DE2140115B2 - Elektrische Steuereinrichtung zum Wiedereinschalten der Zündeinrichtung einer Gasturbinenbrennkammer nach Erlöschen der Flamme - Google Patents
Elektrische Steuereinrichtung zum Wiedereinschalten der Zündeinrichtung einer Gasturbinenbrennkammer nach Erlöschen der FlammeInfo
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- DE2140115B2 DE2140115B2 DE712140115A DE2140115A DE2140115B2 DE 2140115 B2 DE2140115 B2 DE 2140115B2 DE 712140115 A DE712140115 A DE 712140115A DE 2140115 A DE2140115 A DE 2140115A DE 2140115 B2 DE2140115 B2 DE 2140115B2
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuereinrichtung zum Wiedereinschalten der Zündeinrichtung einer
Gasturbinenbrennkammer nach Erlöschen der Flamme nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein Erlöschen der Flamme hat bei Gasturbinentriebwerken einen anfänglich steilen Abfall des in der
Brennkammer herrschenden Druckes und einen Abfall der Triebwerksdrehzahl zur Folge.
Um die Verbrennung nach einem Erlöschen der Flamme wieder in Gang zu setzen, muß die Zündeinrichtung
der Brennkammer wieder eingeschaltet werden. Aus der US-PS 30 41 833 ist bereits eine elektrische
Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zum
Wiedereinschalten der Zündeinrichtung bekannt.
. Bei der bekannten Steuereinrichtung ist die Dauer der Wiedereinschaltperiode zwar durch Einstellung eines Zeitgebers vorgebbar, stellt jedoch ansonsten eine Konstante dar. Dies bedeutet, daß bei der bekannten Steuereinrichtung nach einem Erlöschen der Flamme die Zündeinrichtung jeweils genau während der vorgegebenen festen Dauer der Wiedereinschaltperiode eingeschaltet .bleibt, so daß das weitere Drehzahlverhalten des Triebwerks die Tätigkeiten der die Zündeinrichtung einschaltenden Schaltung nicht mehr beeinflussen kann. Die Wiedereinschaltperiode wird also nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer abgebrochen, unabhängig davon, ob die Flamme innerhalb dieser Wiedereinschaltperiode tatsächlich wieder gezündet werden konnte oder nicht.
. Bei der bekannten Steuereinrichtung ist die Dauer der Wiedereinschaltperiode zwar durch Einstellung eines Zeitgebers vorgebbar, stellt jedoch ansonsten eine Konstante dar. Dies bedeutet, daß bei der bekannten Steuereinrichtung nach einem Erlöschen der Flamme die Zündeinrichtung jeweils genau während der vorgegebenen festen Dauer der Wiedereinschaltperiode eingeschaltet .bleibt, so daß das weitere Drehzahlverhalten des Triebwerks die Tätigkeiten der die Zündeinrichtung einschaltenden Schaltung nicht mehr beeinflussen kann. Die Wiedereinschaltperiode wird also nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer abgebrochen, unabhängig davon, ob die Flamme innerhalb dieser Wiedereinschaltperiode tatsächlich wieder gezündet werden konnte oder nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Wiedereinschalten der Zündeinrichtung
nach Erlöschen der Flamme so auszubilden, daß eine zweckmäßigere Steuerung der Dauer der
Wiedereinschaltperiode stattfindet und sichergestellt ist, daß die Wiedereinschaltperiode nicht beendet wird,
bevor die Flamme tatsächlich wieder gezündet worden ist Dabei muß auch dafür Sorge getragen werden, daß
die Wiederzündung der Flamme gefahrlos, d. h. nicht explosionsartig erfolgt
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene
Anordnung gelöst
J0 Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird
die Wiedereinschaltperiode erst dann beendet, wenn die Drehzahlverzögerung auf einen beträchtlich unterhalb
des Einschaltschwellenwertes gelegenen Ausschaltschwellenwert abgefallen ist. Das Nachlassen der
Drehzahlverzögerung bis auf den Ausschaltschwellenwert ist ein Indiz dafür, daß die Flamme gezündet hat
und daß die Turbine wieder angetrieben wird, so daß der Drehzahlabfall abgeschwächt wird und schließlich
wieder in eine Drehzahlbeschleunigung übergeht.
