DE2113348B2

DE2113348B2 - Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2113348B2
Application number: DE2113348A
Authority: DE
Inventors: Donald Ernest Wilbraham Mass. Anschutz; Lawrence Sidney Simsbury Conn. Smith
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB1298907A; FR2083444B1; BE763990A; JPS548804B1; US3596466A; FR2083444A1; DE2113348A1; DE2113348C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Für die Brennstoffregelung von Gasturbinentriebwerken werden üblicherweise Grenzwertkennlinien für die Beschleunigung und die Verzögerung benutzt, wobei für diesen Zweck das Brennstoffdosierventil in Abhängigkeit von der Bewegung eines dreidimensionalen Nockens eingestellt wird. Auf der Betätigungsfläche des Nockens sind bezüglich der Beschleunigungsgrenzwertkennlinie eine Übertemperaturgrenzlinie und eine Grenzlinie für das Verdichterpumpen einander überlagert Der Nocken wird in Abhängigkeit von der Verdichtereinlaßtemperatur und von der Verdichterdrehzahl verdreht und verschoben.

Zur Berücksichtigung der Verzögerungsgrenzwertkennlinie wird üblicherweise ein gesonderter Nocken benutzt, der durch den Leistungssteuerhebel des Triebwerks verstellt und durch Betriebsparameter des Triebwerks beaufschlagt werden kann. Durch die Grenzwertkennlinien für die Beschleunigung und die Verzögerung soll sichergestellt werden, daß das Triebwerk optimal beschleunigt, ohne daß es in einen Überhkzungs- oder einen Pumpzustand kommt, und daß die Verzögerung so vor sich geht, daß ein Erlöschen der Flamme in der Brennkammer weder wegen zu reichen noch wegen zu mageren Gemisches auftritt und daß gleichzeitig die Lebensdauer der Brennkammer erhöht wird.

Diese bekannten Einrichtungen zum Verwirklichen der Beschleunigungs- und Verzögerungsgrenzwertkennlinien haben sich zwar bei P-Regelsystemen bewährt, sie lassen sich jedoch nicht einfach auf PI-Regelsysteme übertragen, da dadurch komplizierte und demnach kostspielige sowie verhältnismäßig ungenau arbeitende Regelsysteme entstehen würden. Der Grund dafür ist, daß PI-Regelsysteme üblicherweise einen wesentlich komplizierteren Aufbau als P-Regelsysteme haben und daß das an sich schon komplizierte PI-Regelsystem, das dazu dient, das Drosselventil derart einzustellen, daß die Verdichterdrehzahl des Gasturbinentriebwerks bei konstanter Drehzahlvorgabe kon-

bo stant bleibt, durch das zusätzliche Regelsystem für die Beschleunigung und die Verzögerung noch aufwendiger und dementsprechend ungenauer würde.

Aus der US-PS 32 25 814 ist eine Brennstoffregeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bekannt, bei der das PI-Regelsystem auch zur Regelung des Drosselventils während der Beschleunigung dient. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einer solchen Brennstoffregeleinrichtung das PI-Regel-

system im Betrieb unstabil ist und daß bei der Drehzahlregelung ein beträchtlicher Fehler auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffregeleinrichtung mit einem genauer arbeitenden PI-Regelsystem zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Dadurch, daß bei der Brennstoffregeleinrichtung nach der Erfindung das PI-Regelsystem während der Beschleunigung oder Verzögerung durch den Absperrschieber vom Drosselventil getrennt ist, ist gewährleistet, daß das PI-Regelsystem nur bei konstanter Drehzahlvorgabe arbeitet und das Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs die Einstellung des Drosselventils während des Beschleunigungs- und Verzögerungszustandes bewirkt Das Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs und das PI-Regelcystem arbeiten somit unabhängig voneinander und die Brennstoffregeleinrichtung hat keinen komplizierten Aufbau, der sich nachteilig auf die Genauigkeit der Regelung auswirken würde.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 erfolgt die Einstellung des Absperrschiebers aufgrund von Signalen, zu deren Bildung die gemessenen Werte des Verdichterausgangsdruckes und der Brennstoffströmung in Quadratwurzelwerte umgeformt werden, die dann zur Berechnung des Beschleunigungsbrennstoffs und des Verzögerungsbrennstoffs verwendet werden. Da die Quadratwurzelwerte ein bedeutend kleineres Verhältnis von Maximalwert zu Minimalwert bezeichnen als die Radikanden, sind an der Berechnungsvorrichtung kleinere Lastveränderungen feststellbar und folglich sind auch kleinere Lastveränderungen am Brennstoffdosierventil wirksam, wodurch eine bessere Regelgenauigkeit erzielt wird.

Noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellt dar

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk,

Fig.2 eine grafische Darstellung der Beschleunigungs- und Verzögerungs-Kennlinien mit einer charakteristischen Kennlinie für die Brennstoffregelung mit einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig.3 eine schematische Abbildung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in teilweiser Schnittdarstellung und

Fig.4 eine schematische Abbildung einer anderen Ausführungsform der Erfindung in teilweiser Schnittdarstellung.

In F i g. 1 ist schematisch ein Gasturbinentriebwerk 10 gezeigt, welches einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt 14 und einen Turbinenabschnitt 16 aufweist, in welchem den Abgasen der Brennkammer Leistung entzogen wird, die zum Antrieb des Verdichters dient Dem Brennkammerabschnitt 14 wird Brennstoff mittels einer Brennstoffregeleinrichtung zugemessen, welche insgesamt mit 18 bezeichnet ist und die Brennstoffzufuhr, wie nachfolgend beschrieben, regelt In üblicher Weise nimmt die Brennstoffregeleinrichtung ein Druckmittel von einer geeigneten Druckmittelquelle her, beispielsweise von einer Pumpe 20 über eine Leitung 24, auf, wobei die Pumpe 20 mit einem Druckmittelvorratsbehälter 22 verbunden ist. Die Brennstoffregeleinrichtung 18 liefert über die Leitung 26 an den Brennkammerabschnitt 14 eine genau zugemessene Brennstoffmenge Wf in solcher Weise, daß ein optimaler Triebwerksbetrieb erreicht wird. Ein Rechenabschnitt der Brennstoffregeleinrichtung mißt über eine in unterbrochenen Linien angegebene Meßleitung 28 den Verdichterausgangsdruck Pi, über eine in unterbrochener Linie angegebene Meßleitung 30 die Drehzahl Ng des Verdichters oder Gasgenerators, über eine in unterbrochener Linie angegebene Meßlei tung 35 die Verdichtereinlaß tempera tür CIT und schließlich über eine ebenfalls in unterbrochener Linie angegebene Leitung 34 die Stellung eines Leistungssteuerhebels 32. Der Rechenabschnitt der Brennstoffregeleinrichtung 18 dient also zur Zumessung der richtigen Brennstoffmenge zum Triebwerk, so daß dieses die gestellten Anforderungen erfüllen kann. Die Recheneinrichtungen der Brennstoffregeleinrichtung setzen auch die Grenzwerte fest, welche einen sicheren Triebwerksbetrieb garantieren.

Wie aus der grafischen Darstellung nach F i g. 2 zu ersehen ist, bezeichnet die Kurve A die Obertemperaturgrenzlinie, die Kurve B stellt die Grenzlinie bezüglich des Verdichterpumpens dar und die Kurve C definiert die Verzögerungsgrenzlinie. Wie allgemein bekannt verschieben sich diese Kennlinien entsprechend Veränderungen der Einlaßtemperaturen, was durch die in der Brennstoffregeleinrichtung 18 ausgeführten Berechnungen berücksichtigt wird. Es sei erwähnt daß die Verzögerungsgrenzlinie C eine ähnliche Form hat wie die einander überlagerten Kurven A und B, um den Mechanismus, welcher der Verzögerungsphase zugeordnet ist, zu vereinfachen, wie aus der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen ist Bestimmte Teile der Brennstoffregeleinrichtung, wie beispielsweise der Drehzahlmesser, der Druckregler und verschiedene Meßwertaufnehmer, bilden keinen Teil der Erfindung und eine nähere Beschreibung erübrigt sich infolgedessen. Es sei jedoch in diesem Zusammenhang auf die US-Patentschriften 31 92 988 und 28 22 666 hingewie sen.

In Fig.3 ist die Brennstoffregeleinrichtung 18 in Einzelheiten dargestellt Der von der Brennstoffpumpe kommende Brennstoff wird über eine Leitung 38 dem insgesamt mit 36 bezeichneten Drosselventil zugeführt und wird hier dosiert und über die Leitung 26 an das Triebwerk abgegeben.

