DE2055961A1 - Regeleinrichtung - Google Patents

Description

20559S1

Patentanwölle
Dr. Ing. H. Necfsndank.

Dipl. !ng. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

SMünchsn iS.i-iocartstr.lB

Tel. 5 380586

Societe Nationale d'Etude

et de Construction de Moteurs

d'Aviation

15o, Boulevard Haussmann

75-Paris / Frankreich Io. November 197o

Anwaltsakte M-I379

Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung, die das Betriebsverhalten einer Anlage, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks, dadurch regelt, daß sie den Durchsatz einer unter Druck stehenden, der Anlage durch eine Zuführungsleitung zugeführten Flüssigkeit in Abhängigkeit von Änderungen eines Betriebsparameters der Anlage ändert.

Bekanntlich läßt sich der wirksame Durchsatz der der Anlage zugeführten Flüssigkeit mit Hilfe eines Dosierventils ändern, das in eine Zuführungsleitung der Anlage eingeschaltet ist. Ein solches Dosierventil weist gewöhnlich eine Dosierleitung mit veränderlichem Querschnitt S auf, und es ist im allgemeinen Regelmitteln zugeordnet, die den Druckabfall Δ P der Flüssigkeit in der Dosierleitung regeln und meistens konstant halten. Im letzteren Fall ist der Durchsatz der Flüssigkeit, der die Anlage erreicht, lediglich abhängig vom augenblicklichen Querschnitt S der Dosierleitung. Solche Dosierventile werden insbesondere zur

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Regelung der Brennstoffzufuhr bei Gasturbinentriebwerken verwendet, und zwar zur Regelung in Abhängigkeit von Änderungen /^ N der Drehzahl des Rotors, und im folgenden wird der Einfachheit halber auf eine solche Drehzahlregelung Bezug genommen, ohne daß dadurch der Anwendungsbereich der Erfindung eingeschränkt werden soll.

Die Forderungen nach Genauigkeit im stabilisierten Bereich und nach Stabilität und Schnelligkeit im Übergangsbereich widersprechen sich bekanntlich einander und machen die Verwendung von Reglern unterschiedlichen Ansprechverhaltens notwendig. Bekanntlich sind zu diesem Zweck - unter dem Namen proportional wirkende Regler (P-Regler) - Regler bekannt, die bei einer plötzlichen Änderung des ihnen zugeführten Signals (beispielsweise einer Drehzahländerung /\ N) eine im gleichen Maße plötzliche Änderung einer Steuergröße (beispielsweise des Durchsatzes Q des der Brennkammer zugeführten Brennstoffes) hervorrufen. Es gilt somit

Es sind ferner Regler bekannt, die bei einer plötzlichen Änderung

■\ N des ihnen zugeführten Signals mit einer Änderungs geschwindigkeit dQ/dt der Steuergröße antworten, die der Änderung proportional ist. Es gilt somit

dO

dt

= k₂ ΔΝ

ZlQ -

,jN dt.

Die Änderung ,J\Q ist somit dem Integral der Änderung JXN über der Zeit proportional. Solche Regler nennt man bekanntlich integral-

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j wirkende Regler (I-Regler).

Jeder dieser Regler hat seine Vor- und Nachteile, die dem Fachmann bekannt sind, und es genügt hier anzudeuten, daß die P-Regler aufgrund ihres raschen Ansprechverhaltens vorallem zur Regelung ' im Übergangsbereich herangezogen werden, während die I-Regler,

die genauer arbeiten und keinen Übersteuerungs-Fehlern ausgesetzt sind, zur Regelung im stabilisierten Bereich bevorzugt werden. j Aus diesem Grund werden häufig PI-Regler verwendet, die eine Verj bindung der beiden oben genannten Arten von Reglern darstellen ; und "parallel" auf die gleiche Steuergröße einwirken.