Gleichzeitig wird während der Wiedereinschaltperiode
die Brennstoffzufuhr gedrosselt, indem der die Brennstoffzufuhr normalerweise regelnde Brennstoffregler
übersteuert wird, so daß sich zum Zeitpunkt des Wiederzündens keine übergroße Brennstoffmenge in
der Brennkammer befindet und das Wiederanzünden der Flamme keine explosionsartige Verbrennung
herbeiführen kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Gasturbinentriebwerk mit einer elektrischen Steuereinrichtung zum
Wiedereinschalten der Zündeinrichtung,
F i g. 2 charakteristische Arbeitskennlinien der Steuereinrichtung und
F i g. 3 ein mehr ins einzelne gehendes Blockschaltbild der Steuereinrichtung.
Das in Fig. I gezeigte Gasturbinentriebwerk 4 weist einen Lufteinlaß 5, einen Niederdruckverdichter 6, einen
Hochdruckverdichter 7, eine Brennkammeranordnung 8, eine den Hochdruckverdichter antreibende Hochdruckturbine
9, eine den Niederdruckverdichter antreibende Niederdruckturbine 10 und ein Strahlrohr 11 auf.
Die Brennstoffzufuhr zur Brennkammeranordnung 8 und damit die Drehzahl des Gasturbinenantriebwerks
wird mittels eines in der Brennstoffzuleitung 13
liegenden und von einem Stellantrieb 14 betätigten
Drosselventil 12 gesteuert. Die Regelung des Triebwerks erfolgt durch einen Rechner Z jeweils in
Abhängigkeit von einem Befehlssignal PL entsprechend der jeweiligen Stellung eines Gashebels 19.
Der Rechner Z enthält einen Brennstoffregler 16, der
den Drosselventilstellantiieb 14 mittels eines Stellsignals
F anjieuert Vom Stellantrieb 14 erhält der Brennstoffregler als Rückführungssignale ein Ventilpositionssignal
TP und ein Stellgeschwindigkeitssignal TV. Außerdem enthält der Rechner eine Wiederzünd-Steuerschaltung
17 zum Wiedereinschalten der Zündeinrichtung 18 der Brennkammeranordnung, wenn die
Flamme im Betrieb erlischt
Während des normalen Triebwerkbetriebs regelt der Brennstoffregler 16 die Brennstoffzufuhr entsprechend
dem Befehlssignal PL und die Zündeinrichtung 18 ist abgeschaltet Der Brennstoffregler 16 begrenzt außerdem
die jeweilige Beschleunigung und Verzögerung des Triebwerks.
Im Falle eines Erlöschens der Flamme in der
Brennkammeranordnung 8 übersteuert die Steuerschaltung 17 den Brennstoffregler 16 und bewirkt eine
Verringerung der Brennstoffzufuhr entsprechend dem Maße, in welchem die Triebwerksdrehzahl infolge des
Fehlens der Flamme abfällt Gleichzeitig schaltet die Steuerschaltung 17 durch ein Signal / die Zündeinrichtung
18 wieder ein.
Die dem Rechner zugeführten Signale Ti und N
geben die jeweilige Verdichtereinlaßtemperatur bzw. die Drehzahl des Hochdruckverdichters 7 an.
