DE2113348C3 - Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents
Brennstoffregeleinrichtung für ein GasturbinentriebwerkInfo
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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 Verdienterpumpen 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
Überhitzungs- oder einen Pump.Tustand 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
so 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 daB 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-Regelsystem 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 Brennstofldosierventil wirksam, wodurch eine bessere
Regelgenauigkeit erzielt wird.
Noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Ausführungibeispiele der Erfindung werden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellt dar
Fig. 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 Schnittdarsteilung.
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, weiche insgesamt mit 18 bezeichnet ist und
die Brennstoffaufuhr, wie nachfolgend beschrieben, regelt In üblicher Weise nimmt die Brennstoff regeleinrichtung 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
Brennstoff regeleinrichtung 18 liefert über die Leitung
26 an den Brennkammerabschnitt 14 eine genau
zugemessene Brennstoffmenge W/in solcher Weise, daB
ein optimaler Triebwerksbetrieb erreicht wird. Ein Rechenabschnitt der Brennstoffregeleinrichtung mißt
über eine in unterbrochenen Linien angegebene Meßleitung 28 den Verdichferausgangsdruck ϊ\ über
eine in unterbrochener Linie angegebene Meßleitung 30 die Drehzahl Na des Verdichters oder Gasgenerators,
über eine in unterbrochener Linie angegebene Meßlei
tung 35 die Verdichtereinlaßtemperatur 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 Übertemperaturgrenzlinie, 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
Brennstotfregeleinrichtung 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
Schützen 50 in solcher Weise, daB sie sich ständig in
Deckungsstellung mit diesen Schlitzen befinden. Die Schlitze 52 reichen hierbei in Axialrichtunj; 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 Hüise 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 ι ο Fläche 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 ][Wf. Da die Triebwerksleistung in Abhängig-
keit 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 kleinere 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. Ober 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 so
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 Dauerbetrieb des Triebwerkes ist eine geschlossene Regelschleife wirksam, welche die Brennstoffströmung in Abhängigkeit von einem Drehzahl-
fehlersignal 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 verglichenen Größen auftritt
Sobald ein Drehzahlfehler auftritt, wird ein Aus gangssignal erzeugt das in F i g. 3 sinnbildlich durch di
gestrichelte Linie 82 angedeutet ist und zur Verschwen kung eines Winkelhebels 84 um einen Drehpunkt 8
dient. Der Winkelhebel 84 und der damit in Wirkverbin dung stehende, verschwenkbare Hebelarm 88 diene
zur gleichzeitigen Betätigung sowohl eines integrieren den Steuerschiebers, welcher durch die Bezugszahl 9
bezeichnet ist, als auch eines Proportionalsteuerschie bers, welcher durch die Bezugszahl 92 bezeichnet ist, un
so eine /Y-Regelung zu erreichen. Der Hebelarm 88 um
der Arm 94 werden durch die Feder 96 in Berührun, miteinander gehalten, können sich jedoch voneinande
trennen, wenn der Hebelarm 88 anschlägt, während de integrierende Steuerschieber 90 seinen Weg fortsetzt
Wird der Winkelhebel 84 beispielsweise im Uhr zeigersinn betätigt, was einer Forderung nach Erhöhung
der Verdichterdrehzahl (d. h. Triebwerksleistung) ent spricht, so wird gleichzeitig auch der Proportionalsteu
erschieber 92 betätigt indem das Abdeckelement 9! gegenüber der öffnung 100 eingestellt wird, wahrem
die Verstellung des integrierenden Steuerschiebers 9( dadurch erfolgt daß der Schieberkolben 102 gegen di
Wirkung der ihn nach aufwärts belastenden Feder 104 ir Richtung nach abwärts verstellt wird. Betrachtet mai
zuerst den Proportionalsteuerschieber 92, so is festzustellen, daß das Abdeckelement 99 die wirksam
Austrittsfläche der öffnung 100 verkleinert, wodurcl
sich der Druckabfall an einer Drosselstelle 10' verringert und folglich sich der Druck in der Kamme
106 erhöht Dieser Druck wiederum wirkt gegen die oberste Fläche des Stufenkolbens 110 und drückt diesel
nach abwärts, so daß es zu einer Verdrängung vot Druckmittel in einem Raum 112 kommt und da:
Druckmittel über eine Verbindungsleitung 114 zu einen
Absperrschieber 116 in einem Regelsystem zun Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungs
brennstoffs getrieben wird. Man erkennt daß wahrem eines gleichbleibenden Betriebszustandes, d. h. währenc
die Regelung weder nach einer Beschleunigungskennli nie noch nach einer Verzögerungskennlinie erfolgt, der
Absperrschieber 116 nicht arbeitet und die Strömungs
mittelströmung zwischen den Verbindungsleitungen 74 und 114 nicht beeinflußt. Die Leitung 114 hat wie au:
F i g. 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 gedruckt wird und eine entsprechende Relativbewegung gegenüber den zugehörigen öffnungen im Gehäuse 118 ausführt, so daß das über die
Leitung 121 anstehende Druckmittel Zugang zu det 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 und der integrierende Steuerschieber 90 wieder in ihre ursprüngliche, in Fig.3 gezeigte Stellung zurückkehren
können.
