein Schliessen des Schalters 62a hat keine sofortige Wirkung auf die Schaltung.

Ein erfolgreicher Startversuch bringt die Drehzahl der Oasturbine bis in den Bereich der Leerlaufdrehzahl unter der Wirkung des Startermotors 26 und der normalen Verbrennung des Motors.

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Sobald die Turbine die untere Schwelle der normalen Leerlaufdrehzahl überschritten hat, öffnet der Drehzahlschalter 24 und lässt das Starterkontrollrelais 22 abfallen. Das Relais 22 öffnet die Schalter 22a, 22b und 22c und die Schaltung nimmt die Stellung ein, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. Ein Öffnen des Schalters 22a unterbricht die Verbindung von der Starterleitung 22 zur Batterie 16, wodurch der Startermotor 26 stromlos wird. Ein Öffnen der Schalter 22b und 22c hat keinen unmittelbaren Effekt auf die Schaltung.

Während des normalen Leerlaufbetriebes nimmt die Schaltanordnung die Position ein, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. Wenn die Drehzahl der Gasturbine einen Wert übersteigt, der 6O % der Maximaldrehzahl der Turbine bei Betrieb " im Normalbereich beträgt, öffnet der drehzahlabhängige Schalter 32. Dies hat keine unmittelbare Wirkung auf die Funktion der Turbine, und die Schaltungsanordnung für diesen Betriebsbereich hat bis auf diese eine Änderung das gleiche Aussehen, wie in der Fig. 4 für alle Phasen des Normalbetriebes dargestellt.

Wenn keine Flanme in der Brennkammer der Turbine erscheint, bevor die Verzögerungsperiode entsprechend der Einstellung des Verzögerungsrelais 28 vorüber ist, wird das Verzögerungsrelais 28 betätigt und öffnet den Schalter 28a. Eine Öffnung des Schalters 28a unterbricht die Verbindung von Startermotor 26 zur Batterie 16 und läset das Starterkontrollrelais 22 und das Kraftstoffkontrollrelais 30 abfallen. Das Relais 3SO öffnet den Schalter 30b Inder Zeile 7, wodurch derKraftatoffkontrollsolenoid 50, der für die Zufuhr von Kraftstoff zur Turbine verantwortlich ist, deaktiviert wird. Dadurch wird der Startversuch abgebrochen und die Schaltung nimmt wieder die Stellung ein, wie sie in der Fig. 1 dargestellt 1st, mit Ausnahme, dass der Handschalter 18 geschlossen bleibt. Da« Verzögerungsrelais 28 hält den Schalter 28a offen, und zwar für einen Zeitraum, der ausreichend ist, die Gasturbine bis zum kompletten Stillstand auslaufen zu lassen. Der Bedienende der Gasturbine kann dann einen weiteren Startversuch dadurch unternehmen, dass er den Startschalter 20 kurz betätigt.

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Wie bereits oben ausgeführt nimmt die Schaltung die Stellung ein, wie sie in der Pig. 3 dargestellt ist, sobald eine Flamme in der Brennkammer der Turbine während des Startvorganges erscheint. Erscheint jedoch die Planne bevor die Gasturbine die Drehzahl erreicht hat, die der unteren Grenze der Leerlaufdrehzahl entspricht, so unterbricht die Kontrollschaltung den Startvoi-gang. Die Fig. 5 zeigt die Schaltung zum Zeitpunkt des Fortbleibens der Flamme. Durch das Portbleiben der Flamme wird das Flammenrelais 64 betätigt. Das Relais schliesst den Schalter 64d in der Zeile 9, der wiederum das Zündsystem 60 aktiviert und das Kontrollicht 58 aufleuchten lässt, um den Bedienenden vom Wegbleiben der Flamme zu informieren. Das Relais schliesst ebenfalls den Schalter 64b in der Zeile 6. Da das Zündrelais 62 betätigt wurde, liegt Spannung über den geschlossenen Schalter 62a am Abschaltrelais 40. Das Relais 40 öffnet den Schalter 4Oa in der Zeile 3, das das Starterkontrollrelais 22 und das Kraftstoffkontrollrelais 30 abfallen lässt; weiterhin wird die Verbindung vom Startermotor 26 zur Batterie 16 unterbrochen. Eine wiederholte Betätigung des Kraftstoffkontrollrelais 30 öffnet den Schalter 30b in der Zeile 7, wodurch die Zufuhr von Kraftstoff zum Motor unterbrochen wird. Dadurch wird der Startversuch abgebrochen. Der Handschalter 16 muss nun geöffnet werden, um das Abschaltrelais abfallen zu lassen, bevor ein nochmaliger Startversuch versucht werden kann. Dabei enthält das Abschaltrelais 4o einen Zeitschalter, der ausreichend ist, der Gasturbine das Auslaufen zu ermöglichen bis zum vollständigen Stop, bevor er wieder betätigt werden kann.

