DE2125854C3 - Elektrische Schaltungsanordnung für eine Drehzahlsteuereinrichtung einer Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Derartige elektrische Schaltungsanordnungen sind beispielsweise aus der DF.-AS 11 79 016 bekanntgeworden.

Nach der dortigen Lehre wird der erwünschte Kurvenverlauf der Funktion /V/T"' jedoch nur durch ein kompliziertes, passives Kon cktur-Widerstandsnetzwerk erzeugt, das aus einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen von Widerständen besteht und dessen Widerstandswert sich proportion«!! mit der Temperatur T verändert. Bei einem derartigen Schaltungsaufbau kann dann die Leistung der Gasturbinenanlage etwa entsprechend der vorgegebenen Funktion N/T'¹' gesteuert werden.

Nachteilig macht sich jedoch in der Praxis bemerkbar, daß lediglich eine grobe, jedoch aber keine genaue Annäherung an die Quadratwurzelfunktion entsprechend den theoretischen Kenntnissen erzielt wird.

Dieses ist u. a. darauf zurückzuführen, daß das Netzwerk passiv und somit der Strom belastungsabhängig ist. Wegen des sich verändernden inneren Widerstandes des Tachometers sind dann Fehler und Abweichungen unausbleiblich.

Ein weiterer Nachteil liegt auch darin, daß die Widerstände des Netzwerkes keine stabilisierende Funktion besitzen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines der Funktion N/T''¹ proportionalen Signals für eine Drehzahlsteuereinrichtung einer Gasturbinenanlage zu schaffen, das eine genaue Annäherung an eine 1/ T-Abhängigkeit der D-.ehzahl einer Gasturbine gewährleistet, und dabei lastabhängige Schwankungen vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Integration des Operationsverstärkers kann nunmehr direkt ein Signa! erzeugt werden, das dem gewünschten Verlauf der Steuerkurve ausgezeichnet entspricht, wobei sogar eine Genauigkeit von 0,5 bis 1° Kelvin erzielt wird. Es ist deshalb auch überflüssig geworden, zur Erzeugung der komplizierten Quadratwurzelfunktion beispielsweise ein Rückkopplungsneizwerk von Widerständen und Dioden einzusetzen, um dann eine computermäßig berechnete abschnittsweise Anpassung an die gewünschte Kurve zu erzielen.

Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß der Schaltungsaufbau sehr viel weniger Zeit erfordert und daß außerdem der Strom belastungsunabhängig ist.

Zwar ist aus der US-PS 30 45 426 die Verwendung von Operationsverstärkern bei GasturDinen bekannt, jedoch erfolgt diese ausschließlich zur Steuerung der Brennstoffzuführung.

Zum weiteren Stand der Technik zählt auch noch die DE-OS 14 26 267, die jedoch d'e gleichen Schwierigkeiten, die sich hinsichtlich der apparativen Ausgestaltung der Schaltung /ur Erzeugung des gewünschten Kurvenverlaufs ergeben, aufweist. Auch wird in dieser Druckschrift lediglich von einer Einheit der beliebigen Form gesprochen, die das Signal entsprechend dem Kurvenvcrlauf N. /""■' erzeugen soll, wobei jedoch nähere Angaben über diese Einheit fehlen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbcispicls in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

ⁿ.s zeigt

F i g. I ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemiißen elektrischen Schaltungsanordnung;

F i g. 2 die Änderung des Verstärkungsfaktors eines Verstärkers bei Änderung der Temperatur in der Schaltungsanordnung nach Fig. I.

Die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung besteht aus einem Operationsverstärker 1 mit hohem Verstärkungsfaktor, der einen nichtumkehrenden Eingang 2 aufweist, an den eine konstante Vorspannung angelegt ist, sowie einen umkehrenden Eingang 3. dessen Eingangssignal später erläutert wird. Das Ausgangssignal vom Operationsverstärker 1 wird einer Multiplikationsschaltung 4, insbesondere einer Maxwellbrücke, als Quellenpotential zugeführt, und ein Eingangssignal variabler Frequenz wird an den Eingang 5 der Multiplikationsschaltung 4 gelegt; letzteres Signal