Das Drosselventil 36 besitzt ein Gehäuse 40 mit einer zentrischen Bohrung 42, in welcher ein Paar konzentrisch zueinander geführter Ventilhülsen 44 und 46

so angeordnet ist. Die Hülse 46 ist an ihren beiden Enden abgeschlossen und gegenüber der Hülse 44 verschiebbar, die in der Bohrung des Ventilgehäuses 40 befestigt ist. Eine Ringnut 48, welche mit der Leitung 38 in Verbindung steht, befindet sich in Deckungsstellung mit einer Anzahl am Umfang verteilter, rechteckiger Schlitze 50, die in der Hülse 44 ausgebildet sind Eine bestimmte Anzahl weiterer, am Umfang verteilt angeordneter, rechteckiger Schlitze 52 sind in der Hülse 46 vorgesehen und entsprechen den zuvor genannten

bo Schlitzen 50 in solcher Weise, daß sie sich ständig in Deckungsstellung mit diesen Schlitzen befinden. Die Schlitze 52 reichen hierbei in Axialrichtung über die Schlitze 50 hinaus, so daß in die Hülse 46 hinein in allen ihren Axialstellungen stets ein ungehinderter Brenn stoffstrom stattfinden kann. Der in die zentrische Kammer der Hülse 46 eingeführte Brennstoff wird mittels des Dosierquerschnittes 60 dosiert welcher einmal durch die Berandung dreieckiger öffnungen 54

der Hülse 46 und zum anderen durch die Berandung der darunterliegenden rechteckigen öffnungen 56 der Hülse 44 begrenzt wird. Die dosierte Brennstoffmenge gelangt dann in die Ringnut 58, welche mit der Brennstoffleitung 26 Verbindung hat.

Es zeigt sich also, daß die Stellung der öffnung 54 relativ zur gleichbleibenden Stellung der öffnung 56 den Dosierquerschnitt 60 im Drosselventil 36 bestimmt. Die Form bzw. Anordnung der dreieckigen öffnung 54 ist so gewählt, daß ihre geradlinige Bewegung und/oder die Räche des gebildeten Dosierquerschnittes zur Quadratwurzel der Verschiebung der Hülse 46 proportional ist. Außerdem dient die öffnung 54 zur Erhöhung des Verstärkungsgewinns der Regeleinrichtung als Funktion von JWf. Da die Triebwerksleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhenlage oder Höhe veränderlich ist, ist die öffnung 54 bzw. der Dosierquerschnitt 60 so gestaltet, daß sich der Verstärkungsgewinn der Regeleinrichtung abhängig von der Höhenlage ändert Der Verstärkungsgewinn der Regeleinrichtung wird also für größere Höhenwerte verringert und für kJeinere Höhenwerte erhöht, so daß der Verstärkungsgewinn insgesamt auf einem konstanten Wert bleibt. Das zur Brennstoffdosierung dienende Drosselventil 36 reguliert also den Brennstoffstrom, welcher sich entsprechend dem Quadrat der Ventilverstellung ändert, und die Ventilverstellung ihrerseits entspricht wieder der Quadratwurzel der tatsächlichen Brennstoffströmung. Selbstverständlich wird der Druckabfall am Dosierquerschnitt durch geeignete Druckabfall-Reguliereinrichtungen konstant gehalten, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 28 22 666 beschrieben ist.

Die Betätigung des zur Brennstoffdosierung dienenden Drosselventils 36 erfolgt mittels eines Stelltriebs mit hälftig aufgeteilter Fläche, wobei dieser Stelltrieb einen Kolben 62, der in einer Bohrung 64 auf der rechten Seite des Ventilgehäuses 44 geführt ist und auf eine Abschlußwandung 63 der Hülse 46 einwirkt und diese nach links zu drängen sucht, sowie Einrichtungen enthält, mittels welchen gegen die Abschlußwandung 65 der Hülse 46 ein regulierter Servodruck zur Wirkung gebracht werden kann, welcher die Hülse 46 nach rechts zu drücken sucht. Ein geregelter Druck Pr wird ständig über eine Leitung 70 in die Kammer 68 eingeführt, um so den Kolben 62 zu beaufschlagen. Über die Leitung 74 wird ein in bestimmter Weise regulierter Druck der Kammer 72 vermittelt um auf die wirksame Fläche 65 einzuwirken. Da die Querschnittsfläche der Kammer 68 halb so groß wie die wirksame Fläche der Wandung 65 gewählt ist befindet sich die Hülse 46 im Gleichgewicht wenn der Druck in der Kammer 72 halb so groß ist wie der Druck in der Kammer 68.