Im hier betrachteten Fall wird diese Steuergröße vom Durchsatz ί Q gebildet, der seinerseits von zwei Steuergrößen abhängig ist, : und zwar dem Querschnitt S der Dosierleitung und dem Druckabfall ·_ ρ der Flüssigkeit in der Dosier leitung.

Bei den bekannten Regeleinrichtungen wird allein eine der Steuergrößen (im allgemeinem der Querschnitt S) durch den oben erwähnten PI-Regler veranlaßt, auf Änderungen des zu überwachenden Betriebs- | parameters (im Falle eines Gasturbinentriebwerkes beispielsweise die Drehzahl N) anzusprechen, wogegen die andere Steuergröße konstant gehalten wird oder gegebenenfalls auf Änderungen eines anderen Betriebsparameters anspricht.

Es ist jedoch offensichtlich, daß das Zusammentreffen nicht allein der Vorzüge, sondern in gleicher Weise auch der Nachteile der ι beiden Arten von Reglern in gewissen Fällen unerwünscht sein kann.*

-H-

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Durch die Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden. Insbe-

en

sondere soll/bei einer Regeleinrichtung der oben genannten Bauart die beiden Regelarten besser voneinander getrennt werden, indem die Proportionalwirkung und die Integralwirkung auf die beiden Steuergrößen (den Querschnitt 8 der Dosierleitung und den Druckabfall Δ P der Flüssigkeit in der Dosierleitung) verteilt werden. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.

j Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere das im Anspruch M- gekennzeichnete Ausführungsbeispiel liefert in besonders einfacher Weise

die gewünschte Integralwirkung,während das im Anspruch 5 gekennzeichnete Ausführungsbeispiel die gewünschte Proportionalwirkung ; liefert, wie weiter unten noch genauer erläutert wird. _;

Anhand der Zeichnungen werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele¹

i der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

Fig. 2 ein entsprechendes Schema einer abgewandelten Ausführungs-* form der Regeleinrichtung.

In den Figuren ist mit der Bezugsziffer 1 eine Anlage bezeichnet, die mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ausgerüstet ist. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht diese Anlage aus einem Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter 2, einer Brennkammer 3, einer den Verdichter 2 antreibenden Turbine 4 und einem

T 5 T

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Auslaßkanal 5, der in einer Düse endet. Die Brennkammer 3 wird mit unter Druck stehendem flüssigen Brennstoff gespeist, und zwar über eine Zuführungsleitung 6, 7, in die eine Dosierleitung 8 eingeschaltet ist. Der Querschnitt S der Dosierleitung kann mit Hilfe erster Regelmittel, die im Ausführungsbeispiel von einem Dosierventil 9 gebildet werden, geändert werden. Die Flüssigkeit, die durch die Zuführungsleitung 6, 7 fließt, wird mit Hilfe einer Pumpe Io, beispielsweise einer Pumpe konstanter Fördermenge, unter Druck gesetzt. Zweite Regelmittel dienen zum Regeln des Druckabfalls 4 ^{p des} Brennstoffs in der Dosierleitung 8.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die zweiten Regelmittel aus einem Regelventil 11, das mit einem in eine Rückführleitüng eingeschalteten Rückführkanal 12 zusammenwirkt; der Rückführkanal 12 hat einen Querschnitt s, der in Abhängigkeit von der Stellung des Regelventils 11 veränderlich ist. Je nach der Stellung des Regelventils 11 fließt ein veränderlicher Teil des , von der Pumpe Io geförderten Brennstoffs zur Saugseite "der Pumpe j zurück. Wenn die Pumpe Io eine Pumpe veränderlicher Förderleistung ist, kann" die Regelung des Druckabfalls Δ Ρ anstatt durch Rückführung eines Teils der Fördermenge durch Änderung der Forder- > leistung der Pumpe durchgeführt werden. Die Menge des Brennstoff$, die der Brennkammer 3 zugeführt wird und im folgenden Q genannt werden soll, hängt somit gleichzeitig von S und s ab.

