DE2200218A1

DE2200218A1 - Brennstoffzufuhrsystem fuer gasturbinen

Info

Publication number: DE2200218A1
Application number: DE19722200218
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Arthur Lewis
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1972-01-04
Filing date: 1972-01-04
Publication date: 1973-07-12

Description

3rennst offzufuhrsyst em für Gas turbinen 'Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzufuhrsystem für Gasturbinen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches System zu verbessern.
Ein Brennstoffzufuhrsystem gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Brennstoffpumpe mit unveränderlicher Verdrängung, die im Betrieb mit einer Drehzahl antreibbar ist9 welche zur Drehzahl der Turbine proportional ist, ein Ventil mit einer Kammer mit einem Einlaß, der mit der Druckseite der Pumpe verbunden ist, und mit einem ersten und einem zweiten Auslaß sowie mit einem Steuerelement, das positionierbar zwischen den Auslässen angeordnet ist9 derart, daß 4ie effektive Durchflußfläche der beiden Auslässe gleichzeitig variiert wird, eine Druckregeleinheit, die auf die Drücke an den beiden Aualässen ansprioht und zum Laufenlassen ausreichenden Brennstoffs aus dem ersten Auslaß eingerichtet ist9 derart, daß das Verhältnis der Drücke im wesentlichen konstant gehalten wird, und Mittel zum Positionieren des Steuerelements des Ventils entsprechend dem 13rennstoffbedarf der Turbine.
Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines A1 Ausführungsbeipiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind.
Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen dreier Ausführungen, wobei Fig. 3 auch die Verbindungen mit einer zugehörigen Gasturbine 35 392 gezeigt sind.
Fig. 1 zeigt mechanisch die einfachste Form der Erfindung, und das dargestellte System weist eine Pumpe 10 unveränderlicher Verdrängung auf, die mit einer Drehzahl angetrieben wird, die proportional zur Drehzahl der Turbine ist, ferner ein Ventil 11 und eine Druckregeleinheit 12 sowie ein elektrisches Stellglied 13 mit einer Steuerschalttung 14 für das Ventil.
Das Ventil 11 weist eine Kammer 15 mit einem Einlaß 16 auf, in den der volle Mediumstrom von der Pumpe 10 geht. Die Kammer hat einen ersten und einen zweiten Auslaß 17 bzw. 18 sowie ein Steuerelement 19 in der Form eines Arms, der an einem Ende angelenkt ist und sich an gegenüberliegenden Ende zwischen die Auslässe 17 und 18 erstreckt.
Das Stellglied 13 positioniert das Element 19 derart, daß der effektive Querschnitt beider Auslässe gleichzeitig variiert werden kann. Eine Bewegung des Elements 19 reduziert den effektiven QRerschnitt des einen Auslasses und vergrößert den effektiven Querschnitt des anderen. Zwei einstellbare Anschlage 20, 21 sind vorgesehen, um die Bewegung des Elements 19 in Richtung auf die Auslässe 17 bzw. 18 zu begrenzen.
Die Druckregeleinheit ist in der Form einer Kammer vorgesehen, die durch eine Membrane 22 zweigeteilt ist. Von den Auslässen 17 und 18 gehen der bindungen zu dieser Kammer an gegenüberliegenden Seiten der Membrane.
An der Seite der Membrane, an der der Auslaß 17 angeschlossen ist, befindet sich ein Auslaß 23, der durch die Membrane gesteuert wird, und dieser Auslaß 23 ist mit der Niederdruckseite der Pumpe 10 verbunden.
Eine leichte Feder 24 ist auf der anderen Seite der Membrane vorgesehen, um sie in Richtung auf den Auslaß 23 zu drücken.
Die Druckregeleinheit ist derart vorgesehen, daß tier den größeren Teil des in frage stehenden Druckbereiohs die Membrane so positioniert ist, daß die Drücke auf ihren beiden Seiten im wesentlichen gleich sind, um damit das Verhältnis eines solchen Drucks im wesentlichen konstant auf eins zu halten.
Am unteren Ende des Druckbereichs wird der Effekt der Feder 24 erheblich, und der Druck am Auslaß 18 wird höher als der am Auslaß 17.
Der Auslaß 18 ist mit den Brennersammelleitungen der Turbine verbunden, was zur Folge hat, daß für jede bestimmte Position des Steuerele ments 19 die Brennstoffmenge pro Zeiteinheit die zur Turbine fließt direkt proportional zur Drehzahl der Turbine ist außer am unteren Ende des Drehzahlbereichs der Turbine. Während im beschriebenen Beispiel die Drücke an den Auslässen 17 und 18 gleich gehalten wSrden sind die Drücke auf dem Steuerelement 19 egalisiert, und das vereinfacht das Stellglied erheblloh, indem die Notwendigkeit eines Servomechanismus mit geschlossenen Funktionskreis entfällt.
