DE2252936C2

DE2252936C2 - Steuereinrichtung für eine Hubschraubergasturbine

Info

Publication number: DE2252936C2
Application number: DE2252936A
Authority: DE
Inventors: Robert G. South Bend Ind. Moore jun.
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB1363338A; CA945766A; DE2252936A1; FR2157911A1; FR2157911B1; JPS5216522B2; JPS4851111A; US3777478A

Description

um ein Stellglied in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, das die Betätigung der Brennstoffzuteileinrichtung steuert, und eine dritte krafterzeugende Vorrichtung, die auf eine in dieser vorhandene Druckmitteldruckdifferenz anspricht, um die von der ersten krafterzeugenden Vorrichtung erzeugte Kraft zu verstärken, und bei der eine Druckmittelquelle über Leitungen direkt sowie über den zweiten Regler mit der auf die Druckdifferenz ansprechenden Vorrichtung verbunden ist, wobei der zweite Regler ein erstes Ventil mi zum Erzeugen und Steuern der Druckmitteldruckdifferenz aufweist, weist die zusätzliche Steuervorrichtung ein bei Triebwerksnormalbetrieb geschlossenes zweites Ventil auf, das mit den Leitungen verbunden ist und das in Ansprache auf den Leistungssteuerhebel in dessen ι ■ Leerlaufleistungsstellung in eine Öffnungsstellung betätigbar ist, um die Druckdifferenz auf null zu reduzieren.

Bei einer derart ausgebildeten Steuereinrichtung, bei der die Leitungen eine erste und zweite Leitung mit darin angeordneten ersten und zweiten Drosselstellen :n aufweisen und bei der eine dritte Leitung die zweite Leitung stromabwärts von der zweiten Drosselstelle mit dem ersten Ventil verbindet, kann das bei Tnebwerksnormalbetrieb geschlossene zweite Ventil in einer weiteren Leitung angeordnet sein, die die zweite r> Leitung stromabwärts von der darin angeordneten zweiten Drosselstelle mit der ersten Leitung stromabwärts von der ersten Drosselstelle verbindet.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung in erläutert, die schematisch ein Gasturbinentriebwerk für einen Hubschrauber mit zugehöriger Steuereinrichtung zeigt

Eir übliches Gasturbinentriebwerk 20 mit freier Turbine besitzt einen Gaserzeugerteil 22 mit einem r> Luftverdichter 24, mit Brennkammern 26 und mit einer Gaserzeugerturbine 28, die zum Antrieb des Verdichters 24 dient. Ein leistungserzeugendes Teil 30 besitzt eine freie oder Arbeiisturbine 32. die unabhängig von der Turbine 28 in Abhängigkeit von durch diese Turbine -w geleiteten heißen Treibgasen rotiert. Die Arbeitsturbine 32 ist in geeigneter Weise mit einer eine äußere Last darstellenden Vorrichtung verbunden. Bei eier folgenden Beschreibung soll es sich hierbei um die Blätter eines Hubschrauberrotors handeln. v,

Die Steuereinrichtung tür das Triebwerk 20 ist bis auf die Anpassung an die vorliegende Erfindung von üblicher Bauart. Sie weist eine vom Brennstoffdruck abhängige Brennstoffzuteiieinrichtung 34 auf. die den Brennstoffstrom durch rine Brennstoffversorgungslei· ίο lung 36 dosieren kann, weiche zum Einführen von Brennstoff in die Brennkammern 26 dient. Eine Druckluftversorgungsleitung 38 leitet für .Steuerzwecke Verdichteraustrittsluft mit dem Druck P, zur Brennstoffzuteileinrichung J4. Dieser Luftdruck P₁ wird v, innerhalb der Brennstoffzuteilcinrichtung 34 durch Luftleitungen 40 und 42 geändert, die zu einem ersten Regler 44 führen, der die Drehzahl der Gaserzeugerturbine 28 über eine geeignete, nich' dargestellte Antriebsvorrichtung mißt. ho

Ein zweiter Regler 48 mißt die Drehzahl der Arbeitsturbine 32 und weist eine Luftleitung 50 auf, die den zweiten Regler 48 mit dem ersten Regler 44 verbindet, um das Ansprechverhalten des ersten Reglers 44 verändern zu können.

Ein aus einem Lufldruckregler 52 und einem Speicher 54 bestehendes Versorgungssystem wird mit Verdichterdruckluft mit dem Druck P_c über eine von der Versorgungsleitung 38 kommende Zweigleitung 56 gespeist. Der Druckluftregler 52 regelt die hierzu gelieferte Verdichterdruckluft zur Aufrechterhaltung einer geregelten Luftquelle mit dem Druck Pr, die über eine erste Leitung 58 zum ersten Regler 44 und über eine Leitung 60 zum zweiten Regler 48 abströmt.