sinn verdreht, was einer Forderung nach einer Verringerung der Verdichterdrehzahl (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 106 sein muß, wenn die in Fig.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 Änderungsgeschwindigkeit dieses Fehlersignals ist
Der der Regelung während einer Beschleunigung oder Verzögerung dienende Absperrschieber 116
zwischen dem Stelltrieb für das Drosselventil 36 und dem PI-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
W1
dann mit dem Ist-Wert von
verglichen. Dieser
Wert wiederum wird in der unmittelbar nachfolgend ί beschriebenen Weise errechnet.
Ein Nocken 168 wird in Abhängigkeit vom Verdichterausgangsdruck Pi in an sich bekannter Weise
verdreht, was beispielsweise mittels Verdichterausgangsdruckfühlern und Servoantrieben geschehen kann,
ίο 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 /Fi entspricht. Dieses Signal nun
wird zur Beaufschlagung eines Hebels 172 verwendet, der über einen Drehpunkt 174 gelagert ist und einen
Nockenabtaster 176 trägt. Offenbar ist die Stellung eines am Ende des Hebels 172 schwenkbar über den
Drehpunkt 181 angeschlossenen Hebels 178 eine Funktion von /Fi. Das Signal mit dem Wert /W} wird
durch /Pi 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
Widerlagers 190 dienen, so daß die Stellung dieses Widerlagers ebenfalls eine Funktion von /Wr darstellt.
Das Divisionsgestänge 180 enthält einen Arm 194, welcher über den Drehpunkt 1% schwenkbar an den
Hebel 162 angeschlossen ist und außerdem bei 198 drehbar gelagert ist. Der Hebel 194 ermöglicht eine
Division der Werte /Wf und /F3, so daß ein
Quotient-Signal erhalten wird, das dem Ist-Wert von
P3
Grenzwerten von / — L entspricht Dieses Signal wird
/—ί 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 I/
verwenden, während die Stellung des Nockentasters 166 am anderen Ende des Hebels 162 ständig ein Maß
des gewählten Wertes von I/ — l bildet. Zur Vereinfachung
sei der Ausdruck I/ ητ im Folgenden mit V
so 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
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 Kanuner 72 Ober 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 F i g. 2.
Da der dreidimensionale Nocken 164 bereits für die Bereitstellung der genannten Soll-Werte verwendet ι ο
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-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 Wr 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 Fig.4 der Zeichnungen
angegeben, welche das Regelsystem zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs in Parallelschaltung
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 Zeichnungen
Claims (7)
1. Brennstoffregeleinrichtung 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-Rege!system (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. Brennstoff regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (36)
eine Vorrichtung (46, 54, 70, 188) zur Bildung des Quadratwurzelwertes der Brennstoffströmung (Wr)
enthält, daß das Regelsystem (116, 160, 164) zum Begrenzen des Beschleunigungs- und Verzögerungsbrennstoffs eine auf die Verdichterdrehzahl (Ncjvoid
auf die Verdichtereinlaßtemperatur (CIT) ansprechende Eingabevorrichtung (164) zur Eingabe eines
ersten Signals, welches einem Sollwert der Quadratwurzel des Verhältnisses von Brennstoffströmung zu
Verdichterausgangsdruck (F^) 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
(Ng) 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 (Ps) ansprechendes Meßorgan
(170) sowie ein Divisionsgestänge (178, 200,
202) enthält, welches einerseits mit dem Meßorgan und andererseits mit der den Quadratwurzelwert der
Brennstoffströmung (Wi) 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
ι ο Einstellung des Drosselventils (36) einerseits auf den
Betriebszustand des ersten Wählerventils (314) und andererseits auf den Betriebszustand des Absperrschiebers
(300) anspricht
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