DE2258294A1

DE2258294A1 - SPEED CONTROL AND SIGNAL DIVIDER FOR GAS TURBINE WITH DIRECT REVERSE

Info

Publication number: DE2258294A1
Application number: DE19722258294
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Jones; William Irwin Rowen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-09-06
Also published as: JPS48100512A; US3749048A; GB1355730A; JPS5531302B2

Description

Dr. rer. not. Horst Schüler ^ό rrankfüft/Main i_f. 27. Nov. 1972 Dr. rer. not. Horst Schüler ^ό rrankfüft / Main i _f . Nov. 27, 1972

PATENTANWALT 2258294 Telefon (O₆H) 237220 "¹^⁰ PATENT ADVERTISEMENT 2258294 Telephone (O ₆ H) 237220 " ¹ ^ ⁰

Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.Postal check account: 282420 Frankfurt / M. Bank account: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt / M.

2200-51-GA-21722200-51-GA-2172

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.

Drehzahlregelung und Signalteiler für Gasturbine mit DirektumkehrSpeed control and signal divider for gas turbine with direct reversal

Die Erfindung betrifft allgemein eine Drehzahlregelung für eine Gasturbine mit Direktumkehr und insbesondere eine Regelung für eine Antriebsturbine für Seefahrzeuge zum Antrieb einer Schiffsschraube mit fester Steigung, welche eingerichtet ist zur Umkehr der Drehrichtung der Schiffsschraube durch Drehzahlsteuerung mit Hilfe getrennt einstellbarer Düsenschaufeln,,The invention relates generally to a speed control for a Gas turbine with direct reversal and in particular a control for a propulsion turbine for marine vehicles for propelling a propeller with a fixed pitch, which is set up to reverse the direction of rotation of the propeller by speed control with the help of separately adjustable nozzle blades,

Es sind Steuer- oder Regelsysteme für eine Gasturbine für Schiffs, fahrzeuge bekannt, bei denen, die Drehrichtungsumkehr erreicht wird mit Hilfe einer Schiffsschraube mit umkehrbarer Steigung und bei denen Einrichtungen zur Einstellung der Schraubensteigung in dem Regelsystem enthalten sind. Eine solche Anordnung There are control or regulation systems for a gas turbine for ships, vehicles known in which the direction of rotation is reversed with the help of a propeller with a reversible pitch and in which means for adjusting the screw pitch are included in the control system. Such an arrangement

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wird beispielsweise beschrieben in dem US-Patent 2 639 076 und im US-Patent 2 912 824.is described, for example, in U.S. Patent 2,639,076 and U.S. Patent 2,912,824.

Zur Verminderung der Kompliziertheit einer Schiffsschraube mit umkehrbarer Steigung wurden Vorschläge gemacht für eine Gasturbine mit Direktumkehr, welche Laufschaufelabschnitte sowohl für Drehung in Vorwärtsrichtung als auch Drehung in Rückwärtsrichtung besitzt. Dabei wird die Gasströmung, welche zu diesen getrennten Laufschaufelabschnitten führt, gesteuert durch Sätze von getrennt einstellbaren Einlaßdüsen. Eine solche Anordnung ist dargestellt im US-Patent 3 286 983. Die Gasturbine mit Direktumkehr gestattet eine Steuerung oder Regelung der Strömung durch die Laufschaufelabschnitte für Vorwärtsdrehung, wenn die DüsenIeitschäufein für Rück' wärtsfahrt voll geschlossen sind. Umgekehrt gestattet sie eine Steuerung des Gasflusses durch die Schaufelabschnitte für Rückwärtsfahrt, wenn die Düsenklappen für Vorwärtsfahrt geschlossen sind. Es ist jedoch ersichtlich, daß hierdurch in starkem Maße der effektive Gesamtquerschnitt für die Einlaßdüse bei den geringen Drehzahlbereichen in starkem Maße vermindert wird, da dort die Steuerdüsen fast geschlossen sind. Es ist erwünscht, einen Rückwärtslauf der Turbine zu erhalten, ohne dabei den Gasstrom durch die Maschine zu begrenzen.To reduce the complexity of a propeller with reversible Pitch, proposals have been made for a direct reverse gas turbine which has blade sections for both rotation in the forward direction as well as rotation in the reverse direction. In doing so, the gas flow which leads to these separate rotor blade sections leads controlled by sets of separately adjustable inlet nozzles. Such an arrangement is shown in the U.S. patent 3,286,983. The direct reverse gas turbine allows control or regulation of the flow through the blade sections for forward rotation, when the nozzle guides are in for reverse are fully closed. Conversely, it allows control of the gas flow through the bucket sections for reverse travel, when the nozzle flaps are closed for forward travel. It can be seen, however, that this to a large extent effective total cross-section for the inlet nozzle is greatly reduced at the low speed ranges, since there the Steering nozzles are almost closed. It is desirable to have the turbine run backwards without causing the gas to flow through it limit the machine.