Im Betrieb läuft der Rotor der Anlage mit einer Drehzahl N um, die mit Hilfe eines Fliehkraftreglers 16 gemessen wird, um mit einer - konstanten oder veränderlichen - Solldrehzahl N_Q verglichen zu werden. Die Solldrehzahl N_Q wird durch die Stellung JL

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eines Steuerhebels 15 festgelegt, der über einen Nocken 17 auf eine Feder 18 einwirkt. Bei Reibungskräften nahe des Gleichgewichtes ist die Zentrifugalkraft der Fliehgewichte gleich der Reaktionskraft der Feder, derart, daß sich ein einem Verteilerventil 2o zugeordneter Schieber 19 in seiner Nullstellung befindet. Eine Störung des Gleichgewichts dieser Kräfte, die von einer Drehzahländerung ΔΝ (hervorgerufen durch eine Änderung von N oder N) herrührt, hat eine Verschiebung des Schiebers 19 zur Folge. Das Verteilerventil 2o bildet somit einen Meßwertgeber, der die Drehzahländerungen <^N mißt.

Bei den bekannten Regeleinrichtungen dient eine Drehzahländerung Δ N, die von dem Verteilerventil 2o festgestellt wird, als Eingangssignal für einen einzigen Regler, im allgemeinen einen PI-Regler, der in dem gewünschten Sinn auf entweder die Regelmittel 9 oder 11 einwirkt, um die Drehzahländerung AN zu verringern, bis die eingestellte Drehzahl erreicht und somit das Gleichgewicht zwischen der Federspannung und der Zentrifugalkraft der Fliehgewichte wieder hergestellt ist, was eine Rückkehr des Schiebers zu seiner Nullstellung zur Folge hat. Gewöhnlich erfolgt die Regelung durch Änderung des Querschnitts S des Dosierkanals 8, während die Regelmittel zum Regeln des Querschnitts s einfach den Druckabfall ^p der Flüssigkeit im Dosierkanal 8 konstant halten, so daß der Druchsatz/Ües Brennstoffs, der zur Brennkammer gelangt, allein vom Querschnitt S abhängt.

und R~ verwendet,

Erfindungsgemäß werden dagegen zwei Regler die die Regelmittel 9 bzw. 11 zum Regeln des Querschnitts S bzw.s

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steuern und von denen der eine (vorzugsweise der Regler R,) ein integral wirkender und der andere ein proportional wirkender Regler ist.

Der Schieber I9 weist zwei Kolbenglieder 21, 22 auf,. die in einem Zylinder 23 gleiten, der mit einer Einlaßöffnung 24 und zwei schlitzförmigen Auslaßöffnungen A, B versehen ist.

Die Einlaßöffnung 24 verbindet über eine Leitung 25 den zwischen den beiden Kolbengliedern 21, 22 gebildeten Raum mit dem Abschnit der Zuführungsleitung 6, der sich zwischen der Pumpe 10 und dem Dosierkanal 8 befindet. Die Auslaßöffnung A bzw. B ist über eine Leitung 26 bzw. 27 mit dem Regler R₁ bzw. R_P verbunden. Die Auslaßöffnungen werden von den beiden Kolbengliedern des Schiebers 1$ teilweise überdeckt, wenn er sich in der Nullstellung befindet, und ihre Lage ist im gesamten Bewegungsbereich des Schiebers jeder zeit derart, daß die Summe ihrer offenen Querschnitte konstant ist.

Der Regler R, weist ein Servoglied 28 auf, das mit einem Bauteil, das zu den Regelmitteln zum Regeln des Querschnitts S des Dosierkanals gehört, im vorliegenden Fall mit dem Dosierventil 9 fest verbunden ist. Das Servoglied 28 und das Dosierventil 9 bilden zusammen einen bewegbaren Kolben* der in einem von zwei Stirnseiten 29a, 29b verschlossenen Zylinder 29 drei Kammern 30,31,32 bildet. Die Kammer 30 steht über die Leitung 26 mit der Auslaßöffnung A und über eine Leitung 33» die eine erste Drosaelstelle E aufweist, mit einem Niederdruckraum B_Q in Verbindung. Die Kammer 31 ist übei eine Leitung 34 mit einem stromaufwärts vom Dosierkanal 8