In der in Fig. 2 gezeigten Variante ist ein Oberdrehzahlregeler imVentil 111 eingebaute das ansonsten mit dem Ventil 11 identisch ist. Da durch kann die Oberdrehzahlregelfunktion der Steuerschaltung 114 weggelassen werden. Der Regler basiert auf der Tatsache, daß der Druckverlust durch den Auslaß 118 proportional zum Quadrat der Drehzahl der Turbine für jede bestimmte Position des Steuerelemente 119 ist. Eine Membrane 125 sitzt in einer Öffnung in der Wand der Kammer 1150 Ein Deckel 126, der über der Membrane 125 sitzt, ist an der Innenseite mit dem Auslaß 118 verbunden. Eine Feder 127 drückt die Membrane in die gleiche Richtung wie der Druck im Raum unter dem Deckel 126.
Ein an der Membrane 125 sitzendes Widerlager 128 ist an dem Steuerele-'ment anlegbar, um das Element 119 in Richtung auf den Auslaß 118 zu bewegen, wenn der Druckabfall übermäßig ist.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführung ist eine komplette kombinierte Beschleunigungs- und Drehzahlsteuerung. In diesem Fall wird das Steuerelement 219 des Ventils 211 durch Federkraft in Richtung auf den Auslaß 217 mit Hilfe einer Feder 229 gedrückt. Ein einstellbarer Anschlag 230 ist für die Feder 227 des Reglers vorgesehen, und dieser Anschlag ist durch einen Handdrehzahlsteuerhebel 231 bewegbar, In diesem Fall weist die Einheit 212, die die Einheit 12 ersetzt, keine Feder auf, so daß echte proportionale Durchflußcharakteristiken erreicht werden.
Die Drehzahlbegrenzung, die durch den Reglermechanismus eingestellt wird, variiert in Abhängigkeit von der Stellung des Hebels 231. Bei konstanten Laufbedingungen ist das Moment der auf das Steuerelement 219 durch das Widerlager 228 ausgeübten Kraft genau ausgewogen durch das Moment der durch die Feder 229 ausgeübten Kraft.
Zur Beschleunigungssteuerung ist ein veränderlicher Anschlag 232 vorgesehen,, der zum Zusammenwirken mit dem Steuerelement 219 dient. Dieser Anschlag 232 ist entsprechend den Luftdruckbedingungen im Verdichter der Turbine positionierbar, und er gelangt in Anlage eine eine kleiförmige Kurvenführung 233, die von einem elastischen Balg 234 bewegbar ist9 der mit einem Luftdrucksignal vom Verdichter beaufschlagt wird, am die Kurvenführung 233 zu verlagern. Der Luftdruck, mit dem der Balg 234 beaufschlagt wird, ist dadurch erhältlich, daß ein Luftpotentiometer, das aus zwei Druchflußdrosselstellen 235, 236 besteht, zwischen Druckzapfstellen an der Luftansaugseite (P1) der Turbine und der Hochdruckseite des Verdichters (P2) gelegt wird.
r Balg 234 ist mit dem Potentiometer zwischen den beiden Durchflußdrosselstellen verbunden.
Während einer schnellen Beschleunigung schlagt das Steuerelement 219 am Anschlag 232 an und wird dadurch entsprechend den Druckbedingungen des Verdichters positioniert, um ein Abwürgen des Verdichters zu vermeiden.
Die Feder 24 in der Einheit 12 kann weggelassen werden, um im wesentlichen echte proportionale Fließcharakteristiken zu liefern, obgleich die Tatsache, daß der Druck am Auslaß 17 nicht über die gesamte linke Seite der Membrane 22-als Folge des Auslasses 23 geht, von Bedeutung werden kann. Die Aufnahme einer leichten Feder 24 kann deshalb von erheblioher Bedeutung sein, um die Fließcharakteristiken des Systems zu bestimmen, und diese Charakteristiken können durch die Wahl der Eigensohaften der Feder variiert werden.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche Brennstoffzufuhrsyst em, gekennzeichnet durch eine Brennstoffpumpe (10,110,210) mit unveränderlicher Verdrängung, die im Betrieb mit einer Drehzahl antreibbar ist, welche zur Drehzahl der Turbine proportional ist, ein Ventil (11, 111, 211) mit einer Kammer (15,115) mit einem Einlaß (16), der mit der Druckseite der Pumpe (10,110,210) in Verbindung steht, und mit einem ersten (17,217) und einem zweiten Auslaß (18,118,218) sowie mit einem Steuerélement (19,119,219), das positionierbar zwischen den Auslässen (17, 217, 18, 118, 218) angeordnet ist, derart, daß die effektive Durchflußfläche der beiden Auslässe (17, 217, 18,118,218) gleichzeitig variiert wird, eine Druckregeleinheit (12,112, 212), die auf die Drücke an den beiden Auslässen (17,217,18,118,218) anspricht und zum Laufenlassen ausreichenden Brennstoffs aus dem ersten Auslaß (17,217-) eingerichtet-ist, derart, daß das Verhältnis der Drücke im wesentlichen konstant gehalten wird, und Mittel (13,113) zum Positionieren des Steuerelements (19,119,219) des Ventils (11, 111, 211) entsprechend dem Brennstoffbedarf der Turbine.
2. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichenent, daß die Mittel (13,113) zum Positionieren des Steuerelements (19,119) ein elektrisches Stellglied sind.
3. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Auslaß (18) mit den Brennern der Turbine verbundn ist.
4. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (19,119,219) durch einen Arm gebildet ist, der schwenkbar in der Kammer (15,115) gelagert ist.
5. Brennstoffzufuhrsystem nach einem derAnsprüche' 1 bis 49 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Steuenelements (19,119,219) zu einer Vergrößerung der Durchflußquerschnittsfläche eines der Auslässe (17,217,18,118,218) und zu einer Verkleinerung der Duroh'flußquer schnittsfläche des anderen der Auslässe führt.
6. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinheit (12) durch eine Membraneinheit gebildet ist, die auf gegenüberliegenden Seiten durch die Drücke an den jeweiligen Auslässen (17,18) beaufschlagt wird und eine Öffnung (23) aufweist, die mit der Niederdruckseite der Pumpe (10) in Verbindung steht, wobei die Membraneinheit den Durchfluß von dem ersten Auslaß (17) zur genannten Öffnung (23) bestimmt.
7. Brennstoffzufuhrsytem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Nittel (24) zum Vorspannen der Membraneinheit (22) in eine Richtung zum Schließen der geanannten Öffnung (23).
8. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichenet, daß das Verhältnis der Drücke im wesentlichen auf eine gehalten wird.
9. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (20,21) zur Begrenzung der Bewegung des Steuerelements (19) in Erwiderung auf die Mittel (13) zum Positionieren des Steuerelements (19).
10. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung begrenzenden Mittel durch eine Einrichtung gebildet sind, die auf eine Erhöhung im Druckabfall am zweiten auslaß zur Begrenzung der Bewegung des Steuerelemente in eine Richtung zur Erhöhung des Durohflusses durch den zweiten Auslaß anspricht.
11. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, ddaß die Binrichtung durch eine Membrane gebildet ist, die auf ihren Seiten durch die Drücke vor und hinter dem zweiten Auslaß beaufschlagt wird, wobei ein Widerlager durch die Membrane bewegbar und zum Qngreifen an dem Steuerelement vorgesehen ist.
12. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewegung begrenzenden Mittel durch einen Anschlag gebildet sind, an dem das Steuerelement angreift und das in Erwiderung auf eine Differenz imn den Drücken an den beiden Seiten eines Verdichters der Turbine bewegbar ist.
13. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 12, dadurch gekenzzeichent, daß der Anschlag zum Begrenzen des Durchflusses durch den zweiten Aus laß (218) betätigbar ist.
14. Brennstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 9, 12 oder 13, ge kennzeichnet durch eine auf eine Erhöhung im Druckabfall am weiten Auslaß (218) ansprechende Einrichtung zur Begrenzung der Bewegung des Steuerelements (219) in eine Richtung zur Erhöhung des Durchflusses durch den zweiten Auslaß (218)o
15. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Membrane aufweist, die auf ihren beiden Seiten jeweils mit den Drücken vor und hinter dem zweiten Auslaß (218) belauf schlagt wird, wobei ein Widerlager durch die Membrane (225) bewegbar ist und zum Angreifen an dem Steuerelement (219) vorgegehen ist.
16. Brennstoffzufuhrsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichent, daß die Mittel zum Positionieren des Steuerelemente (219) erste Vor spannmittel (229) zum Drücken des Steuerelements (219) in Richtung auf das Widerlager (228) und zweite Vorspannmittel (227) aufweisend die die Membrane (225) in eine Richtung zur Ermöglichung eines erhöhten Durchflusses durch den zweiten Auslaß (218) drücken, sowie ferner Mit tel (231) zur Änderung der durch die zweiten Vorspannmittel (227) aus geübten Kraft.