Bs wurden bereits Antriebssysteme für Schiffsfahrzeuge mit Dampfturbinen verwendet, welche umkehrende Turbinenlaufschaufelabschnitte verwendeten zur Umkehr der Drehrichtung der Schiffsschraube. Beispielsweise zeigt das US-Patent 3 3 92 696 die Anwendung von Dampfstößen (bursts) für Rückwärtsfahrt bei Vorliegen einer Differenz zwischen der abgegebenen Leistung der Antriebseinheit und dem gewählten Sollwert für die Leistung. Der Dampf für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt kann auch gleichzeitig in den unteren Drehzahlbereichen zugeführt werden gemäß dem Vorschlag des US-Patentes 3 422 831. Die bei der Steuerung oder Regelung von Dan pf turbinen verwendeten Methoden sind jedoch nicht in gleicher Weise anwendbar auf Gasturbinen wegen der höheren Temperaturen und der Tatsache, daß bei einer Gasturbine das fließfähige Arbeitsmittel nicht aufgespeichert werden kann, wie dies bei einem Dampfboiler geschieht.Drive systems for ships with steam turbines have already been used used which turbine blade reversing sections used to reverse the direction of rotation of the propeller. For example, U.S. Patent 3,392,696 shows the use of Bursts of steam for reversing when there is a difference between the power output of the drive unit and the selected target value for the power. The steam for driving forwards and backwards can also be used in the lower speed ranges at the same time are supplied according to the proposal of US Pat. No. 3,422,831. The turbines used in the control or regulation of Dan pf However, the methods used cannot be applied in the same way on gas turbines because of the higher temperatures and the fact that the flowable working medium in a gas turbine cannot be stored, as can be done with a steam boiler happens.