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angeordneten Abschnitt der Zuführungsleitung 6 verbunden. Die

Kammer 32, die von dem aus dem Dosierkanal 8 austretenden dosiersteht
ten Brennstoff durchströmt wird,/über die Zuführungsleitung 7 mit der Brennkammer 3 in Verbindung. Eine mit dem bewegbaren Kolben fest verbundene Stange 35 ragt durch die Stirnseite 2 9b aus dem Zylinder 2 9 heraus.

Der Regler R„ weist in der gleichen Weise einen bewegbaren Kolben 36 auf, der mit einem zu den Druckabfall-Regelmitteln gehörenden ;

Bauteil, im vorliegenden Falle dem Regelventil 11, fest verbunden ist. Der Kolben 36 und das Regelventil 11 sind in einem

Zylinder 37 angeordnet, mit dem sie drei Kammern 38, 39, 4o bildent Die Kammer 38 steht über die Leitung 2 7 mit der Auslaßöffnung B und über eine Leitung Ul, die mit einer zweiten Drosselstelle D versehen ist, mit der Stromabwärts vom Dosierkanal 8 angeordneten Zuführungsleitung 7 in Verbindung. Die Kammer 39 ist über eine Lei·*·

tung 12 mit einem stromaufwärts vom Dosierkanal 8 befindlichen Abschnitt der Zuführungsleitung 6 verbunden. Die Kammer 4o j schließlich wird von dem in Abhängigkeit von der Stellung des Rtgelventils 11 abhängigen Bruchteil des durch die Leitung 13, 14 zur Saugseite der Pumpe Io zurückgeführten Brennstoffs durchströmt. Zwischen dem Kolben 36 und einer Stirnseite 37a des Zylinders 37 ist eine Feder 43 angeordnet.

Die gesamte Regeleinrichtung befindet sich in einem - nicht dargestellten - Gehäuse, in dem der Niederdruck P_Q herrscht, von dem weiter oben die Rede war und der im wesentlichen gleich dem Ansaug druck der Pumpe Io ist.

— 9 —

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.„ 2Q55äßl.

Im folgenden werden folgende Bezeichnungen verwendet: P.: Förderdruck der Pumpe lo, d.h. der Druck des Brennstoffs stromaufwärts vom Dosierkanal 8;

P₂: Druck des Brennstoffs stromabwärts vom Dosierkanal 8; /\P = P_-1 - P₀: Druckabfall des Brennstoffs in dem Dosierkanal 8;

X dm

P.: Druck in der Leitung 26 hinter der Auslaßöffnung A; P_n: Druck in der Leitung 41 hinter der Auslaßöffnung B; S.: Querschnitt des dem Regler R^ zugeordneten Servogliedes 28; S₀: Querschnitt des dem Regler R₂ zugeordneten Kolbens;

Q : tatsächliche Menge des der Brennkammer 3 zugeführten Brennstoffes;

y : Abszisse, die die Stellung des Schiebers 19 definiert (y = 0,| wenn sich der Schieber in seiner Nullstellung befindet);

w : Abszisse, die die Stellung des Regelventüs 11 definiert; ;

w : Abszissenwert, der die Stellung des Regelventüs Hj definiert, wenn die Spannung der Feder 4 3 null ist.

Zur Vereinfachung sei angenommen, daß der Querschnitt der Stange 35 des Servogliedes 28 gleich S₁/2 ist.

Es wird nun die Betriebsweise der Regler R« und R„ beschrieben.

