DE2129686A1

DE2129686A1 - Vorrichtung,insbesondere fuer Gasturbinenstrahltriebwerke,zur Steuerung des Verhaeltnisses zwischen zwei Variablen

Info

Publication number: DE2129686A1
Application number: DE19712129686
Authority: DE
Inventors: Cantwell Hugh Francis
Original assignee: UK Government; UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Government; UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3783903A; FR2095287B1; DE2129686C3; GB1316778A; DE2129686B2; FR2095287A1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 2 1 2 9 6 8 ß

DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 3.5. _{Junl 1971} 13 266 - K/vM

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain"and Northern Ireland, London, England.

Vorrichtung insbesondere für Gasturbinenstrahltriebwerke zur Steuerung des Verhältnisses zwischen zwei Variablen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Verhältnisses zwischen zwei Variablen,z.B. des Verhältnisses zwischen Einlaß- und Auslaßdruck des Kompressors eines Gasturbinenstrahltriebwerkes, jedoch kann die Erfindung in gleicher Weise auch zur Steuerung des Verhältnisses anderer Variabler benutzt werden.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Steuerung des Kompressordruckverhältnisses bekannt und diese bekannten Vorrichtungen gliedern sich in zwei Gruppen, nämlich in mechanische und elektronische Systeme. Beide Systeme weisen einen oder mehrere der nachstehenden Nachteile auf, die in einem großen Gewicht,hohen Kosten und einer Ungenauigkeit über einem Triebwerksbetriebsbereich zu sehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zu schaffen, die diese Nachteile beseitigt.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Pluidieschaltung benutzt wird, um das Verhältnis zwischen den beiden Variablen zu steuern, wobei diese Schaltung einen Fluidicfühler aufweist, der jeden Fehler des Verhältnisses feststellt und ein erster Fluidic-Fühler jeden derartigen Fehler verstärkt, um einen Steuerdruck zu erzielen, wobei der erste Fluidicverstärker eine variable Rückkopplung des Steuerdruckes nach dem Fühler aufweist und die Änderung des Steuerdruckes von den Werten der Variablen abhängig sind. Ein zweiter Pluidicverstärker mit einem veränderbaren Speisedruck, der von einer der Variablen abhängt, ist darüber hinaus vorgesehen und ein Ausgangsdruck ändert ein Steuersystem, von welchem die Werte der Variablen abhängen und ein Steuersignal, welches das Steuersignal darstellt, das durch den ersten Pluidicverstärker erzeugt wurde, wird benutzt, wobei der zweite Fluidicverstärker in zwei Betriebsarten arbeiten kann, wobei in der einen Betriebsart der Speisedruck größer ist als der Steuerdruck und das Ausgangssignal eine Punktion des Ausgangsdrucks darstellt und in der anderen Betriebsart der Steuerdruck größer ist als der Speisedruck und der Ausgangsdruck eine Funktion des Steuerdrucks ist»

Der Pluidicfühler kann einen Bezugsdruck besitzen und einen Steuerdruck, wobei die beiden Drücke als Steuerdrücke für den ersten Fluidicverstärker wirken.

Der Bezugsdruek kann von einem Teiler (splitter) abgenommen werden, wobei eine der Variablen dem Teiler in Gestalt eines variablen Druckes zugeführt wird, der durch eine erste manuell steuerbare öffnung mit variabler öffnungsweite hindurchtritt, wobei der Teiler nach der Atmosphäre über eine zweite einstellbare öffnung entlüftet ist.

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Der Steuerdruck für den ersten Pluidieverstärker kann von einem Strahlkollektor erlangt werden, der mit beiden Variablen in Gestalt veränderbarer Drücke gespeist wird, wobei der Ausgang vom Strahlkollektor durch eine öffnung mit fester Querschnittsfläche hindurchtritt. Die Rückkopplung kann mit dem Steuerdruck verbunden sein, der durch den Strahlkollektor stromunterseitig der öffnung mit fester Querschnittsfläche erzeugt wird.

Die Rückkopplung kann eine öffnung mit variabler Querschnittsfläche aufweisen, wobei diese Querschnittsfläche eine Punktion der manuell einstellbaren öffnung im Teiler ist.