Die Drosselung der Brennstoffzufuhr durch die Steuerschaltung 17 erfolgt in der in F i g. 2 dargestellten
Weise in Abhängigkeit von dem durch das Fehlen der Flamme bedingten Drehzahlabfall. Die Kurve D 1 zeigt
einen typischen, durch das Erlöschen der Flamme bedingten Drehzahlverzögerungsverlauf über dem
prozentual auf der Abszisse aufgetragenen Drehzahlmaß N/T··2. Die Steuerschaltung 17 spricht an, wenn die
Verzögerung einen Einschaltschwellenwert DIa überschreitet
und bewirkt dann die Drosselung der Brennstoffzufuhr und die Wiedereinschaltung der
Zündeinrichtung 18. Der Einschaltschwellenwert DIa liegt oberhalb der vom Brennstoffregler 16 maximal
zugelassenen Verzögerung, so daß die Steuerschaltung 17 bei normalen Betriebszuständen des Triebwerks, d. h.
unter der Steuerung des Triebwerks durch den Brennstoffregler, nicht ansprechen kann. Die vom
Brennstoffregler 16 maximal zugelassene Verzögerung ist durch die Kurve E1 dargestellt
Die Größe der durch das Erlöschen der Flamme bedingten Verzögerung nimmt mit kleiner werdender
Triebwerksdrehzahl vor dem Erlöschen der Flamme ab. Aus diesem Grund liegen die für die verschiedenen
Triebwerksdrehzahlen maßgeblichen Einschaltschwellenwerte auf einer geneigten Arbeitslinie A, so daß
beispielsweise für eine Verzögerungskurve D 2 ein Einschaltschwellenwert D2a oder für eine Verzögerungskurve
D3 ein Einschaltschwellenwert D3a gege
ben ist. Die Arbeitslinie A sollte natürlich möglichst dicht über einer Linie C verlaufen, auf welcher die vom
Brennstoffregler maximal zugelassenen Verzögerungswerte, zum Beispiel Eic liegen, üo daß die Steuerschaltung
17, wenn die Verzögerung die Linie C überschreitet, möglichst schnell anspricht.
Nachdem die Flamme wieder gezündet worden ist,
muß die Steuerschaltung 17 wieder abgeschaltet werden, d. h. die Steuerung der Brennstoffzufuhr muß
wieder vom Brennstoffregler 16 übernommen und die Zündeinrichtung wieder ausgeschaltet werden. Da ein
Wiederzünden der Flamme einen Abfall der Verzögerung bedingt, wird die Steuerschaltung 17 jeweils dann
abgeschaltet, wenn die Verzögerung unter einen bestimmten Ausschaltschwellenwert abgefallen ist. Die
Ausschaltschwellenwerte, beispielsweise D16 oder
D 2b, liegen auf einer weiteren Arbeitslinie B. die wesentlich unterhalb der Arbeitslinie A verläuft.
ίο Sollte der Wiederzündvorgang erfolglos verlaufen, so
verzögert sich die Drehzahl bis in einen Drehzahlbereich, in welchem das Triebwerk für einen normalen
Startvorgang gedreht werden muß. Dieser Drehzahlbereich liegt in F i g. 2 links von einer Linie S. Damit bei
oder unterhalb der Startdrehzahl kein Konflikt zwischen der Steuerschaltung 17 und dem normalen
Triebwerksstartsystem auftritt, enden die Arbeitslinien A und San der Linie S.
Nachstehend werden der Brenr ;offregler 16 und die
Steuerschaltung 17 anhand der Fig.3 mehr im
einzelnen beschrieben.
Gemäß F i g. 3 gelangt das vom Gashebel kommende Befehlssignal PL über ein Filter 20 zu einem
Summierverstärker 21 und gleichzeitig über ein Filter 28
zu einem Summierverstärker 26. Dem Summierverstärker 21 wird außerdem das Ventilpositionssignal TP des
Stellantriebs 14 zugeführt, während dem Summierverstärker 26 außerdem über einen G!eichrichter 25 das
Drehzahlsignal N zugeführt wird. Den Summierverstärkern 21 und 26 ist eine Höchstwertdurchlaßeinheit 22
nachgeschaltet, der wiederum eine Kleinstwertdurchlaßeinheit 23 und ein Verstärker 24 nachgeschaltet sind.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 24 wird als Stellsignal Feinen Elektromotor 14/1 des *".· llantriebs
14 zugeführt Die Höchstwertdurchlaßeinheit 22 läßt jeweils das größere, d. h. stärker positive Ausgangssignal
der beiden Summierverstärker 21 und 26 durch. Die Stellgeschwindigkeit des Stellantriebs 14 wird durch die
Größe des Signals F bestimmt, und zur Stabilisierung d .s Regelkreises wird das Stellgeschwindigkeitssignal
TV über ein Verzögerungsglied 27 als weiteres Rückführungssignal dem Summierverstärker 26 zugeführt.