Aus Obigem ist nun zu erkennen, daß die Bewegung des Drosselventils 36 in der Weise gesteuert wird, daß der Kammer 72 ein Druck zugeführt ist der vermittels eines nachfolgend zu beschreibenden Rechenmechanismus verändert werden kann.

Im normalen Danerbetrieb des Triebwerkes ist eine geschlossene Regelschleife wirksam, welche die Brennstoffströnnmg in Abhängigkeit von einem Drehzahlfehlersignal beeinflußt Wie schematisch durch das Blocksymbol 80 angedeutet ist sind Einrichtungen vorgesehen, in welchen die Verdichter-Ist-Drehzahl mit der Stellung des Leistungssteuerhebels 32 (welche ein Maß für die Verdichter-Soll-Drehzahl bilden kann) verglichen wird, wodurch ein Drehzahlfehlersignal erzeugt wird, wenn ein Unterschied zwischen den beiden vergBchenen Größen auftritt

Sobald ein Drehzahlfehler auftritt wird ein Ausgangssignal erzeugt das in F i g. 3 sinnbildlich durch die gestrichelte Linie 82 angedeutet ist und zur Verschwenkung eines Winkelhebels 84 um einen Drehpunkt 86 dient. Der Winkelhebel 84 und der damit in Wirkverbindung stehende, verschwenkbare Hebelarm 88 dienen zur gleichzeitigen Betätigung sowohl eines integrierenden Steuerschiebers, welcher durch die Bezugszahl 90 bezeichnet ist als auch eines Proportionalsteuerschiebers, welcher durch die Bezugszahl 92 bezeichnet ist, um so eine P/-Regelung zu erreichen. Der Hebelarm 88 und der Arm 94 werden durch die Feder 96 in Berührung miteinander gehalten, können sich jedoch voneinander trennen, wenn der Hebelarm 88 anschlägt, während der integrierende Steuerschieber 90 seinen Weg fortsetzt _λ Wird der Winkeinebei 84 beispielsweise im Uhrzeigersinn betätigt, was einer Forderung nach Erhöhung der Verdichterdrehzahl (d. h. Triebwerksleistung) entspricht so wird gleichzeitig auch der Proportionalsteu-

:o erschieber 92 betätigt, indem das Abdeckelement 99 gegenüber der öffnung 100 eingestellt wird, während die Verstellung des integrierenden Steuerschiebers 90 dadurch erfolgt, daß der Schieberkolben 102 gegen die Wirkung der ihn nach aufwärts belastenden Feder 104 in Richtung nach abwärts verstellt wird. Betrachtet man zuerst den Proportionalsteuerschieber 92, so ist festzustellen, daß das Abdeckelement 99 die wirksame Austrittsfläche der öffnung 100 verkleinert, wodurch sich der Druckabfall an einer Drosselstelle 101

jo verringert und folglich sich der Druck in der Kammer 106 erhöht Dieser Druck wiederum wirkt gegen die oberste Fläche des Stufenkolbens 110 und drückt diesen nach abwärts, so daß es zu einer Verdrängung von Druckmittel in einem Raum 112 kommt und das Druckmittel über eine Verbindungsleitung 114 zu einem Absperrschieber 116 in einem Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs getrieben wird. Man erkennt, daß während eines gleichbleibenden Betriebszustandes, d. h. während die Regelung weder nach einer Beschleunigungskennlinie noch nach einer Verzögerungskennlinie erfolgt, der Absperrschieber 116 nicht arbeitet und die Strömungsmittelströmung zwischen den Verbindungsleitungen 74 und 114 nicht beeinflußt Die Leitung 114 hat wie aus Fig.3 ohne weiteres zu ersehen, über den Ringraum 218, die Verbindungsbohrung 120 und den Ringraum 222 mit der Leitung 74 und mit der Kammer 72 Verbindung. Das erzeugte Drucksignal drängt die Hülse 46 nach rechts, so daß die Querschnittsfläche des Dosierquerschnittes 60 vergrößert wird und sich eine entsprechende Vergrößerung der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk einstellt