Der Speisedruck für den zweiten Pluidieverstärker kann von einem a Teiler erlangt werden, der mit einer der Variablen in Gestalt eines variablen Druckes über eine öffnung mit fester Querschnittsfläche gespeist und nach einem Raum mit niedrigerem Druck über eine öffnung mit fester Querschnittsfläche entlüftet wird, wobei die Druckzufuhr nach dem Verstärker über eine öffnungmit variabler Querschnittsfläche erfolgt.

Der zweite Verstärker kann außerdem eine Entlüftung nach der Atmosphäre über eine öffnung variabler Querschnittsfläche aufweisen, um zu verhindern, daß der Ausgangsdruck des Verstärkers unter den Druck der Umgebung abfällt.

Der erste Pluidieverstärker kann zwei oder mehrere Proportional-Fluidicverstärker aufweisen, die in Reihe geschaltet sind und der zweite Fluidicverstärker kann einen Wirbelverstärker aufweisen.

Das Steuersystem,von dem die Werte der Variablen abhängen, kann das Brennstoffsystem eines Gasturbinenstrahltriebwerks sein.

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Die Erfindung umfaßt demgemäß auch ein Gasturbinenstrahltriebwerk, welches einen Pluidickreis gemäß der Erfindung umfaßt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Pluidickreises zur Steuerung des Verhältnisses zwischen zwei Variablen,

Pig. 2 eine abgewandelte Ausfuhrungsform der Anordnung nach Fig.l.

Im folgenden wird auf die Pig.l der Zeichnung bezuggenommen. Die Steuervorrichtung besteht aus mehreren Pluidicelementen, die in einer Pluidicschaltung angeordnet sind, um das Verhältnis zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck des Kompressors eines Gasturbinenstrahltriebwerks zu steuern. Zur Klarstellung wird nachfolgend eine Liste von Symbolen für die verschiedenen Drücke aufgenommen, die im Pluidickreis auftreten.

PO - Umgebungsdruck

Pl - Triebwerkseinlaßdruck zu Gesamtdruck

PJ - Kompressoreinlaßdruck

P4 - Kompressorauslaßdruck

P4s - Kapselkammerdruck

Px - Wirbelverstärkerspeisedruck

for - Wirbelverstärkersteuerdruck

PR - Bezugsdruck

PS - Speisedruck

Pc - Strahlkollektorausgangsdruck

Pv - Entlüftungsdruck

al -Rückführungsöffnungsflache.

Die Schaltung weist eine Aufteilungsanordnung auf, die einen Kanal 10, zwei Einlasse 12 und 14 und einen Auslaß 16 besitzt.

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Eine P4-Speisung wird dem Auslaß 16 über den Einlaß und eine variable öffnung 18 zugeführt und eine PO-Speisung wird ebenfalls dem Auslaß über eine variable öffnung 20 zugeführt. Die Größe der öffnung 18 wird duroh den Gashebel 22 gesteuert und die Größe der öffnung 20 wird durch Pl gesteuert und dieser Druck wirkt auf einen evakuierten Balg 21, an dem der Verschlußkörper 24 für die öffnung 20 festgelegt ist.

Der Ausgang der Aufteilungsanordnung liefert einen Bezugsdruck PR, der einen der Steuerdrücke eines Proportionalverstärkers 26 bildet. Der andere Steuerdruck Pc für den Verstärker 26 wird vom Ausgang eines Strahlkollektors 28 und einer Rückführungsschleife JO erhalten. Die Drücke P4 und Pl werden dem Strahlkollektor zugeführt und der Ausgang des Kollektors gelangt durch eine öffnung 32 mit fester Querschnittsfläche.

Der Verstärker 26 ist mit einer Leistungszuführung Ps versehen und in Reihe mit zwei weiteren Proportionalverstärkern 34 und 36 geschaltet, die ebenfalls durch Ps gespeist werden. Die beiden Ausgänge 38 und 40 des Verstärkers 26 liefern die Steuereingänge für den Verstärker 34 und der Ausgang 42 des Verstärkers 36 wird einem Wirbelverstärker 44 und der Verstärkerrückführungsschleife 30 zugeführt. Der übrige Ausgang 46 des Verstärkers 36 wird ebenso wie die anderen Proportionalverstärker 26 und 34 über geeignete, nicht dargestellte öffnungen entlüftet.