Das dem Regler R. zugeordnete Servoglied 28 ist den Druckkräften,j die in den Kammern 3o und 31 herrschen (die Wirkung des in der mittleren Kammer 32 herrschenden Drucks gleicht sich aus), und den Druckkräften, die auf die Stange 35 einwirken, ausgesetzt. Im Gleichgewichtszustand ist die Menge des Brennstoffs, die durch den offenen Querschnitt der Auslaßöffnung A strömt, gleich der Menge, die durch die Drosselstelle C austritt, und man erhält

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- Io -

somit:

P_A χ

= (P

P ) — ^ro' 2

oder

bzw.

(la)

P - P - P 1 P *1 ¹A " ¹A ο

(1)

Die letzte Beziehung drückt aus, daß im Gleichgewichtszustand der an der Auslaßöffnung A anliegende Druckabfall und der an der Drosselstelle C anliegende Druckabfall gleich sind, was bedeutet, daß der freigegebene Querschnitt der Auslaßöffnung A in diesem Augenblick gleich dem Querschnitt der Drosselstelle C ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Drosselstelle läßt sich erreichen, daß die Beziehung (1) nur für die Stellung y = 0 des Schiebers 19 erfüllt ist, in der die freigegebenen Querschnitte der Auslaßöffnungen A und B gleich sind. Diese Stellung entspricht dem Fall, in dem die Drehzahlabweichung £ß Null ist.

Da die durch die Auslaßöffnung B fließende Brennstoffmenge gleich der durch die Drosselstelle D strömenden Brennstoffmenge ist, erhält man andererseits:

- ^p

χ s

_D χ y

λβ ^{x S}B ^x ϊ
worin

\_B und ;\_D, Sg und S^ die Durchflußkoeffizienten bzw. die Querschnitte der Auslaßöffnung B und der Drosselstelle D sind.

Diese Beziehung läßt sich auch folgendermaßen schreiben:

- 11 -

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iiiiiviliniiiiliiilii ««ιum

205596Ί - li -

P — P C\ V^ Ί

—± ä ₌ ΰ ϋ_— (2b)

D O ^ /V-D Ό '

D L· ' D D

woraus man erhält:

^Pl " ^ΡΒ CM) ^{χ S}D)² ,«.

P₁ - P₉ " _Λ> „ ς .2 , f _{Λ νςί}2 ^Κό)

Indem man das zweite Glied der Beziehung (3) gleich β ('β < 1) setzt, erhält man:

P. - P

= r

Die letzte Beziehung drückt aus, daß der an der Auslaßöffnung B anliegende Druckabfall ein bestimmter Bruchteil des an der leitung 25-24-B-D-7 anliegenden Gesamtdruckabfalls P^ - P₂ ist.

Der Druckabfall P. - P„ =ΔΡ ist auch derjenige, der in dem Dosier kanal 8 entsteht und der von dem Regler R₃, der mit Hilfe des Regelventils 11 auf den Querschnitt s des Rückführkanals 12 einw irkt, geregelt werden soll.

Der dem Regler R₉ zugeordnete bewegliche Kolben 36 ist den in den j Kammern 38, 39 herrschenden Druckkräften und der Kraft der Feder M-3 ausgesetzt.

Im Gleichgewichtszustand erhält man:

*1 *B S₂ ^x ^^{w ib)}

worin R die Federkonstante und Aw s w - w die Verschiebung des Kolbens 36 im Zylinder 37 darstellen.

τ 12 -

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Durch Elimination von P_ß in den Beziehungen (4) und (5) erhält man:

(6)

2 ⁼ R ^X S,

^pi -

Die Regeleinrichtung arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß an die Regeleinrichtung ein Signal entsprechend einer Drehzahländerung Δ Ν abgegeben wird, wobei diese Drehzahländerungen daher rühren kann, daß die Anlage selbst infolge beispielsweise geänderter Flugbedingungen und/oder Flughöhe ihre Drehzahl ändert oder der Pilot einen anderen Wert N einstellt. Es sei beispielsweise angenommen, daß ΔΝ)ο ist.