Dadurch ist sichergestellt, dass die Steuerschaltung nur einen Wiederstartversuch zulässt, wenn ein Wegbleiben der Flamme während des Leerlaufes der Gasturbine erfolgt. In der Fig. 4 ist die Schaltung während des Leerlaufes und in Fig. 6 die Schaltung unmittelbar nach dem Ausgehen der Flamme bei Leerlauf dargestellt. Bei einem Ausgehen der Flamme wird das Flammrelais 64 abgeschaltet und öffnet oder schliesst die ihm zugeordneten Schalter. Der geschlossene Schalter 64d betätigt das Zündsystem 60 und lässt ebenfalls das Kontrollicht 58 aufleuchten. Da der Schalter 62a geschlossen ist, bewirkt ein Schliessen des Schalters 64b, dass die eingestellte Zeitperiode la Verzögerungszündrelais 38 zu laufen beginnt. Obwohl der Schalter 64c geöffnet ist, wird der Kraftstoffkontrollsolenoid 50 über dit Schalter 32, 28·., 30b und 5*· bet«tigt.

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Wenn eine Wiederzündung erfolgreich ist, bevor die Periode des Verzögerungszündrelais 38 abgelaufen ist, bewirkt eine Betätigung des Flanmrelais 64 ein , Abschalten des Zündsystems, ein Einschalten der Kraftstoffkontrolleinrichtung durch den Schalter 64c und ein Abschalten des Verzögerungszündrelais 38 durch Öffnen des Schalters 64b. Wenn eine Wiederzündung nicht erreicht wird innerhalb der vorgesetzten Zeit, öffnet das Verzögerungszündrelais 38 den Schalter 38a, der wiederum den Kraftstoffkontrollsolenoid 50 abfallen lässt, wodurch die Oasturbine bis zum vollständigen Stehenbleiben ausdreht.

Wenn ein Fortbleiben der Flamme während des Normalbetriebes der Gasturbine erfolgt, wird durch die Kontrollschaltung ein Wiederzündversuch unternommen, so- f bald die Gasturbine bezüglich ihrer Drehzahl in den Bereich des Leerlaufes gekommen ist. Während des Normalbetriebes nimmt die Schaltung die Stellung ein, wie sie in der Figur 4 dargestellt ist mit der Ausnahme, dass der drehzahlabhängige Schalter 32 offen ist. Bei einem Wegbleiben der Flamme wird das Flaanrelais 64 abgeschaltet, wodurch es die ihm zugeordneten Schalter öffnet bzw schliesst, um so die Schaltstellung herbeizuführen, wie sie in der Figur 6 dargestellt ist. Da der drehrahlabhängige Schalter 32 offen ist, wird der Kraftstoffkontrollsolenoid 50 sofort deaktiviert und das Verzögerungszündrelais 38 wird davon abgehalten, den Verzögerungszeitraum beginnen zu lassen. Wenn die Drehzahl der Gasturbine etwa 60 % der Maximaldrehzahl erreicht hat, schliesst der drehzahlabhängige Schalter 32, wodurch Kraftstoff dem Motor zugeführt wird und auch die Verzögerungsperiode des Verzögerungszündrelais 38 ί zu laufen beginnt. Eine erfolgreiche Zündung betätigt das Flammrelais 64, wodurch das Zündsystem abgeschaltet wird und die Kraftstoffzufuhr durch den Schalter 64c eingeschaltet wird. Durch Öffnung des Schalters 64b wird ausserdem das Verzögerungszündrelais 38 abgeschaltet. Wenn der Wiederzündungsversuch nicht erfolgreich ist, öffnet das VerzögerungszUndrelais 38 den Schalter 3Ba, wodurch die Maschine abgeschaltet wird. Die erfindungsgemässe Kontrollschaltung schützt die Gasturbine auch gegen Schäden, die von überhöhten Motortemperaturen herrühren können. Bei normalen Betriebstemperaturen wird das Temperaturmessrelais 54 nicht betätigt. Wenn jedoch eine hohe Temperatur in der Gasturbine auftritt, wird das Temperaturraessrelais 54 betätigt und Öffnet den Schalter 54a und schliesst den Schalter 54b.