Der Wirbelverstärker 44 hat einen Leistungsspeisedruck Px, einen Steuerdruck Pc*" (dies ist der Ausgang des Proportionalverstärkers 36) und zwei unabhängige Ausgänge 46 und 48. Der Ausgang 46 wird nach dem Umgebungsdruck PO über eine variable öffnung 50 entlüftet und der Ausgang 48 speist einen Druck P4s, der einer Kapsel 51 eines bekannten Brennstoffsteuersystems 52 zugeführt wird, von dem nur ein Teil in der Zeichnung dargestellt ist.

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Der Speisedruck Px wird über eine variable öffnung 54 und eine Aufteilung zwischen den Drücken P3 und P4 erhalten, die beide über feste öffnungen zugeführt werden und zwar der Druck P3 durch eine öffnung 56 und der Druck P4 durch eine öffnung 5Ö.

Wenn die Brennstoffregelanlage 52 im Sinne einer Beschleunigung betätigt wird, ist die Fluid!eschaltung so, daß der Wirbelverstärker 44 in einem Stadium mit Nicht-Verwirbelung befiniich ist und P4s **=* 0,9Px· Diese Bedingung wird erlangt, wenn Pc* \ Px. Die übrige Schaltung ist so eingestellt, daß Pc* vergrößert wird, wenn man sich dem erforderlichen P4/P1-Verhältnis nähert. Wenn Pc progressiv über Px ansteigt, befindet sich der Verstärker im Verwirbelungszustand und P4s wird progressiv unter die Wirkung der sich vergrößernden Wirbelheftigkeit vermindert. Die Verminderung in P4s reduziert die Brennstoffströmung mittels der bekannten. Brennstoffregeleinrichtung 52. Eine Begrenzung der Verminderung von P4s wird durch die variable öffnung 50 gegeben, die nach PO entlüftet ist und dies erzeugt eine Verzögerungsbegrenzung für das Triebwerk.

Die Änderung des Steuersignals Pc für den Wirbelverstärker 44 wird mittels des Strahlkollektors 28, des Bezugsdruckes PR und der drei in Reihe liegenden Proportionalverstärker 26,34 und 36 erlangt. Der Druck PR wird mit dem Auslaß Pc des Strahlkollektors verglichen und irgendein Fehler wird verstärkt, um Pc zu liefern. Die Kopplung 30 vom Druck Pc wird der Aussteuerung des Verstärkers 26 über eine variable öffnung 60 zurückgeführt, die durch den Gashebel 22 eingestellt wird. Die Fläche der öffnung ist so, daß der Verstärkungsgrad der Proportionalverstärker und demgemäß die Schleifenverstärkung mit dem P4/P1-Pegel geändert wird und die Veränderung der Öffnungsfläche durch die Ein-

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stellung des Gashebels ist derart, daß, wenn das Verhältnis P4/P1 ansteigt, die Fläche "a" der variablen öffnung 60 vergrößert wird.

Fig.2 zeigt eine Abwandlung der Fluidicsohaltung gemäß Fig.l, in der jener Teil der Schaltung, die den Bezugsdruck: PR liefert, abgewandelt ist. Die P4-Speisung läuft durch die öffnung 20, deren Fläche durch Pl verändert wird. Die öffnung 18, durch die PO hindurchtritt, wird durch den Gashebel 22 geändert. Dieser Teil der Schaltung erzeugt die gleiche Charakteristik wie der entsprechende Teil der Schaltung gemäß Fig.l. Hier wird jedoch der Vorteil erlangt, daß die Profile der variablen öffnungen leichter herzustellen sind.