Es erfolgt somit eine Beschleunigung des Rotors, die eine Vergrößerung der Zentrifugalkraft der Fliehgewichte hervorruft. Die Fliehgewichte entfernen sich voneinander, und der Schieber 19 bewegt sich nach rechts (in der Figur), wobei er die entgegenwirkende Feder 18 zusammendrückt, bis die neue Rückstellkraft der Feder der neuen Zentrifugalkraft das Gleichgewicht hält. Die Folge ist, daß die Auslaßöffnung A weiter freigegeben wird, während die Auslaßöffnung B gedrosselt wird. Der Druck P_A steigt somit um AP. an und der Druck P_n fällt um AP_n ^ab·

Ά a ti

Die durch die Auslaßöffnung A strömende Brennstoffmenge wird unter diesen Umständen größer als die durch die Drosselstelle C austretende Brennstoffmenge. Dieser Unterschied in der Brennstoffmenge wird durch eine im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit erfolgende Verschiebung des Servogliedes 28 nach rechts (in der Figur) ausgeglichen, wodurch der Querschnitt S des Dosierkanals 8 und somit die der Brennkammer 3 zugeführte Brennstoff-

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menge Q verringert werden,

Die Bewegung des Servogliedes 28 setzt sich so lange fort, wie die Drehzahländerung ΔN vorhanden ist. Wenn der Dosierkanal die Form eines rechteckigen Schlitzes hat, ist die Änderung des Querschnitts S über der Zeit somit linear. Einer Änderung ΔΝ des zu überwachenden Betriebsparameters entspricht somit eine. Integr wirkung auf die Zwischen-Steuergröße S und somit auf die Steuergröße Q.

Wenn sich der Querschnitt S verringert, wird der Druck P₂ in der Zuführungsleitung 7 ebenfalls kleiner. Dasselbe gilt für den Druck Pg in der LeitungHl. Der bewegliche Kolben 36, der zum Regler R gehört, ist dann nicht mehr im Gleichgewicht und verschiebt sich um einen Betrag Aw nach rechts (in der Figur), wobei er die Feder 43 zusammendrückt, bis die Vergrößerung der Federspannung die Verringerung des Druckes P„ ausgleicht.

Indem man Glied um Glied der neuen Gleichgewichtsgleichung des Kolbens 36 von der alten Gleichgewichtsgleichung, der Gleichung (5), abzieht, erhält man:

Δ P₁ - ä P_ß ' f~ χ A w

Wenn man einräumt, daß der Förderdruck P₁ der Pumpe sich wenig ändert, kann man die Verschiebung Aw des Kolbens 36 als proportional der Druckänderung ΔPg ansehen.

Bei einer entsprechenden Form des Rückführkanals 12 sind die Änderungen des Querschnitts s dieses Kanals den Verschiebungen Aw$

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somit den Druckänderungen ΔΡ_β und den Drehzahländerungen .3 N proportional.

Somit entspricht einer Änderung /_N des zu überwachenden Betriebsparameters eine proportionale Einwirkung auf die Zwischen-Steuergröße s und somit auf die Steuergröße Q.

Die in Fig. 2 gezeigte Regeleinrichtung ist eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Regeleinrichtung, die von der letzteren sich nur insofern unterscheidet, als die Steuerung der Regelmittel zum Regeln des Druckabfalls in dem Dosierkanal 8 eine Verstärkungsstufe aufweist. Die gemeinsamen bzw. sich entsprechenden Bauteile,! die bereits beschrieben wurden, wurden mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Ein Servoventil 5o weist einen Zylinder 51 auf, der durch zwei j Stirnseiten 51a, 51b verschlossen ist und in dem ein von einem Schieber 52 und zwei Kolbengliedern 53, 54 gebildeter Kolben gleitjbar gelagert ist. Der Kolben bildet mit dem Zylinder 51 drei ^! Kammern 55, 56, 57. Die Seitenwand des Zylinders 51 ist auf ihrer | Innenseite mit zwei Reihen von Nuten 58, 59 versehen, deren Ränder mit den Innenrändern der Kolbenglieder 53, 54 zusammenwirken, derart, daß sie Auslaßöffnungen 60, 61 zum Durchfluß von Strömungsmittel bilden. Die Kammer 55 ist über eine Leitung 62 mit einem stromaufwärts vom Dosierkanal 8 angeordneten Abschnitt der Zuführungsleitung 6 in Verbindung. Die Kammer 56 ist über eine Lei-

i tung 6 3 mit der Auslaßöffnung B und über eine Leitung 64, in der

sich die Drosselstelle D befindet, mit der stromabwärts vom Dosier

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— 15 - ■ ■ ■' ■■...-■.