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Eine Öffnung des Schalters 54a unterbricht sofort die Brennstoffzufuhr zur Turbine, wodurch die Flamme erlöscht, wodurch wiederum das Plammrelais 64 abfällt. Ein Schliessen des Schalters 54b lässt das Temperaturkontrollicht aufleuchten, wodurch der Betätigende der Gasturbine von dem Vorliegen einer erhöhten Temperatur in Kenntnis gesetzt wird (siehe Fig. 8). Ein Hilfsschalter 54c in Zeile 9 zwischen dem Abzweigpunkt 56 und dem Zündsystem 60 kann durch Betätigung des Temperaturmessrelais 54 geöffnet werden, um wenn gewünscht, das Zündsystem abzuschalten.

Wenn der Zustand des Bestehens einer erhöhten Temperatur sich geändert hat und nach einiger Zeit die Gasturbine die Leerlaufdrehzahl erreicht hat, wird das Temperaturmessrelais 54 abgeschaltet und die Gasturbine unternimmt automatisch einen Wiederzündversuch, wie oben in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben. Das Fortbestehen einer erhöhten Temperatur oder ein nicht erfolgreicher Wiederzündversuch führt dazu, dass der Schaltkreis die Gasturbine vollständig abschaltet .

Der Schalter 38a kann in der Zeile 3 angeordnet sein, ohne seine Funktion zu ändern. Der Schalter 4Oa kann sowohl mit dem Verzögerungszündrelais 38 als auch mit dem Abschaltrelais 40 verbunden sein, und zwar durch eine "Lost Motion"-Verbindung, so dass der Schalter 40a beide Funktionen der Schalter 38a und 4o wahrnehmen kann. Ein automatisches Zurückschalten der Schaltanordnung nach einem Wegbleiben der Flamme während des StartVorganges kann dadurch erreicht werden, dass man einen normalerweise geschlossenen Schalter 40b in Serie mit einem Zündrelais 62 in der Zeile 10 bringt, wie in der Fig. dargestellt. Eine Betätigung des Abschaltrelais 40 öffnet dann den Schalter 40b, um das Zündrelais 62 abzuschalten. Das Zündrelais 62 öffnet wiederum den Schalter 62a, und deaktiviert somit das Abschaltrelais 40 und öffnet den Schalter 62b, wodurch das Zündrelais 62 seine Ursprungsstellung einnimmt. Diese Schaltungsanordnung mach' es unnötig, den Schalter l8 manuell zu öffnen, bevor ein zweiter Startversuch unternommen wird. Der Schalter 40a bleibt dann vorzugsweise während eines Zeitraumes offen, sogar wenn das Abschaltrelais 40 abgefallen wird, um der Gasturbine ein Ausrollen rum vollständigen Stillstand zu gestatten» bevor ein neuer Startversuch unternommen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. ) Steuersystem für eine Gasturbine, enthaltend eine Stromquelle, einen Startermotor, ein Kraftstoffzuführsystem sowie eine Zündeinrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer, wobei das Steuersystem die folgendenElemente enthält:

a) eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr;

b) eine Einrichtung zur Steuerung der Zündung in einem Luft-Kraftstoffgemisch;

c) einen handbetätigbaren Schalter (20), durch den der Startermotor (26) an einer Batterie anschliessbar ist;

d) eine Einrichtung, mittels der dieser Anschluss nach einer zumindest kurzzeitigen Betätigung des Schalters (20) aufrecht erhaltbar 1st;

e) eine Einrichtung, durch die feststellbar ist, ob das Kraftstoffluftgemisch in der Brennkammer gezündet hat, wobei durch diese Einrichtung die elektrische Verbindung zwischen Batterie und Startermotor (26) dann unterbrechbar ist, wenn die Zündung erfolgt ist.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, wodurch ein Startversuch I der Gasturbine dann durch Abschaltung des Startermotors abbrechbar ist, wenn unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Gasturbine die Flamme in der Brennkammer erlöscht.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen und insbesondere eine Schaltung vorgesehen ist, wodurch ein einziger Versuch der Wiederzündung vornehmbar ist, nachdem die Flaaae In der Brennkammer während einer Drehzahl erloschen ist, die oberhalb der unteren Leerlaufdrehzahl liegt, wobei der Versuch der Wiederzündung la Leerlaufbereich der Drehzahl durchgeführt wird.

