DE2242901A1

DE2242901A1 - Einrichtung zur drehzahl- und beschleunigungsregelung fuer eine gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2242901A1
Application number: DE2242901A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Jurisch
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1972-08-31
Publication date: 1974-03-21
Also published as: FR2198057B3; FR2198057A1; US3953968A; DE2242901B2; DE2242901C3; GB1446877A

Description

Einrichtung zur Drehzahl- und Beschleunigungsregelung für eine Gasturbinenanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahl- und Beschleunigungsregelung für eine Gasturbinenanlage, die einen Verbrennungsluft verdicht er und eine Gasturbine auf einer gemeinsamen Welle und eine Brennkammer aufweist, wobei diese Regelungseinrichtung einen Drehzahlregler aufweist, der die Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl dieser Welle ändert. Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregelung, verbunden mit einer Beschleunigungs- und Verzögerungsbegrenzung, für die der Verdicht er enddruck als Führungsgröße zur Steuerung der Brennstoff- bzw. Einspritzmenge verwendet werden kann, und einer einfachen, automatischen Trimmvorrichtung, die bei allen vorkommenden Betriebszuständen, auch bei Wirkungsgradabweichungen in großen Flughöhen sowie bei Verwendung unterschiedlicher Brennstoffarten, optimale Drehzahländerungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Die Einrichtung ist auch geeignet, bei Fahrzeugoder stationären. Gasturbinen mit Wärmetauscher beim Übergang

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von Betrieb mit kaltem zum heißen Wärmetauscher sichere Funktionsbedingungen zu erhalten.

Ib der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses als hydraulisches System dargestellte Prinzip ist auch mit elektrisch-elektronischen Bauteilen zu verwirklichen.

Von einer Tankanlage kommender Kraft- oder Brennstoff wird von einer Einspritzpumpe 1 über ein Differenzdruckventil 2 zu einer BrennstoffSteuerbüchse 3 gefördert. An einer Steueröffnung 4, die durch eine Kante eines axial verschiebbaren Steuerschiebers 5 begrenzt ist, wird ein konstanter Differenzdruck gehalten, und dadurch ist die freie Steuerflächengröße ein Maß für die zu einer Einspritzdüsenleitung 23 gelangende Brennstoffmenge. Der nicht zur Einspritzung benötigte Pumpenfördermengenanteil wird vom Differenzdruckventil 2 über eine Leitung 24 zum Pumpeneinlauf zurückgeleitet. Für die Brennstoffzumessung während einer Beschleunigung wird die Steuerbüchse 3 ia linearer Abhängigkeit vom Enddruck dee Verdichters axial verschoben. Die Form der Zumeßflache(Steueröffnung 4) ist für Beschleunigungen und Verzögerungen unterhalb der Verdichterpumpgrenze bzw. oberhalb der Brennkammerlöschgrenze für Betrieb in Bodennähe ausgelegt.

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Trägt man für ein Flugtriebwerk in einem Magramm auf der Ordinate nach oben die Brennstoff (einspritz)mengen B "von O bis 28oo kg/h und auf der Abszisse nach rechts die reduzierte Verbrennungsluftverdichter-Druckdifferenz o,5 Pm -P- von

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ο bis 15 kg/cm auf, so fallen die Brennstoffmengen aller Flugbetriebspunkte für ο bis 22 km Flughöhe bei unterschiedlichen Drehzahlen der genannten Welle und Fluggeschwindigkeiten günstig zwischen eine obere Begrenzung und eine untere Begrenzung. Die obere Begrenzung ist eine Kurve der höchstzulässigen, die untere eine Kurve der kleinstzulässigen Brennstoffmengen. Jede dieser beiden Kurven verläuft etwa vom Gebiet des Koordinatenschnittpunktes nach rechts oben, zuerst schwach und dann schwächer nach unten dufchgebogen. Im Zuge dieses Verlaufs divergieren

die beiden Kurven. Beispielsweise ist der Punkt "9>2. kg/cm // 2500 kg/h" ein Punkt der oberen Kurve. Zwischen den beiden Kurven verläuft in derselben Art, wie für jede dieser beiden beschrieben, eine Kurve für den stationären Zustand (stat. %).

Bei jedem drehzahlgeregelten Betriebspunkt ohne Ungleichförmigkeit befindet sich ein am Steuerschieber 5 fester Bund 25 innen in der gleichen axialen Stellung zwischen festen, nicht dargestellten Anschlägen (an den Stellen der dargestellten Anschläge 6 und 7) in axialen Abständen von beiden. Tritt bei Änderung der Betriebsbedingungen, z.B. der Fluglage und/oder der Lufttemperatur und/oder der Brennstoffart und/oder der Brennstoff-

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temperatur, eine axiale Abweichung von dieser Mittellage in Folge Änderung der Drehzahl der Welle und somit der Lage der Fliehgewichte δ ein, so wird über einem Stellhebel 15 auch ein weiterer Schieber 16 aus seiner axialen Mittellage, die seine Schließstellung ist, gebracht, wodurch mittels eines Stellglieds (Servokolbens) 17 über eine Drehachse 14 eines Verbindungehebels 13 die Steuerbüchse 3 verstellt wird. Mit der neuen Lage der Steuerbüchse 3 bewegt sich auch der Steuerschieber 5 mit dem Bund 25 in Richtung zu seiner Mittellage hin, bis der Schieber 16 seine Schließstellung wieder eingenommen hat und der Trimmvorgang beendet ist.