Die Steuerschaltung 17 enthält ein die Arbeitsünien A und B festlegendes Differenzierglied 35, welches das Drehsignal N differenziert und einen Verstärker 36, einen die Arbeitslinie A bestimmenden Kondensator 37 und einen Kondensator 38 aufweist, der mittels eines Schalters 34 zum Kondensator 37 parallelgeschaltet werden kann. Im parallelgeschalteten Zustand bestimmen die Kondensatoren 37 und 38 zusammen die ArHritslinie B. Weiter enthält die Schaltung 17 ein Rechenglied 39, das aus dem Drehzahlsignal N und dem Temperatursignrl Ti den Ausdruck Λ//Τ"2 berechnet und als weiteres Eingangssignal dem Verstärker 36 zuführt. Durch dieses letztere Signal wird das Ausgangssignal dN/dt des Verstärkers 36 jeweils proportional zu, Größe des Signals N/Tm modifiziert, um den bei kleinerer Triebwerksdrehzahlen jeweils entsprechend kleinerer auftretenden Verzögerungen bei einem Erlöschen der Flamme Recl.nung zu tragen. Außerdem wird dem Verstärker 36 über eine Klemme 40 ein die Lage der Arbeitsünien festlegendes Vorspannungssignal zugeführt. Weiter wird dem Ver-
Die Steuerschaltung 17 enthält ein die Arbeitsünien A und B festlegendes Differenzierglied 35, welches das Drehsignal N differenziert und einen Verstärker 36, einen die Arbeitslinie A bestimmenden Kondensator 37 und einen Kondensator 38 aufweist, der mittels eines Schalters 34 zum Kondensator 37 parallelgeschaltet werden kann. Im parallelgeschalteten Zustand bestimmen die Kondensatoren 37 und 38 zusammen die ArHritslinie B. Weiter enthält die Schaltung 17 ein Rechenglied 39, das aus dem Drehzahlsignal N und dem Temperatursignrl Ti den Ausdruck Λ//Τ"2 berechnet und als weiteres Eingangssignal dem Verstärker 36 zuführt. Durch dieses letztere Signal wird das Ausgangssignal dN/dt des Verstärkers 36 jeweils proportional zu, Größe des Signals N/Tm modifiziert, um den bei kleinerer Triebwerksdrehzahlen jeweils entsprechend kleinerer auftretenden Verzögerungen bei einem Erlöschen der Flamme Recl.nung zu tragen. Außerdem wird dem Verstärker 36 über eine Klemme 40 ein die Lage der Arbeitsünien festlegendes Vorspannungssignal zugeführt. Weiter wird dem Ver-
f>5 stärker 36 vom Ausgang der Höchstwertdurchlaßeinheit
22 ein Signal 41 zugeführt, welches dazu dient, den Einschaitschwellenwert zu erhöhen, wenn durch den
Piloten mittels des Befehlssignals PL eine Drehzahlver-
zögerung des Triebwerks herbeigeführt wird. Dadurch wird ein Auslösen des Wiederzündvorgangs verhindert,
wenn eine vom Piloten befohlene Verzögerung so groß ist, daß die Steuerschaltung 17 normalerweise darauf
ansprechen würde.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 wird einem Schaltverstärker 42 zugeführt, dessen Ausgang über
eine Höchstwertdurchlaßeinheit 43 mit der Kleinstwertdurchlaßeinheit 23 verbunden ist. Die Anordnung ist so
getroffen, daß bei einem Anstieg des Signals dNAIt über
den vorgegebenen Einschaltschwcllcnwert durch den Schaltverstärker 42 ein Drosselventil-Schließbefehl
über die Klcinstwcrtdurchlaßeinhcit 23 an den Stellantrieb
14 gegeben wird. Die Amplitude dieses Schlicßbefchlsignals
wird durch ein ebenfalls der Höchstwertdurchlaßeinheit 43 zugeführtes Vorspannungssignal 44
begrenzt. Das Schließen des Drosselventils bei einem
Erlöschen der Flamme wird außerdem dadurch begrenzt, daß der Höchstwertdurchlaßeinheit 43 auch
ein vom Ventilpositionssignal TP abgezweigtes Signal TP1 zugeführt wird.