Es ist außerdem eine Einrichtung zur Ein? teilung der Grundleerlaufgeschwindigkeit dargestellt und diese besteht aus einer variablen öffnung 62 parallel zu der variablen öffnung 18. Außerdem sind Mittel dargestellt, die eine niedrige Grundleerlaufeinstellung bewirken und diese bestehen aus einer öffnung 64, die durch einen Elektromagneten 66 gesteuert wird.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

/l7\ Fluidieschaltung zur Steuerung des Verhältnisses zwischen zwei K^/ Variablen,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluidicfühler jeden Fehler des Verhältnisses feststellt, daß ein erster Fluidieverstärker jeden derartigen Fehler verstärkt, um einen Steuerdruck zu erzeugen, daß der erste Fluidicverstärker eine variable Rückkopplung des Steuerdruckes nach dem Fluidiefühler zurückführt, daß die Änderung des Rückführdruckes abhängig ist von den Werten der Variablen, daß ein zweiter Fluidieverstärker einen variablen Speisedruck liefert, der von einer der Variablen abhängt, daß ein Ausgangsdruck ein Steuersystem verändert, von welchem die Werte der Variablen abhängen, und außerdem ein Steuersignal, das das Steuersignal darstellt, welches von dem ersten Fluidieverstärker erzeugt wird, daß der zweite Fluidicverstärker in zwei Betriebsweisen arbeiten kann, in deren einer der Speisedruck größer ist als der Steuerdruck und das Ausgangssignal eine Funktion des Speisedruckes ist,und eine andere Betriebsweise, in der der Steuerdruck größer ist als der Speisedruck und der Ausgangsdruck eine Funktion des Steuerdruckes ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Fluidicfühler einen Bezugsdruck und einen Steuerdruck aufweist, die beide als Steuerdrücke für den ersten Fluidicverstärker wirken.
3>. Schaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Bezugsdruck von einer Aufteilungsvorrichtung erlangt wird, daß eine der Variablen der einen Seite der Aufteilungsein-

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richtung in Form eines variablen Druckes zugeführt wird, der durch eine erste manuell einstellbare Steueröffnung hindurchläuft, während die andere Seite der Aufteilungsvorrichtung nach dem Umgebungsdruck über eine zweite variable öffnung entlüftet wird.
4. Schaltung nach den Ansprüchen 2 oder j5* dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck von einem Strahlkollektor erlangt wird, der mit beiden Variablen in Gestalt variabler Drücke gespeist wird, und daß der Ausgangsdruck vom Strahlkollektor durch eine feste öffnung hindurchtritt.
5. Schaltung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzei chnet, daß der Rückführungsdruck mit dem Steuerdruck, der durch den Strahlkollektor erzeugt wird, stromunterseitig der öffnung mit fester Querschnittsfläche verbunden wird.
6. Schaltung nach den Ansprüchen 5 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die¹öffnung mit variabler Querschnittsfläche in der Rückführung angeordnet ist und daß die Querschnittsfläche als Funktion einer ersten manuell einstellbaren variablen öffnung in der Aufteilungsvorrichtung eingestellt wird.
7. Schaltung nach den Ansprüchen j5 bis 6, dadurch gekennzei chnet, daß die Aufteilungsvorrichtung eine weitere variable öffnung parallel zu der ersten manuell einstellbaren variablen öffnung aufweist.

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8. Schaltung nach Anspruch 7»

dadurch gekennzeichnet,

daß eine weitere durch einen Elektromagneten betätigte Öffnung parallel zu der weiteren variablen Öffnung angeordnet ist und in Verbindung mit dem Bezugsdruck steht.
9. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisedruck des zweiten Fluidieverstärkers von einer Aufteilungseinrichtung erlangt wird, die mit einer der Variablen in Gestalt eines variablen Druckes über eine feste Öffnung gespeist und auf der anderen Seite nach einem Niederdruck über eine feste Öffnung entlüftet wird, wobei die Druckzuführung nach dem Verstärker über eine variable Öffnung erfolgt.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzei ohne t ,

daß der zweite Fluidieverstärker ebenfalls eine Entlüftung über eine variable Öffnung nach dem Umgebungsdruck aufweist.
11. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Fluidicverstärker zwei oder mehrere in Reihe geschaltete Proportionalverstärker aufweist.
12. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet ,

daß der zweite Fluidicverstärker einen Wirbelverstärker (vortex amplifier) aufweist.
13. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuersystem,von dem die Werte der Variablen abhängen, eine Brennstoffregelanlage -eines Gasturbinenstrahltriebwerks ist.

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in
14. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis IJ, 2129686

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Variablen dem Einlaß-bzw. dem Auslaßdruck des Kompressors eines Gasstrahltriebwerks entsprechen.

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