Diese Trimmvorrichtung bewirkt also:

1. Eine genaue Regelung der an einem Wahlnocken 1o eingestellten Solldrehzahl ohne Ungleichförmigkeit und

2. eine entsprechend den Betriebsbedingungen unterschiedliche Zuordnung der BrennstoffSteuerbüchse 3 zu der Lage eines vom Verdichterenddruck betätigten Servokolbens 12.

Vor Einleitung einer Beschleunigung oder Verzögerung befindet eich der Bund 25 in der Regellage zwischen den Anschlägen (6 und ή). Eine Betätigung des Wahlnockens 1o bewirkt eine Verstellung des Steuerschiebers 5 bis zum Anschlagen des Bundes

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am Anschlag^ bzw. 7)und verursacht damit einen Einspritzmengensprung, der eine Drehzahländerung auslöst. Die weitere Drehzahländerung entlang der Begrenzung erfolgt nun durch den Lauf der Steuerbüchse 3 in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck. Während dieses Überganges bis zum Erreichen der neuen Wahldrehzahl bleibt der Steuerschieber 5 an seinem Anschlag (6 bzw. 7)» und in dieser Lage ißt die Trimmvorrichtung durch den Schieber 16 blockiert, um FehlSteuerungen während der Drehzahländerung zu unterbinden. Beim Einschwingen auf die Solldrehzahl wird der Steuerschieber 5 durch die Wirkung der Fliehgewichte 8 aus seiner Anschlaglage gelöst, und der mitlaufende Schieber 16 macht die Trimmvorrichtung wieder wirksam. Um eine Störung der Drehzahlstabilität zu vermeiden, ist die Verstellgeschwindigkeit des Stellgliedes 17 durch Drosseln 18 und 18' in den Steuerleitungen 27 und 28 begrenzt.

Die Vorrichtung 19 ist ein Druckwandler. Er kann bei Regelung von Triebwerken mit sehr hohen Verdichterenddrücken eingesetzt werden und erzeugt je nach Auslegung und Einstellung einen proportionalen, niederen Arbeitsdruck zur Beaufschlagung von Regler-Druckmeßdosen 11. (Druckdosen für hohe Drücke sind im Durchmesser klein oder bestehen aus sehr dicken Blechen und haben nur einen verhältnismäßig kleinen Weg mit linearer Charakteristik).

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Dieser Druckwandler bietet neben der proportionalen Druckverminderung noch die Möglichkeit, den Luftdruck des Verdichters auch in einen gleich großen Flüssigkeitsdruck umzuwandeln. Durch diese Maßnahme entfallen in jedem Anwendungsfall Abdichtungsprobleme zwischen dem Virkdruck in einem Dosenraum 11 und der hydraulischen Flüssigkeit eines Kraftverstärkere 12.

Die Vorrichtung 19 enthält zwei Membranen 2o und 21 unterschiedlicher Größe, entsprechend der zu bildenden Druckverminderung mit luftleerem Zwischenraum 3o. Die Mitten der beiden Membranen 2o und 21 sind durch eine Stange 29 miteinander verbunden, die auf der Seite der größeren Membran 21 im Zusammenwirken mit einer Öffnung 22 einen Flüssigkeitsdruck steuert, der die Membran 21 beaufschlagt und mit der Druckkraft von der Membran 2o ein Gleichgewicht hält.

Die Anschläge 6 und 7 sind axial verstellbar, denn Hebel 32 und 33 sind um Achsen drehbar in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung der Steuerbüchse 3 - siehe die Hebel 32 und 33 an einem Steuerbüchsenfesten Keil 31·

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Drehzahl- und Beschleunigungsregelung für eine Gasturbinenanlage, die einen Verbrennungsluftverdichter und eine Gasturbine auf einer gemeinsamen Welle und eine Brennkammer aufweist, wobei diese Regelungseinrichtung einen Drehzahlregler aufweist, der die Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl dieser.Welle ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung eine Trimmvorrichtung (15, 16, 1?) zur genauen Regelung einer eingestellten Solldrehzahl der genannten Welle bei Änderung von Betriebsbedingungen aufweist und diese Trimmvorrichtung eine entsprechend den Betriebsbedingungen unterschiedliche Zuordnung der Stellung einer Brennstoffsteuerbüchse (3) zur Stellung eines Servokolbens (12) oder dgl. bewirkt, über den diese Büchse (3) von einer Führungsgröße bei Änderung der Einstellung der Solldrehzahl, also bei Beschleunigung oder Verzögerung, betätigt wird.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße der Enddruck des Verbrennungsluft Verdichters ist.

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