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4. Steuersystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung folgender Elemente:

a) als Einrichtung zur Feststellung, ob die Flamme in der Brennkammer brennt, wird ein Flammrelais (64) verwendet, das betätigt wird, wenn eine Flamme vorhanden ist;

b) zum Flammrelais (64) parallel geschaltet ist ein Zündrelais (62) vorgesehen;

P . c) in Reihe mit dem Zündrelais (62) ist ein normalerweise offener

Schalter (64e) angeordnet, der durch Betätigung des Flammrelais (64) geschlossen wird;

d) es sind Einrichtungen vorgesehen, wodurch bei einer einmaligen Betätigung des Zündrelais (62) dieses festgehalten wird;

e) ein Abschaltrelais (40) ist parallel zum Zündrelais (62) vorgesehen;

f) in Reihe mit dem Abschaltrelais 40 liegen ein normalerweise offener Schalter (62a) und ein normalerweise geschlossener Schalter (64b) wobei der Schalter (62a) durch Betätigung des Zündrelais (62) ge-

fc schlossen und der Schalter (64b) durch Betätigung des Flammrelais

(64) geöffnet wird;

g) die Anordnung ist so vorgenommen, dass bei einer Betätigung des Abschaltrelais (4o) ein normalerweise geschlossener Schalter (40a), der in Reihe mit einem Kraftetoffkontrollrelais (30) liegt, geöffnet wird, so dass bei Betätigung des Zündrelais (62) und bei Abschalten des Flamnrelais (64) ein Startversuch unterbrochen wird.

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5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Abschaltrelais (²K)) ein Verzögerungszündrelais (38) angeordnet ist, das in Reihe mit dem normalerweise geschlossenen Schalter (64b) und dem normalerweise offenen Schalter (62a) liegt, wobei das Verzögerungszündrelais (38) Mittel enthält, die bewirken, dass das VerzögerungszUndrelais (38) erst nach einer vorher bestimmten Zeit ab Anschluss an die Stromquelle betätigt wird und dass durch das Verzögerungszundrelais (38) ein Schalter (38a) geöffnet wird, wodurch die Kraftstoffzufuhr zur Gasturbine unterbrochen wird.

6. Steuersystem nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichr f net, dass ein Drehzahlschalter (24), beeinflussbar von der Drehzahl der Gasturbine, vorgesehen ist, wobei der Drehzahlschalter (24) in Reihe mit dem Starterkontrollrelais (22) geschaltet ist, und dass durch den Drehzahlschalter (24) das Starterkontrollrelais (22) abschaltbar ist, wodurch der Startermotor (26) von der Batterie (l6) getrennt wird, sobald die Drehzahl der Gasturbine die untere Grenze des Leerlaufbereiches überschritten hat.

7· Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Abschaltrelais (40) ein normalerweise offener Schalter (22c) angeordnet ist, wobei dieser Schalter (22c) durch Betätigen des Starterkontrollrelais (22) schliessbar ist, so dass der Schalter (22c) j bei Gasturbinendrehzahlen oberhalb der unteren Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches die Betätigung des Abschaltrelais (40) verhindert.

8. Steuersystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Verzögerungszundrelais (38) ein drehzahlabhängiger Schalter (32) vorgesehen ist, wobei der Schalter (32) öffnet, sobald die Drehzahl der Gasturbine die obere Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches überschritten hat.

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9· Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Elemente auf eine untere bzw obere Grenze der Leerlaufdrehzahl erfolgt, wobei der zwischen unterer und oberer Grenze liegende Drehzahlbereich 20 % der normalen Leerlaufdrehzahl beträgt.

10. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein Drehzahlschalter (24) in Reihe mit dem Starterkontrollrelais (22) angeordnet ist, wobei der Drehzahlschalter (24) abhängig von der Drehzahl der Gasturbine offenbar ist und das Starterkontrollrelais (22) abschaltet, wenn die Drehzahl der Gasturbine die untere Grenze des Leerlaufdrehzahlbereiches überschreitet.

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