Von Hand zu betätigende Leistungssteuerhebel 62 und 64 sind mit dem ersten Regler 44 bzw. mit dem zweiten Regler 48 verbunden und stellen für diese Bezugseingangsgrößen zur Verfugung.

Der erste Regler 44 weist Fliehgewichte 66 auf, die eine Kraft auf zusammenwirkende und schwenkbar gelagerte Hebel 68 und 70 übertragen, die ihrerseits mit den Luftleitungen 40 bzw. 42 zusammenwirken, um deren wirksame Strömungsquerschnitte zu verändern und somit die Luftdrücke innerhalb der Brennstoffzuteileinrichtung 34 zu steuern. Der Hebel 68 wird mit einer Bezugskraft belastet, die von einer Zugfeder 72 herrührt. Diese Zugfeder ist zwischen dem Hebel 68 und einem vom Steuerhebel 62 betätigten Hebel 74 angeordnet.

Eine eine Kraft erzeugende Kegierna .hsteiivorrichtung 76 weist eine Stange 78 auf, deren eines Ende gegen den Hebel 68 drückt und deren gegenüberliegendes Ende unbeweglich an einer Membran 80 befestigt ist. Die Membran 80 ist auf einer Seite dem geregelten Druck Pr ausgesetzt, der hierzu über die eine erste Drosselstelle 82 aufweisende erste Leitung 58 geliefert wird. Eine zweite Leitung 84 mit einer zweiten Drosselstelle 86 verbindet die unter dem Druck Pr stehende Leitung 48 mit der gegenüberliegenden Seite der Membran 80. Die Luftleitung 50 entlüftet die zweite Leitung 84 stromabwärts der zweiten Drosselstelle 86 zum zweiten Regler 48 hin. Der zweite Regler 48 weist einen Ausgangshebel 88 auf. der den wirksamen Strömungsquerschnitt der Leitung 50 und somit den auf die Membran 80 übertragenen Luftdruck Pi steuern kann. Der Hebel 88 wird eingestellt durch entgegengesetzte Kräfte, die durch Bezugsein- und -aasganjsgrößen und durch die Drehzahl der Arbeitsturbine 32 erzeugt werden. Hierdurch wird die Druckdifferenz Pr minus Pt durch die Membran 80 gesteuert, deren resultierende Ausgangskraft auf den Hebel 68 entgegengesetzt zur Bezugseingangskraft der Feder 72 wirkt.

Die von der Membran 80 erzeugte Kraft dient zum Vergrößern oder Verkleinern der wirksamen Bezugseingangskraft der Feder 72 in Abhängigkeit von der Relativänderung des Drucks Pt bei einer bestimmten Stellung des Steuerhebels 62. Erfindungsgemäß kann die Druckdifferenz Pr minus Pf über der Membran 80 auf Null vermindert werden, um die von der Membran abgeleitete Nachsteükraft auszuschalten. Zu diesem Zweck besitzt die Steuereinrichtung eine zusätzliche S'euc vorrichtung mit einer weiteren Leitung 90, die die erste Leitung 58 stromabwärts von df ersten Drosselstelle 82 m'.\ der zweiten Leitung M stromabwärts von der zweiten Drosselstelle 86 verbindet. Die weitere Leitung 90 ist normalerweise durch ein zweites Ventil 92 verschlossen. Dieses zweite Ventil 92 hat einen Schaft 94. der verschiebbar in einer Öffnung % im Gehäuse 98 geführt ist und sich von diesem nach außen erstreckt Eine gegen das zweite Ventil 92 drückende Druckfeder 100 sowie der gegen das zweite Ventil 92 wirkende Druck Pr pressen das Ventil 92 in eine Sitzstellung gegen ein Ende der weiteren Leitung 90. Der Schaft 94 hat einen Ringraum 102, der eine ununterbrochene Druckmittelverbindung zwischen der Drosselstelle 86 und der einen Seile der Membran

zuläßt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die dem Luftdruck Pg im Ringraum 102 ausgesetzten wirksamen Ringflächen des Ventils 92 und des Schafts 94 gleich groß sind, wodurch ein Kräftegleichgewicht erzeugt wird.