ί Das Ausgangssignal des Schaltverstärkers 42 wird
außerdem als Zündsignal /übereinen Leistungsverstärker 45 einem Relais 46 zum Einschalten der Zündeinrichtung
18 zugeführt.
Das vom Rechenglied 39 gebildete Signal N/T"2 wird
Das vom Rechenglied 39 gebildete Signal N/T"2 wird
ίο außerdem einem Halteverstärker 50 zugeführt, dessen
Ausgang ebenfalls mit dem Schaltverstärker 42 verbunden ist. Dadurch wird der Schaltverstärker 42 in
seinem flammenausfallzusiand gehalten, wenn die Triebwerksdrehzahl unter einen bestimmten Wert liegt,
ii beispielsweise unter 60% der normalen Rciscgcschwincligkeits-Triebwcrksdrchzahl.
Dadurch ergibt sich die in J-" i g. 2 gezeigte Linie .S'.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Elektrische Steuereinrichtung zum Wiedereinschalten
der Zündeinrichtung einer Gasturbinenbrennkammer nach Erlöschen der Flamme, mit einer
Drehzahlmeßeinrichtung und einer ein Differenzierglied mit einem Kondensator enthaltenden Schaltung,
welche das Drehzahlsignal differenziert und, wenn eine Drehzahlverzögerung einen Einschaltschwellenwert
übersteigt, die Zündeinrichtung einschaltet und während einer Wiedereinschaltperiode
von gesteuerter Dauer eingeschaltet hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung
(17) Mittel (37,38,40) aufweist, die einen unterhalb
des Einschaltschwellenwerts gelegenen Ausschallschwellenwert der Drehzahlverzögerung festlegen,
bei dessen Erreichen die Wiedereinschaltperiode jeweils beendet wird, und daß die Schaltung (17)
währenader Dauer der Wiedereinschaltperiode ein
die Brennstoffzufuhr drosselndes Signal an die Brennstoffversorgungseinrichtung (14,16) der Gasturbinenbrennkammer
abgibt
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten der Zündeinrichtung
durch die genannte Schaltung (17) mittels eines vom Einschaltsignal (I) abgezweigten Schaltsignals
dem Kondensator (37) des Differenzierglieds (35) über einen Schalter (34) ein Zusatzkondensator
(38) parallel geschaltet wird, und daß der Ausschaltschweller vert durch die Parallelschaltung dieser
beiden Kondensatoren bestimmt wird.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dal die genannte Schaltung
(17) ein Rechenglied (3^) enthält, welches aus
dem Drehzahlsignal /V und einem die Verdichtereinlaßtemperatur
Ti angebenden Signal ein dem Ausdruck /VVTl"2 entsprechendes Signal bildet und
dem Differenzierglied (35) zuführt, und daß das Differenzierglied ein Schaltglied (36) aufweist,
welches das differenzierte Drehzahlsignal proportional zur Größe des Signals des Rechenglieds (39)
modifiziert.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal N/TV'2 des Rechenglieds
(39) außer dem Differenzierglied (35) auch einem Halteverstärker (50) zugeführt wird, der
so ausgelegt ist, daß sein Ausgangssignal, falls der Wert des vom Rechenglied erzeugten Signals unter
einen vorgegebenen Grenzwert abgefallen ist, bewirkt, daß die Schaltung (17) die Zündeinrichtung
ständig eingeschaltet hält.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |