DE2142787A1

DE2142787A1 - Verfahren und Einrichtung zum Regulieren des Kraftstofflusses einer Gasturbinenmaschine

Info

Publication number: DE2142787A1
Application number: DE19712142787
Authority: DE
Inventors: Seishi Yokosuka; Kunugi Takashi Yokohama; Kubota (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1971-08-26
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE2142787B2; JPS4936452B1; US3772880A; DE2142787C3; GB1356275A

Description

PATENTANWÄLTE	HONCHCN 18 KAlSER-LUDWtO-PLATZ · TEL M11/53 O111 53 0212 TELEX: 5/24303 top«»
Dipi.-chem. Dr. D. Thomsen Dipi.-mg. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. BÜhlllig Dipl.-Ing. R. ΚίηΠβ	FRANKFURT (MAIN) 50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0811/51«ββ
Dipi.-ing. W- Weinkauff 21 L 7 7 ö 7

Antwort erbeten nach —Please reply to: 8000 München 15 26. August 1971

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City (Japan)

Verfahren und Einrichtung zum Regulieren des Kraftstofflusses

einer Gasturbinenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenmaschine und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Regulieren eines Kraftstofflusses zur Turbinenmaschine während sich ändernden Maschinenbetriebes.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Leistung der Gasturbinenmaschine in Abhängigkeit von Änderungen des atmosphärischen Drucks, der atmosphärischen Temperatur und Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine merklich ändert. Ist die Kraftstoffzufuhr zur Maschine bei gegebenem atmosphärische η Druck und Temperatur für die Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit übermäßig, kann die Maschine Schwankungen hervor-

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rufen, und ist die Zufuhr von Kraftstoff nicht ausreichend, neigt die Maschine zu Fehlzündungen. Zur Verhinderung von Fehlzündungen und Schwankungen der Maschine muß daher die Zuflußrate des Kraftstoffs zur Maschine derart reguliert werden, daß sie innerhalb eines bestimmten Bereichs in Übereinstimmung mit der atmosphärischen Temperatur, dem atmosphärischen Druck und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine gehalten wird.

Durch die Erfindung wird daher ein Verfahren zum Regulieren der Zuflußrate des zu der Gasturbinenmaschine fließenden Kraftstoffs unter Verwendung einer elektrischen Anordnung geschaffen, wodurch die Zuflußrate konstant innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, in dem die Maschine an Fehlzündungen und Schwankungen gehindert wird.

fe Dazu werden erfindungsgemäß Signale gebildet, die

obere und untere Grenzen eines Bereichs einer auf den atmosphärischen Druck, die atmosphärische Temperatur und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine bezogenen annehmbaren Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate . darstellen. Diese Signale werden dann mit einem Signal verglichen, das im wesentlichen der Zuflußrate des Kraftstoffs proportional ist, der der Maschine zugeführt wird. Wird durch einen solchen Vergleich gezeigt, daß die ArbeLts-Kraftstoff-Zuflußrate aus dem Bereich der annehmbaren Zuflußrate herausfällt, wird ,.* Signal zum Regulieren der Arbeits-Zuflußrate und zur Beseitigung

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einer Differenz zwischen dem Arbeitsfluid und der oberen oder unteren Grenze des Bereichs der annehmbaren Zuflußrate erzeugt. Stellt sich andererseits heraus, daß die Arbeits-Zuflußrate innerhalb des Bereichs der annehmbaren Zuflußrate liegt, dann wird ein derartiges Signal erzeugt, daß sich die Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate einem optimalen Pegel nähert, der durch eine gev/ählte Stellung eines Beschleunigerpedals (Gaspedals) bestimmt ist.

Die Erfindung schlägt daher vor, die Zufuhrrate des Kraftstoffs zur Maschine derart zu regulieren, daß die Arbeits-Kraftstoff -'Zuflußrate konstant innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, der höher als der Fehlzündungsbereich liegt und niedriger als der Schwankungsbereich. Dies wird vorteilhafterweise * erreicht, indem die Kraftstoff-Zuflußrate in Übereinstimmung mit dem ermittelten atmosphärischen Druck und Temperatur bei sich änderndem Maschinenumdrehungsgeschwindigkeiten reguliert wird, die in Übereinstimmung mit der atmosphärischen Temperatur eingestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung des normalen, Fehlzündungs- und Schwankungsbereichs einer typischen Gasturbinenmaschine, wobei diese Bereiche in Ausdrücken einer eingestellten Kraft-209812/0992

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stoff-Zuflußrate und einer eingestellten Motorumdrehungsgeschwindigkeit dargestellt sind;

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer elektrischen

Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des durch ■ die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 regulier

ten Bereichs der Kraftstoff-Zuflußrate zur Maschine.

Wie zuvor erwähnt wurde, ändert sich die Leistungsfähigkeit einer Gasturbinenmaschine in Abhängigkeit von den Änderungen des atmosphärischen Drucks und Temperatur und der Um- ■ drehungsgeschwindigkeit der Maschine. Wird der Maschine bei ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit bei gegebenem atmosphärischem Druck und Temperatur übermäßig Kraftstoff zugeführt, finden in

der Maschine Schwankungen statt, und erhält die Maschine nicht ausreichend Kraftstoff, werden Fehlzündungen hervorgerufen. Damit die Gasturbinenmaschine bei sich ändernden Maschinen- und atmosphärischen Bedingungen zufriedenstellend arbeitet, ist es wichtig, daß die Strömungsrate (d.h. die Zuflußrate) des Kraftstoffs zur Maschine in Übereinstimmung mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine und dem Druck und Temperatur der atmosphärischen Luft reguliert wird, die die Maschine kontinuierlich in jedem Augenblick umgibt.

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Fig. 1 zeigt Kurven, die jeweils obere und untere Grenzen f und f . eines Bereichs einer "eingestellten" Kraftstoff-Strömungsrate Fa bei einer "eingestellten" Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit N angeben; innerhalb dieses Bereichs arbeitet die Maschine unter geeigneten' Bedingungen, nämlich unter Bedingungen, die frei von Schwankungen und Fehlzündungen sind. Liegt die eingestellte Kraftstoff-Strömungsrate F_a bei einer gegebenen eingestellten Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit N₌ höher als die obere Grenze f_„, eines sol-

& max

chen Bereichs, ruft die Maschine Schwankungen hervor, wie sie durch den Bereich A in Fig. 1 angegeben sind. Der durch die Kurven f und f_m;«_n definierte Bereich B zeigt den Bereich an, in dem die Maschine bei Einstellung der Kraftstoff-Strömungsrate innerhalb eines annehmbaren Bereichs in einwandfreien oder "normalen" Zuständen arbeitet. Ist die eingestellte Kraftstoff-Strömungsrate F bei einer gegebenen eingestellten Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit N„ kleiner als die untere

el

Grenze f . des Bereichs B, finden in der Maschine Fehlzündunmin

gen statt, wie dies mit dem Bereich C angegeben ist. Die durch die Kurven f_max und f_min definierten Bereiche A, B und C stellen somit jeweils den Schwankungsbereich, den Bereich für normales Arbeiten und den Fehlzündungsbereich der Maschine in Ausdrücken der eingestellten Kraftstoff-Strömungsgeschwindigkeitsrate F_a und in der eingestellten Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit N dar. Aus Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß die Ma-

el

schine frei von Schwankungen und Fehlzündungen ist, wenn die eingestellte Kraftstoff-Strömungsrate F_a kleiner als f_max und

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größer als f . ist.
min

Die "eingestellte" Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit N und die "eingestellte" Kraftstoff-Strömungsrate F , die in der erfindungsgemäßen Anordnung als wichtige Betriebsindexe (Parameter) verwendet werden, werden von einer ermittelten Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit N, und einer ermittelten " Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w abgeleitet und folgendermaßen definiert

N=r ~\ ft γ Μ (1A

^Pa =1 ^{θ x} V ⁾'

^Td V ^Pd

wobei θ = —=— und J = —=— j darin bedeutet

η η

T, = die ermittelte atmosphärische Temperatur, T = die normale atmosphärische Temperatur (die gewöhnlich 15°C (288°K) beträgt),

P, =s ermittelter atmosphärischer Druck, und P = normaler atmosphärischer Druck (der gewöhnlich l,O33 kg/cm² beträgt).

Somit wird die Arbeits-Strömungsrate F des Kraftstoffs zur Maschine erfindungsgemäß derart reguliert, daß die folgende Gleichung für jede Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit und für jeden atmosphärischen Druck und temperatur gilts

^fmin <^Fa

max.

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Die Strömungsrate F,, die diese Gleichung erfüllt, ist

el

ferner derart reguliert, daß sie sich einer optimalen Arbeits-Kraftstoff -S trömungsrate P_Q nähert, die erfindungsgemäß für die gewählte Stellung des Beschleuniger-Pedals geeignet ist.

Anhand von Fig. 2 wird nun ein vorzugsweise gewähltes Ausführungsbeispiel elektrischer Schaltungsanordnungen beschrieben, die die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate zur Gasturbinenmaschine in Übereinstimmung mit den zuvor erläuterten Prinzipien regulieren können.

Die elektrische Anordnung wird in Kombination mit einer Gasturbinenmaschine verwendet, die allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist und die in gewöhnlicher Weise aufgebaut ist und betrieben wird. Die elektrische Anordnung besitzt eine Einrichtung 11, die Signale erzeugen kann, die eine obere und eine untere Grenze f, bzw. f- eines annehmbaren Bereichs der Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate repräsentieren, die in Übereinstimmung mit der eingestellten Kraftstoff-Strömungsrate F_ und der eingestellten Maschinen-Umdre-

CX

hungsgeschwindigkeit N_a bestimmt ist. Die Einrichtung 11 ist mit einer Einrichtung 12 verbunden, der die von der Einrichtung 11 erzeugten Signale zugeführt werden. Die Einrichtung empfängt nicht nur die von der Einrichtung 11 erzeugten Signale

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sondern auch ein eine Arbeits-Strömungsrate des der Maschine 10 zugeführten Kraftstoffs repräsentierendes Signal F zum Vergleichen der beiden zuerst · genannten mit dem zuletzt genannten Signal. Ist das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F repräsentierende Signal größer als das Signal, das die obere Grenze f, des annehmbaren Strömungsraten-Bereichs repräsentiert, oder kleiner als das Signal, das die untere Grenze f., ψ des annehmbaren Strömungsratenbereichs repräsentiert, dann wird ein digitales Signal U^ oder U- erzeugt, um anzuzeigen, daß die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate für die eingestellten Kraftstoff-Strömungsrate F_ und die eingestellte Maschinen-

el

Umdrehungsgeschwindigkeit II_ entweder übermäßig oder unzurei-

CL

chend ist, d.h. die Maschine 10 unter den Bedingungen arbeitet, die in den Bereich A oder C der Fig. 1'fallen. Liegt andererseits das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w repräsentierende Signal zwischen der oberen und der unteren Grenze des annehmbaren Bereichs, dann wird durch die Einrichtung 12 ein anderes digitales Signal U erzeugt, das anzeigt, daß die Maschine unter den Bedingungen arbeitet, die in den Bereich B fallen.

Die Einrichtungen 11 und 12 sind mit einer Einrichtung 13 verbunden, die die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F des Kraftstoffs zur Maschine 10 in Übereinstimmung mit den Signalen regulieren kann, die von den Einrichtungen 11 und 12 erzeugt werden. Die durch die Einrichtung 11 erzeugten Signale, die

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die obere und die untere Grenze fj bzw. fj des annehmbaren Strömungsratenbereichs repräsentieren, werden der Einrichtung 13 zugeführt, so daß bei einer Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F , die größer als die obere Grenze oder kleiner als die untere Grenze ist, ein Signal V₁ oder V- erzeugt wird, das eine Differenz zwischen der ermittelten Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate und der oberen oder unteren Grenze des annehmbaren Bereichs repräsentiert. Ist dagegen die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F kleiner als die obere Grenze und größer als die untere Grenze, dann repräsentiert ein Signal eine Differenz zwischen der Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate und einer optimalen Kraftstoff-Strömungsrate F , die in Übereinstimmung mit einer gewählten Stellung eines Beschleuniger-Pedals (nicht gezeigt) bestimmt ist. Die selektive Abgabe des Ausgangssignals von der Einrichtung 13 wird durch das von der Einrichtung 12 zugeführte Signal bewirkt, so daß bei einer Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w,die höher oder niedriger als der annehmbare Bereich ist, die Strömungsrate derart reguliert wird, daß die Differenz zwischen der ermittelten Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate und der oberen oder unteren Grenze des annehmbaren Bereichs verringert wird, bis diese Differenz beseitigt ist, und das die Strömungsrate, falls die ermittelte Strömungsrate F in den annehmbaren Strömungsraten-Bereich fällt, derart reguliert wird, daß sie sich der optimalen Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_Q annähert, die durch die gewählte Beschleuniger-Pedalstellung bestimmt ist.

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- IO -

Die elektrischen Anordnungen» die den zuvor beschriebenen Betrieb liefern, können in zahlreichen Arten oraktisch ausgeführt werden, und es ist zu bemerken, daß der in Fig. 2 im einzelnen veranschaulichte praktische Aufbau nur ein vorzugsweise gewähltes Beispiel der Konstruktionen ist, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen können.

Die Einrichtung 11, die zwei Signale erzeugen soll, die die obere und die untere Grenze des annehmbaren Bereichs der Arbeits-Kraftstoff-Strömungsraten repräsentieren, kann Detektoreinrichtungen 14, 15 und 16 aufweisen zum Ermitteln eines atmosphärischen Drucks P^, einer atmosphärischen Temperatur T_d und einer Umdrehungsgeschwindigkeit H^ der Maschine und zum Erzeugen von Signalspannungen, die den ermittelten Größen im wesentlichen proportional sind.

^ Die Druckdetektöreinrichtung 14 ist mit einem Spannungsteiler 17 verbunden, und die den ermittelten atmosphärischen Druck P, repräsentierende Signalspannung wird daran angelegt. Die Eingangsspaimung des Teilers 17 wird durch eine Spannung geteilt, die einen vorbestimmten normalen atmosphärischen Druck P repräsentiert, so daß eine Signalspannung, die das Verhältnis des ermittelten atmosphärischen Drucks P^ zum normalen atmosphärischen Druck P repräsentiert, von dem Spannungsteiler 17 abgegeben wird, dieses Verhältnis entspricht dem Viert ö in Gleichung (IJ.

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Diese Temperaturdetektoreinrichtung 15 ist mit zwei parallelen Spannungsteilern 18 und 19 verbunden, und die den ermittelten atmosphärischen Druck T, repräsentierende Signalspannung wird diesen Spannungsteilern zugeführt. Der Spannungsteiler 18 kann eine Signalspannung erzeugen, die die Quadratwurzel des Verhältnisses der ermittelten atmosphärischen Temperatur T, zur normalen atmosphärischen Temperatur T repräsentiert, während der Spannungsteiler 19 eine Signalspannung erzeugen kann, die den reziproken Wert dieser Quadratwurzel des bestimmten Verhältnisses repräsentiert. Somit haben die durch die Spannungsteiler 18 und 19 erzeugten Signalspannungen folgende Werte:

\Γθ = -J^- und /θ

η ' I ^xd

Die Spannungsteiler 17 und 18 sind mit einem gemeinsamen Vervielfacher 20 verbunden, wodurch ein Signal erzeugt wird, das das Produkt der Signalspannungen repräsentiert, die von den beiden Spannungsteilern 17 und 18 zugeführt werden. Die Ausgangssignalspannung des Vervielfachers 2O ist daher der Wert 5 .\ θ aus Gleichung (2) .

Der Maschinen-Drehzahldetektor 16, der ein mit einer Ausgangsweile (nicht gezeigt) der Maschine IO verbundener Tachometergenerator sein kann, erzeugt eine Signalspannung, die der ermittelten Maschinendrehzahl N^ im wesentlichen proportional ist. Dieser Maschinen-Drehzahldetektor 16 und der Span-

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nungsteiler 19 sind mit einem gemeinsamen Vervielfacher 21 verbunden, wodurch die Signalspannungen/ die die ermittelte

ι—— ι

Maschinendrezahl ti, und den Wert γ θ repräsentieren, miteinander zu einem Produkt N,. ~γθ ~ multipliziert werden.

Der Vervielfacher 21 erzeugt somit eine Signalspannung, die

ι— _·,

eine eingestellte Maschinendrehzahl N = N-,. -y θ repräsentiert, welche der Gleichung (IX entspricht.

Der Vervielfacher 21 ist mit zwei Funktionsgeneratoren 22 und 23 verbunden zur Erzeugung von Signalspannungen, die jeweüs die obere und die untere Grenze f_max und f_m;»_n des annehmbaren Bereichs einer eingestellten Arbeits-Strömung?rate F- bei der eingestellten Maschinendrehzahl N repräsentieren.

el el

Die Funktionsgeneratoren 22 und 23 sind jeweils mit Vervielfachern 24 und 25 verbunden, mit denen der Vervielfacher 20 ebenfalls verbunden ist. Der mit dem Vervielfacher 20 und dem Funktionsgenerator 22 verbundene Vervielfacher 24 erzeugt eine Signalspannung f,, die das Produkt der Werte ö.J θ und f ·

χ ν in ei χ

repräsentiert, während der mit dem Vervielfacher 20 und dem Funktionsgenerator 23 verbundene Vervielfacher 25 eine Signalspannung ±2 erzeugt, die das Produkt der Werte o.je und f__in repräsentiert. Die auf diese Weise erzeugten Signale f, und f~ werden zu beiden Einrichtungen 12 und 13 zugeführt, wie dies zuvor erläutert wurde.

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Gemäß Darstellung besitzt die Einrichtung 12 zwei Vergleicher 26 und 27, die jeweils mit den Vervielfachern 24 und 25 der Einrichtung 11 verbunden sind, und eine NICHT-UND-Schaltung 28, die mit den Vergleichern 26 und 27 verbunden ist. Die Vergleicher 26 und 27 empfangen nicht nur- die Ausgangssignalspannungen jeweils von den Vervielfachern 24 und 25, sondern auch ein Signal, das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F des Kraftstoffs zur Maschine 10 repräsentiert. Die die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F repräsentierende Signalspannung wird somit mit den jeweils von den Vervielfachern und 25 gelieferten Signalspannungen f, und f₂ verglichen, so daß von dem Vergleicher 26 bzw. 27 ein digitales Signal U, oder U₂ erzeugt wird,¹ wenn die zuerst genannte Signalspannung größer oder gleich der Signalspannung f. ist oder kleiner oder gleich der Signalspannung f₂. Die NICHT-UND-Schaltung 28 spricht auf die digitalen Signale U, und U₂ an und erzeugt ein digitales Signal U_Q bei gleichzeitiger Abwesenheit dieser Signale, wenn nämlich die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F innerhalb des annehmbaren Bereichs der Kraftstoff-Strömungsrate liegt.

Die Einrichtung 13 besitzt beispielsweise eine Strömungsregulierungs-Signalgeneratoreinrichtung 29, eine Schalteinrichtung 30, die mit der Signalgeneratoreinrichtung 29 verbunden ist, eine Ventilsteuereinrichtung 31, die mit der Schalteinrichtung 30 verbunden ist, und eine Kraftstoff-Strömungsregulierventi!einrichtung 32, die mit der Ventilsteuereinrichtung 31 elektrisch und mit der Maschine 10 mechanisch verbunden ist.

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Die Strömungsregulier-Signalgeneratoreinrichtung 29 besitzt einen Normalströmungs-Signalgenerator 29a, einen Schwankungsverhinderungs-Signalgenerator 29b und einen Fehlzündungsverhinderungs-Signalgenerator 29c. Der Normalströmungs-Signalgenerator 29a ist mit einer Einrichtung 33 zur Ermittlung einer gewählten Stellung eines Beschleuniger-Pedals (nicht gezeigt) verbunden und erzeugt eine Signalspannung, die eine optimale Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_Q repräsentiert, die durch die ermittelte Stellung des Beschleuniger-Pedals bestimmt ist. Dem Normalströmungs-Signalgenerator 29a wird nicht nur die Signalspannung zugeführt, die der optimalen Strömungsrate ¹F entspricht, sondern auch das Signal, das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F repräsentiert; er erzeugt eine Signalspannung, die proportional einem Wert F_Q ^Fw ^ist· .

Die Schwankungsverhinderungs- und Fehlzündungsverhinderungs-Signalgeneratoren 29b bzw. 29c sind mit den Vervielfachern 24 und 25 der Einrichtung 11 verbunden und empfangen jeweils Signalspannungen f^ und f₂, die die oberen und unteren Grenzen der annehmbaren Strömungsrate bei eingestellter Maschinen-Drehzahl N_a repräsentieren. Die Signalgeneratoren 29b und 29c empfangen ebenfalls das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w repräsentierende Signal und erzeugen Auscjangssignalspannungen, die proportional den Werten fi~^F _w und f'₂ - F_w (wobei F_w^-f₂> sind.

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Die Signalgeneratoren 29a, 29b, und 29c sind mit Schaltern 30a, 30b bzw. 30c verbunden. Diese Schalter 30a, 30b und 30c sind rait der NICHT-UND-Schaltung 28, dem Vergleicher 26 und dem Vergleicher 27 verbunden und empfangen somit digitale Signale U , U, bzw. ü~· Der Schalter 30a kann geschlossen sein, wenn das digitale Signal U_Q von der NICHT-UND-Schaltung 28 zugeführt wird, wenn nämlich die Arbeits-Strömungsrate F kleiner

Vr

oder gleich der oberen Grenze und größer oder gleich der unteren Grenze des annehmbaren Strömungsratenbereichs bei der eingestellten Maschinen-Drehzahl ist. Der Schalter 30b oder 30c ist geschlossen, wenn das Signal U. oder U~ von dem Vergleicher 26 oder 27 zugeführt wird, wenn nämlich die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w größer oder gleich der oberen Grenze bzw. kleiner oder gleich der unteren Grenze des annehmbaren Strömungsratenbereichs ist. Das bedeutet, daß nur einer der drei Schalter in Abhängigkeit von der Strömungsrate des Kraftstoffs zur Maschine geschlossen ist. Diese Schalter können vorzugsweise Relais- oder elektronisch betriebene Schalter sein, die schnell auf die zugeführten Signale ansprechen können, so daß sie nach Auswahl genau und kontinuierlich geöffnet und geschlossen v/erden können.

Die Schalter 30a, 30b und 30c sind mit der Ventilsteuereinrichtung 31 verbunden, die die Strömungsregulier-Ventileinrichtung 32 in Übereinstimmung mit der Steuersignalspannung steuern können, die von jedem der Signalgeneratoren 29a, 29b

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und 29c über den zugehörigen Schalter zugeführt wird.

In der in, Fig, 2 dargestellten Anordnung wird das Signal, das die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_tT repräsentiert, aus der von der Ventileinrichtung 32 regulierten Kraftstoff-Strömung ermittelt.

ψ Ist die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w beim Betrieb größer oder gleich der oberen Grenze fj^ des annehmbaren Strömungsratenbereichs bei eingestellter Maschinendrehzahl N . so daß in der Maschine Schwankungen hervorgerufen v/erden, erzeugt der Vergleicher 26 sein digitales Signal U. zum Schliessen des Schalters 30b, und gleichzeitig erzeugt der Schwankungsverhinderungs-Signalgenerator 29b die Signalspannung V₁, ■ die dem Wert f. - F entspricht, wobei F größer oder gleich f, ist. Die Signalspannung V, wird über den geschlossenen

^ Schalter 30b zur Ventilsteuereinrichtung 31 geführt, wodurch die Ventileinrichtung 32 derart gesteuert wird, daß sie die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F absenkt, bis der sich Mn-

v/

dernde Wert V. = f. - F zu Null wird. Da somit die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F gleich der oberen Grenze f. des annehmbaren Strömungsratenbereichs wird, das digitale Signal U von dem Vergleicher 26 nicht vorliegt und der Vergleicher 27 sein Signal U₂ nicht erzeugt, gibt die NICHT-UND-Schaltung 28

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das digitale Signal U zum Schließen des Schalters 30a ab.

Ist dagegen die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F kleiner oder gleich der unteren Grenze f2 der annehmbaren Strömungsrate bei der eingestellten Maschinendrehzahl N und

el

werden demgemäß bei der Maschine Fehlzündungen hervorgerufen, erzeugt der Vergleicher 27 sein digitales Signal U₂ zum Schliessen des Schalters 30c, und gleichzeitig erzeugt der Fehlzündungsverhinderungs-Signalgenerator 29c die Signalspannung V₂, die mit dem Wert f„ - F_w übereinstimmt, wobei F_w kleiner als f₂ ist. Die Signalspannung V„ wird über den geschlossenen Schalter 30c der Ventilsteuereinrichtung 31 zugeführt, wodurch die Ventileinrichtung 32 derart gesteuert wird, daß sie die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F_w vergrößert, bis der Wert V₂ = f₂ " ^F _w zu Null wird. Sobald die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F die untere Grenze f_ des annehmbaren Strömungsratenbereichs erreicht, kann der Vergleicher 27 nicht mehr das digitale Signal U₂ erzeugen. Da dabei das digitale Signal U. nicht vorliegt, wird von der NICHT-UND-Schaltung 28 das Signal U_Q erzeugt, so daß der Schalter 30a nun geschlossen 1st.

Die ungeeignete Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate wird auf diese Weise eingestellt, wodurch die Maschine vor Schwankungen und Fehlzündungen bewahrt wird, die sich sonst dadurch ergeben würden. Erfindungsgemäß wird die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F , die somit innerhalb des annehmbaren

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Strömungsratenbereichs gehalten wird, weiter reguliert, so daß sie sich der optimalen Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F annähert, die durch die gewählte Stellung des Beschleuniger-Pedals bestimmt ist, wie dies zuvor erwähnt wurde.

Im folgenden wird anhand von Fig. 3 die Betriebsweise des Normalströmungs-Signalgenerators 29a der Strömungsregulier-Signalgeneratoreinrichtung 29 erläutert..

Wird das Beschleuniger-Pedal, das in einer Stellung bei einer Maschinendrehzahl N, eine optimale Kraftstoff-Strömungsrate F, erforderlich machte, wie dies mit Punkt P, in Fig. 3 gezeigt ist, in eine Stellung bewegt,(weiter geöffnet), in der die optimale Kraftstoff-Strömungsrate F der Maschinendrehzahl N₂ entspricht, wie dies mit Punkt P₂ gezeigt ist, dann wird die Strömungsregulier-Ventileinrichtung 32 bei geschlossenen^ Schalter 30a weiter geöffnet, so daß die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F von F, zu G, ansteigt, was die obere Grenze des annehmbaren Strömungsratenbereichs bei der Maschinendrehzahl N, ist. Dabei öffnet der Schalter 30a und stattdessen schließt der Schalter 30b, damit die Signalspannung von dem Schwankungsverhinderungs-Signalgenerator 29b über den Schalter 30b zu der Ventilsteuereinrichtung 31 gelangen kann. Da jedoch genau in diesem Augenblick die Arbeits-Strömungsrate F_w genau gleich der oberen Grenze des Strömungsratenbereichs ist, ist die Signalspannung V₁ gleich Null, wodurch die Ventileinrichtung 32 in Ruhe gehalten wird. Unter dieser Bedingung

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steigt die Maschinendrehzahl von N₁ an, da die optimale Kraftstoff-Strömungsrate bei weitergetretenem Beschleunigerpedal F, zu F„ angehoben wurde. Die Maschinendrehzahl wird somit größer als N. und demgemäß steigt die obere Grenze f. an. Der Schalter 3Ob öffnet sich daher wieder, und der Schalter 30a schließt, um die Ventileinrichtung 32 weiter zu öffnen, bis die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate F eine höhere obere Grenze G₂ des annehmbaren Strömungsratenbereichs erreicht. Die Maschine fährt weiter fort ihre Drehzahl zu erhöhen, und die Arbeits-Strömungsrate F steigt von G₂ zu G₃, G. ... bis sie F- erreicht, das das Optimum für die gewählte Stellung des Beschleunigerpedals bei der Maschinendrehzahl F_n ist. Die vorstehende Erläuterung hat sich mit dem Fall befaßt, wo das Beschleunigerpedal beträchtlich weiter getreten (weiter geöffnet) wurde, und es ist zu erwähnen, daß bei wenig weitergetretenem Beschleunigerpedal der Schalter 30a geschlossen bleibt und die Arbeitskraftstoffströmungsrate den Pegel F₃ nur mittels der Signalspannung V erreichen läßt.

Bei Bewegung des Beschleunigerpedals in den Schließzustand wird die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate unter Begrenzung durch die untere Grenze f₂ des annehmbaren Strömungsratenbereichs im wesentlichen in gleicher Weise wie in dem zuvor erläuterten Fall verringert.

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Die Änderung der Arbeits-Kraftstoff-StrÖmungsrate von einem Punkt zum anderen, beispielsweise durch die Punkte G₁, G₂, G-W G., ... wi-rd ausreichend genau und kontinuierlich durchgeführt, wenn Relais- oder elektronisch betriebene Schalter, die auf die zugeführten Signale schnell ansprechen, als Schalteinrichtung 30 verwendet werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens v/egen folgender Vorteile zu verwenden:

a) Zuverlässige Schaltwirkung der Schalteinrichtung 30 aufgrund der Verwendung von digitalen Signalen zur Steuerung der einzelnen Schalter.

b) Die Arbeits-Kraftstoff-Strömungsrate und die oberen und unteren Grenzen des annehmbaren Strömungsratenbereichs bei gegebener Maschinendrehzahl können leicht überwacht werden, da diese Strömungsrate verglichen wird, bevor das Signal U, oder U_? abgegeben wird.

c) In dem Fall, daß die Arbeits-Strömungsrate aufgrund unvorhergesehener äußerer Störungen größer oder kleiner als der annehmbare Strömungsratenbereich wird und Schwankungen oder Fehlzündungen der Maschine hervorruft, wird das digitale Signal U₁ oder U^ augenblicklich erzeugt, um den Schalter 30b oder 30c öffnen zu lassen, bis die geeignete Strömungsrate wiedererlangt ist.

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Das erfindungsgemäße Verfahren trägt dazu bei, die Gasturbinenmaschine ständig unter zufriedenstellenden Bedingungen zu halten und den Maschinenverbrennungs-Wirkungsgrad beträchtlich zu verbessern und damit Fahrzeug-Luftverschmutzungsprobleme zu lösen. - >

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Regulieren des Kraftstoffzuflusses einer Gasturbinenmaschine mit einer Kraftstoff-Zuflußrate lierventi!einrichtung zum Regulieren der Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate zu der Maschine, wobei die Ventileinrichtung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate mit oberen und unteren Grenzen (f , f . ) eines annehmbaren Bereichs der Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate (F)vergleicht, die in Übereinstimmung mit dem ermittelten atmosphärischen Druck und Temperatur und einer Maschinendrehzahl bestimmt ist, daß man ferner ein digitales Signal (U)erzeugt, das aussagt, daß die Zuflußrate oberhalb oder unterhalb oder innerhalb des annehmbaren Bereichs liegt, und daß man der Ventileinrichtung P2) in Übereinstimmung mit dem digitalen Signal (U) ein Steuersignal zum Bewegen der Ventileinrichtung (32) zuführt und damit die Zuflußrate (F) in den annehmbaren Bereich eintreten läßt, wenn sie oberhalb oder unterhalb des annehmbaren Bereichs liegt, oder eine optimale Arbeits-Krat'tstoff-Zuflußrate erreichen läßt, die durch ein Beschleunigerpedal bestimmt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein er;;tefj Signal erzeugt, das. einer durch die Ventileinri.chhung (L'.) regulier, ten ermittelten ArbeLfcs-Kraf tstoffilui. ί ur rai (j Lui -/i.'S.i'it i. i. chnri proportional, ist, daß man ein

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zweites und ein drittes Signal erzeugt, das jeweils obere und untere Grenzen eines annehmbaren Bereichs der Kraftstoff-Zuflußrate repräsentiert, wobei der annehmbare Bereich unter Zugrundelegung der Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate bestimmt wird, die in Übereinstimmung mit dem ermittelten atmosphärischen Druck und Temperatur und der in Übereinstimmung mit der ermittelten atmosphärischen Temperatur eingestellten Maschinendrehzahl eingestellt wird, daß man das erste Signal mit dem zweiten und dritten Signal vergleicht und ein viertes oder fünftes Signal erzeugt, wenn das erste Signal größer als das zweite Signal bzw. kleiner als das dritte Signal ist, daß man ein sechstes Signal bei gleichzeitigem NichtVorhandensein des vierten und fünften Signals erzeugt, daß man ein siebentes Signal erzeugt, das einer optimalen Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate für eine gewählte StelLungeines Beschleunigerpedals in wesentlichen proportional ist, daß man ein achtes oder neuntes Signal erzeugt, das eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten oder dritten Signal repräsentiert, wenn das erste Signal größer als das zweite Signal oder kleiner als das dritte Signal ist, nun die Venti!einrichtung zur Verringerung oder Vergrößerung der Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate zu steuern, bis die Differenz beseitigt ist, oder daß man ein zehntes Signal erzeugt, das eine Differenz beim ersten und siebenten Signal repräsentiert, wenn das erste Signal kleiner als das zweite Signal und größer als das dritte Signal ist nun die Ventileinrichtung zum Regulieren der Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate zu steuern, bis die optimale Arbeits-

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Kraftstoff-Zuflußrate erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate durch I θ χ 0 χ F bestimmt ist, wobei θ ein Verhältnis der ermittelten atmosphärischen Temperatur zu einer vorbestimmten normalen atmosphärischen Temperatur ist, ο ein Verhältnis des ermittelten atmosphärischen Druckes zu einem vorbestimmten normalen atmosphärischen Druck und F die ermittelte Arbeits-Kraftstoff-Zuflußrate ist.

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