Betrachtet man nun den integrierenden Steuerschieber 90, so ist festzustellen, daß dessen Schieberkolben 102 nach abwärts gedrückt wird und eine entsprechende Relativbewegung gegenüber den zugehörigen Offnungen im Gehäuse 118 ausführt, so daß das fiber die Leitung 121 anstehende Druckmittel Zugang zu der Leitung 114 erhält, was an dem Bund 122 vorbei über den Ringraum 124, die Ausnehmung 126, die Verbindungsbohrung 128 und den Ringraum 130 geschieht. Ist die korrigierte Drehzahl erreicht, so nimmt der Winkelhebel 84 wieder seine ursprüngliche Stellung ein, so daß der Proportionalsteuerschieber 92 and der integrierende Steuerschieber 90 wieder in ihre ursprüngfiche, in Fig.3 gezeigte Stellung zurückkehren können.
Wird der Wmkelhebel 84 aber im Gegenuhrzeiger-

sinn verdreht, was einer Forderung nach einer Verringerung der Verdichterdrehzahi (d. h. geringere Leistung) entspricht so hebt sich der Arm 94 von dem Schieberkolben 102 ab, der unter der Wirkung der Feder 104 nach aufwärts gedrückt wird und nun auch eine Anhebung des Armes 88 bewirkt. Hierdurch wird die wirksame Austrittsfläche der Öffnung 100 vergrößert, so daß der Druckabfall an der Drosselstelle 101 steigt und sich der Druck in der Kammer 106 vermehrt. Der in der Kammer 140 wirkende Druck beaufschlagt den Absatz 142 des Stufenkolbens 110 und drückt diesen Kolben nach aufwärts. Aus Obigem ergibt sich, daß der Stufenkolben 110 Teil eines Stelltriebs mit hälftig aufgeteilten Arbeitsflächen ist und daß der Druck in der Kammer 140 zweimal so groß wie der Druck in der Kammer 105 sein muß, wenn die in F i g. 3 gezeigte Gleichgewichtsstellung erreicht werden soll. Jedenfalls bewegt sich der Stufenkolben 110 nach aufwärts und vergrößert dadurch das Volumen in der Ausnehmung 112. Dieses Volumen wird dann unmittelbar durch das in den Leitungen 74 und 114 befindliche Druckmittel aufgefüllt, so daß sich die Hülse 46 nach links verschieben kann.

Gleichzeitig bewegt sich der Bund 122 des Schieberkolbens 102 nach aufwärts, so daß der Entlüftungskanal 150 Verbindung mit dem Raum 126, der Verbindungsbohrung 128, dem Ringraum 130 und gegebenenfalls mit den Leitungen 114 und 74 erhält und der Druck in der Kammer 72 erniedrigt werden kann. Aus Obigem ist leicht zu erkennen, daß der Mechanismus 80 zur Bildung des Drehzahlfehlersignals, der integrierende Steuerschieber 90 und der Proportionalsteuerschieber 92 die Aufgabe haben, bei einer bestimmten Einstellung des Leistungssteuerhebels 32 ungeachtet von Änderungen der Belastung und der Temperatur am Verdichtereinlaß entsprechend einer PI-Regelung die Drehzahl konstant zu halten. Der Mechanismus 80 beeinflußt also die Geschwindigkeit der Hülse 46 als Funktion der Druckmittelströmung in die Kammer 72 oder aus der Kammer 72, wobei offenbar die Hubgeschwindigkeit eine Funktion der Größe des Drehzahlfehlersignals plus der Änderungsgeschwindigkeii diesem Fehlersignals ist.

Der der Regelung während einer Beschleunigung oder Verzögerung dienende Absperrschieber 116 zwischen dem Stelltrieb für das Drosselventil 36 und dem Pl-Regelsystem 90, 92 läßt, wie erwähnt, während eines normalen, andauernden Betriebszustandes eine ungehinderte Druckmittelströmung durch. Eine Inbetriebnahme des Absperrschiebers 116 erfolgt nur, um während des Beschleunigens oder Verzögerns des Triebwerkes dieses innerhalb der Grenzen zu halten, welche durch die Kurven A, B und C in F i g. 2 definiert sind Solches wird durch ein insgesamt mit der Bezugszahl 160 bezeichnetes Rechengestänge erreicht. Ein Hebel 162 zur Bildung eines Fehlersignals führt einen Vergleich mit den Beschleunigungs- und Verzögerungs-Soll-Grenzwerten durch, indem ein Signal erzeugt wird, das eine Funktion der Verdichtereingangstemperatur und der Verdichterdrehzahl ist, wozu ein dreidimensionaler Nocken 164 verdreht und verschoben wird. Die Beschreibung der Wirkungsweise des dreidimensionalen Nockens und der zugehörigen Bauteile kann hier der Einfachheit halber entfallen und es sei lediglich auf die US-Patentschriften 31 92 988 und 28 22 666 verwiesen. Das Profil des Nockens 164 ist so gewählt, daß ein Signal erzeugt wird, das den gewählten dann mit dem Ist-Wert von

verglichen. Dieser

Wen wiederum wird in der unmittelbar nachfolgend ^r) beschriebenen Weise errechnet.

Ein Nocken 168 wird in Abhängigkeit vom Verdichterausgangsdruck Pi in an sich bekannter Weiseverdreht, was beispielsweise mittels Verdichterausgangsdruckfühlern und Servoantrieben geschehen kann.

in wie sie in den vorstehend erwähnten US-Patentschriften beschrieben sind. Dabei ist der Nocken 168 so profiliert, daß mit seiner Hilfe ein Signal ableitbar ist, das dem Istwert von \/Pj entspricht. Dieses Signal nun wird zur Beaufschlagung eines Hebels 172 verwendet,

υ der über einen Drehpunkt 174 gelagert ist und einen Nuckenabtaster 176 trägt. Offenbar ist die Stellung eines am Ende des Hebels 172 schwenkbar über den Drehpunkt 181 angeschlossenen Hebels 178 eine Funktion von /Pj. Das Signal mit dem Wert /Wf wird

-'Ii durch \IPi vermittels eines Divisionsgestänges dividiert, das insgesamt mit der Bezugszahl 180 bezeichnet ist. Da die Stellung der Hülse 46 des Drosselventils 36 ein Maß für den Wert /Wr ist, worauf oben bereits hingewiesen wurde, kann ein Winkelhebel 188 zur Einstellung eines

2=i Widerlagers 190 dienen, so daß die Stellung dieses Widerlagers ebenfalls eine Funktion von /Wf darstellt. Das Divisionsgestänge 180 enthält einen Arm 194, welcher über den Drehpunkt 196 schwenkbar an den Hebel 162 angeschlossen ist und außerdem bei 198

3d drehbar gelagert ist. Der Hebel 194 ermöglicht eine Division der Werte /Wi und /Pj, so daß ein Quotient-Signal erhalten wird, das dem Ist-Wert von

—'- entspricht. Es sei darauf hingewiesen, daß die

Rolle 200 ständig gegen den schräg verlaufenden Arm 202 des Hebels 194 und das Widerlager 190 gedrückt wird. Die Winkelstellung des Hebels 194 ist daher

ständig als Maß für den Ist-Wert von

entspricht Dieses Signal wird verwenden, während die Stellung des Nockentasters 166 am anderen Ende des Hebels 162 ständig ein Maß

4i des gewählten Wertes von —■ bildet. Zur Vereinfa-

chung sei der Ausdruck I — im Folgenden mit V

-,c bezeichnet. Jedesmal, wenn der Ist-Wert und der Soll-Wert von V übereinstimmen, tritt keine Differenz zwischen den dem Soll-Wert von V und dem Ist-Wert von Ventsprechenden Signalen auf.

Ein Fehlersignal aufgrund eines Unterschiedes zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert von V bewirkt daß der Hebel 162 je nach Vorzeichen des Fehlersignals entweder nach aufwärts oder nach abwärts bewegt wird. Eine Aufwärtsbewegung hat die Wirkung, daß die Rolle 206 eine entsprechende

bo Aufwärtsbewegung des Schieberkolbens 210 zuläßt welche von einer am Grunde der Bohrung 213 vorgesehenen Feder 211 nach aufwärts belastet ist Bewegt sich der Schieberkolben 210 nach aufwärts, so gibt der eine Dosierung vornehmende Bund 212 des Schieberkolbens 210 die Leitung 214 frei welche mit einem Entlüftungskanal Verbindung hat und eine Absenkung des Druckes in der Kammer 72 über die Leitung 74, den Ringraum 222, die Verbindungsbohrung

120 und den Ringraum 218 ermöglicht. Wenn der Bund 212 die Leitung 214 freigibt, so sperrt der Bund 216 des Schieberkolbens 210 die Strömung durch die Leitung 114 ab zur Beeinflussung des Druckes in der Kammer 72 und damit zur Beeinflussung der Querschnittsfläche 60 ■> der dreieckigen Öffnung 54 zur Regulierung der Beschleunigung entsprechend den Kennlinien A und B nach Fig. 2.

Da der dreidimensionale Nocken 164 bereits für die Bereitstellung der genannten Soll-Werte verwendet wird, kann er auch die Verzögerungskennlinie liefern, welche im wesentlichen der Beschleunigungskennlinie entspricht, jedoch auf einem niedrigeren Niveau. Tritt während der Verzögerungsphase eine Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem ist-Wert von V auf, so wird der Hebel 162 im Sinne einer Verschiebung des Schieberkoibens 210 nach abwärts bewegt. Der Bund 220 gibt dann die Leitung 223 frei, welche zur Zuleitung eines regulierten Druckes Pr dient, während der Bund 216 die Verbindungsbohrung 120 absperrt. Der Kammer 72 wird dann über den Ringraum 222 und die Leitung 74 ein geregelter Druck zugeführt, so daß die Ventilhülse 46 nach rechts bewegt wird und der Dosierquerschnitt 60 der öffnung 54 so eingestellt wird, daß man die in F i g. 2 gezeigte Kennlinie Cerhält.

Während in der oben beschriebenen Weise eine Verzögerungs-Soll-Wertkennlinie verwendet werden kann, läßt sich zur Verwirklichung des Verzögerungs-Sollwertes auch ein fester Anschlag vorsehen, so daß diese Soll-Wertkennlinie durch die minimale Brenn- jo Stoffströmung bestimmt wird. Diese abgewandelte Form ist in F i g. 2 ebenfalls eingezeichnet. Der Regler regelt hierbei die Brennstoffzufuhr zurück, bis ein Schnitt mit der gestrichelten Linie D erreicht wird. In diesem Punkte läuft der Absperrschieber 116 zur Beschleunigungs- und Verzögerungsregelung gegen einen geeigneten, hier nicht dargestellten Anschlag und die Brennstoffzufuhr folgt der den Minimalwert von W_f bezeichnenden Linie D.

Während oben angegeben wurde, daß das Regelsystern 116,160,164 zum Begrenzen des Beschleunigungsund Verzögerungsbrennstoffs in Reihe mit dem Stelltrieb für das zur Brennstoffdosierung dienende Drosselventil 36 liegt, könnte dieses Regelsystem aber auch parallel hierzu angeordnet werden oder stromaufwärts vom PI-Regelsystem 90, 92 angeordnet sein, je nach Zweckmäßigkeit.

Ein Beispiel hierfür ist in F i g. 4 der Zeichnungen angegeben, welche das Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs in Par- w allelschaltung anstelle der Reihenschaltung wiedergibt. Der hier mit 300 bezeichnete Absperrschieber arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie der in Fig. 3 gezeigte Absperrschieber 116. Der Schieberkolben 302 bewegt sich in Abhängigkeit von den nicht dargestellten Steuergestängen für die Beschleunigung und für die Verzögerung ähnlich wie dies für den Schieberkolben 210 gemäß F i g. 3 ausgeführt wurde und ist mittels einer Feder 304 vorgespannt. Während der Beschleunigung bewegt sich der Schieberkolben 302 nach aufwärts, so daß der Bund 306 die Leitung 305 von dem geregelten Druck absperrt, während der Bund 308 die Verbindung zur Entlüftungsleitung 310 freigibt. Auf diese Weise wird die Leitung 312 mit der Entlüftung in Verbindung gebracht.

Ein insgesamt mit der Bezugszahl 314 bezeichnetes Wählerventil spricht auf den Druck an, welcher von dem Regelsystem her ansteht, das durch das Blocksymbol 316 angedeutet ist und den Druck auf der Leitung 318 bestimmt. (Die Leitung 318 ist hierbei mit der Leitung 114 nach F i g. 3 vergleichbar.) Da der Druck hinter der Ventilkugel 322 kleiner als der Druck hinter der Ventilkugel 324 ist, verschiebt sich die Anordnung der Kugeln nach rechts, wodurch die Leitung 326 in Verbindung mit der Leitung 328 kommt (die Leitung 328 entspricht dabei der Leitung 74 gemäß F i g. 3), so daß eine Beeinflussung des Stelltriebs nun erfolgt.

Aus Obigem ist zu entnehmen, daß das dem Beschleunigungszustand zugeordnete Drucksignal mit dem Regel-Drucksignal entsprechend dem Dauerzustand verglichen wird und daß der geringere Druckwert dann die Betätigung des Stelltriebs bestimmt.

In entsprechender Weise findet an dem insgesamt mit 330 bezeichneten Wählerventil ein Vergleich des der Verzögerung entsprechenden Signals mit dem Reglersignal statt und der geringere der beiden Druckwerke bestimmt die Betätigung des Stelltriebs. Bei der Verzögerung wandert also der Schieberkolben 302 nach abwärts, so daß der Bund 332 die Entlüftungsleitung 334 blockiert und der geregelte Druck in der Leitung 305 Zugang zur Leitung 338 erhält. Dieser auf die Kugel 340 des Wählerventils 330 einwirkende Druck treibt die Kugel nach aufwärts, so daß die Leitung 338 Verbindung mit der Leitung 328 bekommt und die Verzögerungs-Sollwerte nun die Betätigung des Stelltriebs bestimmen. Läßt man den Schieberkolben 302 gegen einen festen Anschlag (nicht dargestellt) anlaufen, so kann man die Verzögerungsgrenzwerte durch die Linie des minimalen Brennstoffzustroms vorgeben, welche in Fig.2 durch die gestrichelte Linie Dangedeutet ist.

Hierzu 3 Blatt Zcichnuimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoff regeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, mit einem in einer zu dessen Verbrennungseinrichtung führenden Brennstoffleitung liegenden Drosselventil, mit einem PI-Regelsystem zum Einstellen des Drosselventils derart, daß die Verdichterdrehzahl des Gasturbinentriebwerks bei konstanter Drehzahlvorgabe konstant bleibt, und mit einem Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem (116,160,164) zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs einen in einer Verbindungsleitung (74,114; 318,328) zwischen dem PI-Regelsystem (90, 92) und dem Drosselventil (36) angeordneten Absperrschieber (116; 300) aufweist, welcher das PI-Regelsystem vom Drosselventil (36) trennt, solange das Regelsystem (116,160, 164) den Brennstoff begrenzt

2. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (36) eine Vorrichtung (46, 54, 70, 188) zur Bildung des Quadratwurzelwertes der Brennstoffströmung (Wi) enthält, daß das Regelsystem (116, 160, 164) zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs eine auf die Verdichterdrehzahl (Ng)'und auf die Verdichtereinlaßtemperatur (CIT) ansprechende Eingabevorrichtung (164) zur Eingabe eines ersten Signals, welches einem Sollwert der Quadratwurzel des Verhältnisses von Brennstoffströmung zu Verdichterausgangsdruck (P₃) entspricht, und eine auf den Istwert des Verdichterausgangsdrucks ansprechende Vorrichtung (168,170,172) sowie eine Vorrichtung (188, 190) zur Übertragung des Quadratwurzelwertes der Brennstoffströmung zur Erzeugung eines zweiten Signals, welches dem Istwert der Quadratwurzel des Verhältnisses von Brennstoffströmung zu Verdichterausgangsdruck entspricht, und eine Vergleichsvorrichtung (162) enthält, die mit den beiden Signalen beaufschlagt wird und zur Einstellung des Absperrschiebers (116; 300) dient.

3. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Verdichterdrehzahl (Nc) und die Verdichtereinlaßtemperatur (CIT) ansprechende Eingabevorrichtung (164) ein dreidimensionaler Nocken ist.

4. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals ein auf den Verdichterausgangsdruck (P₃) ansprechendes Meßorgan (170) sowie ein Divisionsgestänge (178, 200, 202) enthält, welches einerseits mit dem Meßorgan und andererseits mit der den Quadratwurzelwert der Brennstoffströmung (Wr) bildenden Vorrichtung (46, 54, 70, 188) des Drosselventils (136) in Wirkverbindung steht.

5. Brennstoffregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrschieber (116,300) einen Schieberkolben mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Bunden (212, 216; 306,332) hat, von denen der eine während der Triebwerksbeschleunigung und der andere während der Triebwerksverzögerung wirksam ist.

6. Brennstoffregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein

Wählerventil (314), welches einerseits auf den Betriebszustand des PI-Regelsystems (316) und andererseits auf den Betriebszustand des Absperrschiebers (300) anspricht und zur Einstellung des Drosselventils (36) entweder das PI-Regelsystem oder den Absperrschieber auswählt

7. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein weiteres Wählerventil (330), das bei der Triebwerksverzögerung zur Einstellung des Drosselventils (36) einerseits auf den Betriebszustand des ersten Wählerventils (314) und andererseits auf den Betriebszustand des Absperrschiebers (300) anspricht.