stellt als Frequenzsignal die Gasturbinendrehzahl Ndar. Mit 6 ist der Ausgang der Multiplikationsschaltung 4 bezeichnet. Eine Gasturbine ist schematisch bei 7 gezeigt; an ihr ist ein Drehzahlfühler 8 befestigt. Ein temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere ein Widerstandsthermometer 9 ist im Lufteinlaß zur Gasturbine 7 angeordnet un>i zwischen eine Quelle konstanten Potentials 10 und einen Widerstand 11 geschaltet. Der Widerstand 11 und ein Widerstand 12 sind an den Eingang 3 des Operationsverstärkers 1 angeschlossen, wie F i g. 1 zeigt Ein Rückkopplungsnetzwerk für den Operationsverstärker 1 enthält daher die Widerstände 11 und 12 und den temperaturabhängigen Widerstand des Wideritandsthermometers9.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Funktionswert N/T'¹- über einen Temperaturbereich von 243° K. bis 423° K erzeugt werden sollte, hatte der Widerstand 11 einen Wert von 82 Ohm und der Widerstand 12 einen Wert von 705 Ohm. Wegen der Länge der Leitung zwischen dem Widerstandsthermometer 9 und dem Rest der Schaltung kam zu der Reihenimpedenz des Widerstandes 11 ein Wert von 10 Ohm hinzu. Bei diesem Ausführungsbeispiel war die Genauigkeit in dem gewünschten Bereich besser als 1°K. In einem eingeschränkten Bereich von 373° K bis 426° K. war die Genauigkeit besser als '/2° K. Nimmt man für einen besonderen Fall an, daß die Impedanz des Widerstands 12 gleich R₁ und die Impedanz des Widerstandes 11 gleich /?2 ist, und daß für eine bestimmte Einlaßtemperatur die Impedanz des jo Widerstandsthermometers 9 gleich Γι ist, dann gilt für die Verstärkung des Verstärkers 1:

A = 1 + R_xI(R₂ + T,) = (a + Γ,)/(ΐ + T₁);

worin a = (R\ + R2), b=Ri und Γι ist annähernd eine lineare Funktion der Temperatur. Somit ist:

A = (alb)(\ + Tla)l(\ + TJb).

Weil a> b, hat die Funktion (\ + T\/a) weniger Abhängigkeit von der Temperatur als die Funktion (1 -I- TxIb), und die Änderung der Verstärkung A mit der Temperatur Ti ist in Fig.2 gezeigt, die Verstärkung A geht asymptotisch gegen a/b wenn Γι gegen Null geht, und die Verstärkung A geht gegen Eins, wenn Γ, gegen Unendlich geht. Über einen begrenzten Bereich Tm bis T\b von Ti stimmt die Verstärkung A eng mit der Kurve K/T'¹' überein, wobei K eine Konstante ist. Da der Ausgang des Operationsverstärkers 1 als Quellenpotential an die Maxwellbrücke 4 gelegt ist, so sieht man. daß das Ausgangssignal der Maxwellbrücke einen Quadratwurzelwert dieses Quellenpotentials enthält, und daß daher am Ausgang 6 der Brücke ein Signai erscheint, das N/T''¹ proportional ist.

Das Ausgangssignal der Maxwellbrücke ist proportional der Versorgungsspannung und der Frequenz eines Eingangssignal. Im vorliegenden Fall ist die Versorgungsspannung proportional l/T"' und die Eingangsfrequenz N ist der Gasturbinendrehzahl proportional. Das Ausgangssignal der Maxwellbrücke ist daher proportional /VVT''".

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines der Funktion N/T''¹ proportionalen Signals für eine Drehzahlsteuereinrichtung einer Gasturbinenanlage, wobei N die Gasturbinendrehzahl und T die überwachte Gastemperatur ist, mit einem Fühler zur Erzeugung eines der Drehzahl proportionalen Signals, einer Schaltung zur Lieferung eines den Funktionswert \/T''> proportionalen Signals mit einem Widerstandsnetzwerk und einer Schaltung zur Multiplikation dieser beiden Signale, wobei das Widerstandsnetzwerk einen durch die überwachte Gastemperatur veränderlichen Widerstand, einen damit in Reihe geschalteten temperaturunabhängigen Widerstand und einen weiteren temperaturunabhängigen Widerstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (9) an einer im wesentlichen konstanten Potentiaiqueiie (iO) anüegi, daß der in Reihe geschaltete temperaturunabhängige Widerstand (11) mit einem umkehrenden Eingang (3) eines Operationsverstärkers (1) verbunden ist, an dessen nicht umkehrenden Eingang (2) eine im wesentlichen konstante Vorspannung anliegt, und daß der mit der Multiplikationsschaltung (4) verbundene Ausgang des Operationsverstärkers (1) üb ^r den weiteren Widerstand (12) zum umkehrenden Eingang (3) rückgekoppelt ist.

2.Schaltung· anordnung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (9) im Lufteinlaß der Gasturbinenanlage (7) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationsschaltung (4) als Maxwellbrücke ausgebildet ist. der das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (1) alsQueüenpotential eingespeist wird.