kanal 8 angeordneten Leitung 7 verbunden. Die Kammer 57 schließlich steht über eine Leitung 65 mit der Kammer 38 in Verbindung, die zu den Regelmitteln zum Regeln des Druckabfalls in dem Dosierkanal 8 gehören. Zwischen dem Schieber 52 und der Stirnseite 51b des Zylinders 51 ist eine Feder 66 angeordnet.

Im Betrieb ist der Kolben bzw. Schieber 52 den in den Kammern 55, 56 herrschenden Drücken P- und P_n sowie der Feder 66, deren

J. D

Spannung dem Druckabfall P₁ - P_ß proportional ist, ausgesetzt.

In der mittleren Kammer 57 herrscht ein Druck P₃, der über die Leitung 65 auf eine der Stirnflächen des Kolbens 36 (wo im Fall der Fig, 1 der Druck P_ß herrscht) einwirkt.

Im Gleichgewichtszustand steht der Schieber 52 in einer Stellung still, die von den Betriebsbedingungen abhängt und der ein gewisser Druck P₃, der eine Stellung des Kolbens 36 festlegt, ents pricht.

Eine Drehzahländerung ΔΝ>0 hat, wie man weiter oben gesehen hat, eine Verringerung des Druckes P_n zu* Folge. Der Schieber 52 des Servoventils 5o verschiebt sich somit nach rechts (in der Figur), ι derart, daß die Auslaßöffnung 61 größer wird, während die Auslaßöffnung 60 kleiner wird. Aus diesem Grunde verringert sich der Druck P₃, was eine Verschiebung des Kolbens 36, der das Regelventil 11 steuert, nach oben (in der Figur) zur Folge hat. Der Querschnitt s vergrößert sich somit im gleichen Maße wie die Menge des Brennstoffs, der zur Saugseite der Pumpe Io zurückgeführt wird

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Das Regelventil 11 wird somit von dem Schieber 5 2 des Servoventils 5o verschoben, das seinerseits durch die Auslaßöffnung B gesteuert wird.

Wie man sieht, genügt eine kleine Verschiebung des Schiebers bzw. Kolbens 52 des Servoventils 5o, um eine größe Änderung des Drucks Po und somit eine beträchtliche Verschiebung des Kolbens 36, der das Regelventil 11 steuert, zu erhalten. Das Servoventil 5o bildet somit eine Verstärkungsstufe für das Regelventil 11, das nur die Leistungsstufe zur Regelung des Druckabfalls des Brennstoffs in dem Dosierkanal ist.

Die Betriebsweise der gerade beschriebenen Regeleinrichtung entspricht der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Regeleinrichtung, wobei der proportional wirkende Regler R„ einfach durch das Servoventil 5o vervollständigt worden ist.

Außer den bereits in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteilen hat die erfindungsgemäße Regeleinrichtung den Vorteil, daß die proportionale und integrale Regelwirkung mit im wesentlichen den gleichen Bauteilen erzielt wird, wie sie in den herkömmlichen Regeleinrichtungen bereits vorhanden sind (Dosierventil Regelventil) und die mit Hilfe besonders einfacher Mittel (Schlitz förmige öffnungen, Drosselstellen) ihrer neuen Betriebsweise angepaßt wurden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.)Regeleinrichtung, die das Betriebsverhalten einer Anlage, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks, dadurch regelt, daß sie j

   den Durchsatz einer unter Druck stehenden, der Anlage durch ' eine Zuführungsleitung zugeführten Flüssigkeit in Abhängigkeit ' von Änderungen eines Betriebsparameters der Anlage ändert, mit ,

   einem Meßwertgeber zum Messen der Änderungen des Betriebsparameters, einem in die Zuführungsleitung eingeschalteten Dosierkanal, ersten Regelmitteln zum Regeln des Querschnitts des
   Dosierkanals, zweiten Regelmitteln zum Regeln des Druckabfalls '. in dem Dosierkanal, sowie einem ersten und einem zweiten Regler], die jeweils dem Meßwertgeber zugeordnet sind und von denen der erste die ersten Regelmittel und der zweite die zweiten Regel- '

   - ■ i

   mittel steuert, dadurch gekennzeichnet, daß einer (R„) der ■ beiden Regler ein proportional wirkender und der andere (R^)
   ein integral wirkender Regler ist. !

   2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   derjenige (R₂) der Regler, der die Regelmittel zum Regeln des

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   Druckabfalls steuert, der proportional wirkende Regler ist, während der andere (R^) der integral wirkende Regler ist.

   3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber, der mit dem stromaufwärts vom Dosierkanal (8) herrschenden Druck gespeist wird, ein Verteiler ventil (2o) aufweist, in dem ein Schieber (19) beweglich angeordnet ist, dessen Stellung von der augenblicklichen Änderung des zu erfassenden Betriebsparameters (N) abhängig ist, daß das Verteilerventil zwei vorzugsweise schlitzförmige Auslaßöffnungen (A, B) aufweist, die mit dem Schieber (19) derart zusammenwirken, daß die Summe ihrer freigegebenen Querschnitte konstant ist, und daß die Auslaßöffnungen jeweils über eine Leitung (26, 27) in Fig. 1 bzw. (26, 63) in Fig. 2 mit dem ersten (R
   sind.

   bzw. dem zweiten (R„) Regler verbunden

   . Regeleinrichtung nach Anspruch 3, bei der der erste Regler ein als Kolben ausgebildetes Servoglied aufweist, das mit einem zu den Regelmitteln zum Regeln des Querschnitts des Dosierkanals gehörenden Bauteil fest verbunden ist> dadurch gekennzeichnet, daß das Servoglied (28) auf einer seiner Stirnseiten dem Druck ausgesetzt ist, der in einer durch eine (26) der Auslaßöffnungen mit Flüssigkeit gespeisten Kammer (3o) herrscht, und daß die Kammer (3o) über eine erste Drosselstelle (C) mit einem Niederdruckraum (P₀) verbunden ist.

   5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei. der der¹ zweite Regler einen Kolben aufweist, der mit einem m den Regelmittelnj

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   zum Regeln des Druckabfalls in dem Dosierkanal gehörenden Bauteil fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kolben (36 bzw. 52) auf e.iner seiner Stirnseiten dem Druck ausgesetzt ist, der in einer Kammer (38) in Fig. l)bzw. (56" in Fig. 2)herrscht, die durch die dem betreffenden Regler

   ] (Ro) zugeordnete Auslaßöffnung (B) mit Flüssigkeit gespeist wird, und daß die Kammer (38 bzw. 56) über eine zweite Drosselj-

   ; stelle (D) mit dem stromabwärts vom Dosierkanal (8) angeordneten Abschnitt (7) der Zuführungsleitung verbunden ist.

   6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

   das besagte Bauteil (52) den beweglichen Schieber eines Servo-

   : ventils (5o) bildet, das einerLeistungsstufe (36, 11) zuge- ^! ordnet ist, die den Druckabfall im Dosierkanal (8) steuert (Fig. 2).

   , 7. Anwendung der Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden I

   Ansprüche bei einem Gasturbinentriebwerk mit einem Rotor und einer mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von dem der Brennkammer (3) zugeführten Brennstoff und der Betriebsparameter von der Drehzahl (N) des Rotors gebildet wird.

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