Ein Ende eines Hebels iO4 ist schwenkbar am Gehäuse 98 gelagert, während das gegenüberliegende Ende den Schaft 94 berühren kann. Der Leistungssteuerhebel 62 ist über ein geeignetes Betätigungsgestänge 106 mil dem Hebel 104 verbunden. In der Leerlauf-Leistungsslellung des Hebels 62 berührt das Gestänge 106 den Schaft 94 und drückt das zweite Ventil 92 gegen die Feder 100 in Öffnungssteilung, wodurch Luft unter dem Druck i°R durch die weitere Leitung 90 zur zweiten Leitung 84 abgelassen wird. Der resultierende Ausgleich der Drücke Pr minus Pe erzeugt eine Druckdifferenz von Null über der Membran 80 und schaltet die oben beschriebene, hiervon abgeleitete Nachstellkraft aus. Auf diese Weise wird die Drehzahlsteuerung der GüserZcügcfiiifbific 28 VDiTi £Γ3ίΕΠ RcgicF 44 s'S Funktion der feststehenden Eingangsbezugskraft, die durch den Leistungssteuerhebel 62 erzeugt wird, und als Funktion der tatsächlichen, von der Drehzahl der Turbine 28 abhängigen Kraft, die durch die Gewichte 66 erzeugt wird, abgeleitet. Daraus ergibt sich eine genaue und stabile Steuerung der Drehzahl der Gaserzeugerturbine.

Das oben beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel wurde in Verbindung mit einer pneumatischen Brennstoffsteuerung gezeigt ufld beschrieben, bei der Druckluft aus dem Verdichter des Triebwerks verändert und/oder unverändert verwendet wird, um eine gewünschte Steuerung des Brennstoffstroms zum Triebwerk vorzusehen. Es können jedoch auch andere übliche Brennstoffsteuerungeri Verwendung finden, etwa hydrorriechanische oder elektronische Ausfühfungsformen. Für diese Fälle kann die oben beschriebene Anordnung zum Unwirksammachen des zweiten Reglers svährend der probeweisen Eigenrotation in geeigneter Weise geändert werden. Beispielsweise kann der zweite Regler einer hydromechanischen Brennstoff-Steuerung abgetrennt werden, indem ein mechanisch oder elektrisch betätigtes Abschaltventil vorgesehen v.'ird ila^c in "pp\anpi_cr Wpisr in rinn Druckmiiielkreis der Brennstoffsteuerung eingebaut werden kann. Bei einer elektronischen Brennstoffsteuerung kann der zweite Regler durch Schalter abgetrennt werden, die in geeigneter Weise zum Sperren der davon ausgehenden elektrischen Ausgangssignale eingebaut werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für eine Hubschraubergasturbine, die voneinander unabhängig rotierende Gaserzeuger- und Arbeitsturbinen aufweist, mit einer Brennstoffzuteüeinrichtung zum Regulieren des Brennstoffstroms zur Turbine, einem handbetätigten Leistungssteuerhebel, einem ersten Regler, der auf die Stellung des Steuerhebels und auf die Drehzahl der Gaserzeugerturbine anspricht und der mit der Brennstoffzuteüeinrichtung zu deren Betätigung verbunden ist, einem zweiten Regler, der auf ein Eingangsbezugssigna! und auf die Drehzahl der Arbeitsturbine anspricht und der mit dem ersten Regler verbunden ist, um dessen Ansprechverhalten bei einer vorgegebenen Stellung des Steuerhebels zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Steuervorrichtung (90—102) vorgesehen ist, die auf eine vorgegebene, verhältnismäßig niedrige, ri'm Hubschrauber-Eigenrotationsbetrieb entsprechende LeistungsstcIIung des Leistungssteuerhebels (62) anspricht und die mit dem zweiten Regler (48) verbunden ist, um diesen zur Veränderung des Ansprechverhaltens des ersten Reglers (44) unwirksam zu machen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Regler entgegengesetzt wirkende, erste und zweite krafterzeugende Vorrichtungen aufv/eist, die auf die Gaserzeugerturbinendrehzahl und die Stellung des Leistungssteuerhebels ansprechen, um ein Stellglied in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, dao die Betätigung der Brennstoffzuteileinrichtung steuert, und eine .'.itte k,afterzeugende Vorrichtung, die auf eine in dieser vorhandene Druckmitteldruckdifferenz ansp icht, um die von der ersten krafterzeugenden Vorrichtung erzeugte Kraft zu verstärken, und bei der eine Druckmittelquelle über Leitungen direkt sowie über den zweiten Regler mit der auf die Druckdifferenz ansprechenden Vorrichtung verbunden ist, wobei der zweite Regler ein erstes Ventil zum Erzeugen und Steuern der Druckmitteldruckdifferenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuervorrich tung (90—102) ein bei Triebwerksnormalbetrieb geschlossenes zweites Ventil (92) aufweist, das mit den Leitungen (58, 84, 50) verbunden ist und das in Ansprache auf den Leistungssteuerhebel (62) in dessen Leerlauf-Leistungsstellung in eine Öffnungs Stellung betätigbar ist. um die Druckdifferenz auf null zu reduzieren.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, bei der die Leitungen eine erste und zweite Leitung mit darin angeordneten ersten und zweiten Drosselstellen aufweisen und bei der eine dritte Leitung die zweite Leitung stromabwärts von der zweiten Drosselstelle mit dem ersten Ventil verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Triebwerksnormalbetrieb geschlossene zweite Ventil (92) in einer weiteren Leitung (90) angeordnet ist, die die zweite Leitung (84) stromabwärts von der darin angeordneten zweiten Drosselstelle (86) mit der ersten Leitung (58) stromabwärts von der ersten Drosselstelle (82) verbindet.

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Hubschraubergasturbine, die Voneinander unabhängig rotierende Gaserzeuger- und Arbeitsturbinen aufweist, mit einer Brennstoffzuteileinrichtung zum Regulieren des Brennstoffstroms zur Turbine, einem handbetätigten Leistungssteuerhebel, einem ersten Regler, der auf die Stellung des Steuerhebels und auf die Drehzahl der Gaserzeugerturbine anspricht und der mit der Brennstoffzuteileinrichtung zu deren Betätigung verbunden ist, einem zweiten Regler, der auf ein Eingangsbezugssignal und auf die Drehzahl der Arbeitsturbine a >spricht und der mit dem ersten Regler verbunden ist, um dessen Ansprechverhalten bei einer vorgegebenen Stellung des Steuerhebels zu verändern.

Hubschrauberpiloten imitieren gelegentlich ein Triebwerksversagen durch Handbetätigung des Leistungssteuerhebels in eine Leerlaufstellung des Triebwerks und durch Aufrechterhalten eines gesteuerten Sinkflugs unter Eigenrotation der Rotorblätter. Es hat sich dabei bei Steuereinrichtungen der eingangs beschriebenen Art, die beispielsweise aus der US-PS 35 87 229 bekannt sind, herausgestellt, daß die resultierende Lastverminderung der die Rotorblätter antreibenden Arbeitsturbine und der durch den zweiten oder Arbeitsturbinenregler auf den ersten oder Gaserzeugerturbinenregler ausgeübte Nachstelleffekt einen unerv/ünschten Übergangsdrehzahlunterschuß der Gaser-Z'iugerturbine sowie eine Instabilität der Drehzahlsteuerung durch der, Gaserzeugerturbinenregler während des Betriebs mit niedriger Leistung bei Eigenrotation bewirken. Offensichtlich beunruhigt ein derartiger Mangel an Steuerung der Gaserzeugerturbinendrehzahl den Piloten und kann einen tatsächlichen Triebwerksausfall für den Fall bewirken, daß die Triebwerksdrehzahl unter diejenige Drehzahl absinkt, die für den selbstunterhaltenden Betrieb erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der die Funktionsstabilität der Gasturbine während eines Hubschrauber-Eigenrotationsbetriebs verbessert werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsg^mäß bei einer eingangs beschriebenen Steuereinrichtung dadurch gelöst, daß eine zusätzliche Steuervorrichtung vorgesehen ist, die auf eine vorgegebene, verhältnismäßig niedrige, dem Hubschrauber-Eigenrotationsbetrieb entsprechende Leistungsstellung des Leistungssteuerhebels anspricht und die mit dem zweiten Regler verbunden ist, um diesen zur Veränderung des Ansprechverhaltens des ersten Reglers unwirksam zu machen.

Aus den vorstehend gekennzeichneten Merkmalen der Erfindung ergibt sich, daß der zweite oder Arbcitsturbinenregler während des probeweisen Hub-Schrauber-Eigenrotationsbetriebs unwirksam gemacht wird, wodurch dann die Drehzahlsteuerung der Gaserzeugerturbine nur vom ersten oder Gaserzeugerlurbinenregler abgeleitet wird. Daraus ergibt sich eine genaue und stabile Steuerung der Gaserzeugerturbinendrehzahl. Es ist somit möglich, das Triebwerk eines Hubschraubers hei Triebwerksnormalbetrieb mit dem besten Wirkungsgrad zu steuern, während gleichzeitig bei probeweisem Hubschrauber- Eigenrotationsbetneb eine stabile und genaue Steuerung des Triebwerks erzielt wird.

Bei einer speziellen Äusfiihrungsform der Steuereinrichtung, bei der der erste Regler entgegengesetzt wirkende, erste und zweite kfafterzeugende Vorrichtung gen aufweist, die auf die Gaserzeugerturbinendrehzahl Und die Stellung des Leistungssteuerhebels ansprechen,