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Bei einer Gasturbine mit Direktumkehr kann es nicht nur erwünscht sein, die einstellbaren Düsenabschnitte für Vorwärtsrichtung und Rückwärtsfahrt getrennt zu steuern, um dadurch den Gesamtgasstrom durch die Turbine aufrechtzuerhalten. Es kann vielmehr weiterhin notwendig sein, den Gesamtstrom gemäß einem anderen Satz von Betriebsbedingungen der Gasturbine zu variieren. Beispielsweise zeigt das US-Patent 3 638 422 ein Regelsystem oder Steuersystem für eine Gasturbine mit zwei Wellen, bei dem die Gesamtströmung durch die einstellbare Düse eingestellt wird gemäß einer Anzahl von Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Verdichterdrehzahl und Abgastemperatur, um andere Forderungen für die Gasturbine zu erfüllen, beispielsweise eine Temperaturbegrenzung. Es wäre erwünscht, weiterhin die Vorteile eines Systems zu erhalten, welches Abänderungen des Gesamtgasstromes durch eine Düsensteuerung ermöglicht und gleichzeitig die Möglichkeit zu einer Steuerung für die Umkehr der Gasturbinendrehzahl zu schaffen.In a direct reverse gas turbine, it may not only be desirable to have the adjustable nozzle sections for both forward and backward directions To control reverse travel separately in order to maintain the total gas flow through the turbine. Rather, it can continue be necessary the total current according to a different set of operating conditions to vary the gas turbine. For example, U.S. Patent 3,638,422 shows a control system or control system for a gas turbine with two shafts, in which the total flow through the adjustable nozzle is adjusted according to a number of operating conditions, such as compressor speed and exhaust gas temperature, to other requirements for the gas turbine meet, for example a temperature limit. It would be desirable to continue to receive the benefits of a system which Changes to the total gas flow made possible by a nozzle control and at the same time the possibility of a control for reversing the gas turbine speed.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Regelsystem für eine Gasturbine mit Direktumkehr zu schaffen, welches ein Sollwertsignal für den Gesamtdurehfluß des , Antriebsmittels in Signale für die Düse für Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung aufspaltet.It is therefore an object of the present invention to provide an improved To create a control system for a gas turbine with direct reversal, which generates a setpoint signal for the total flow of the, Drive means into signals for the nozzle for forward rotation and reverse rotation.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Regelsystem für Turbinenumkehr zu schaffen, bei dem das Verhältnis der SoIlwertsignale für die Düse für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt so = eingestellt wird, daß die Drehzahl trotz.anderer Forderungen an den Durchfluß der Gesamtmenge des Antriebsmittels durch die Tür- ^: bine gemäß einer Drehzahleinstellung geregelt wird. ^: Another object of the invention is to provide a control system for turbine reversal in which the ratio of the target value signals for the nozzle for forward travel and reverse travel is set so that the speed despite other demands on the flow of the total amount of drive medium through the door - ^: bine is regulated according to a speed setting. ^:

Zusammengefaßt umfaßt die Erfindung ein Regelsystem, welches ein erstes Sollwertsignal für den Gesamtströmungsquerschnitt der Duse von einem getrennten Düsenregelsystem erhält und ein zweites Signal erhält, welches das Integral der Regelabweichung zwischen einer erwünschten durch die Einstellung des Antriebshebels dargestellten Drehzahl der Schiffsschraube und der tatsächlichen oder Ist-Drehzahl der Schiffsschraube darstellt. Das gesamte Sollwertsignal für die Düse wird einem Regelteil für die Vorwäfts-In summary, the invention comprises a control system which generates a first setpoint signal for the total flow cross-section of the nozzle from a separate nozzle control system and receives a second signal which is the integral of the control deviation between a desired speed of the propeller represented by the setting of the drive lever and the actual speed or represents the actual speed of the propeller. The entire The setpoint signal for the nozzle is sent to a control part for the forward

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düse zugeführt. Gemäß dem zweiten Drehzahlfehlersignal wird ein Bruchteil des Gesamtsollwertsignales für die Düse erhalten und subtraktiv dem Regelteil für die Vorwärtsdüse zugeführt. Gleichzeitig wird dieser Signalanteil auch einem Regelteil für eine Rückwärtsdüse zugeführt.nozzle fed. According to the second speed error signal, a Fraction of the total setpoint signal for the nozzle received and subtractively fed to the control part for the forward nozzle. Simultaneously this signal component is also fed to a control section for a reverse nozzle.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind ersichtlich aus der nachstehenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.Further objects and advantages of the invention will become apparent from the following description of advantageous embodiments in connection with the images.

Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht einer Gasturbine mit Direktumkehr für Schiffsfahrzeuge und des Steuer- und Regelsystems.1 is a simplified schematic view of a gas turbine with direct reversal for ships and des Control and regulation system.

Fig. 2 enthält eine Kurve der Kennlinie des Antriebshebels für die Turbine mit Direktumkehr beim Antrieb eines Schiffes mit einer Schiffsschraube festgelegter Steigung.Fig. 2 contains a curve of the characteristic of the drive lever for the turbine with direct reversal when driving a ship fixed pitch with a propeller.

Figur 1 zeigt eine Gasturbine 1 mit einem Verdichter 2, Brennkammern 3 und einem Turbinenabschnitt 4, welcher Abgas über den Abgaskanal 5 abgibt. Der Turbinenabschnitt 4 enthält zwei getrennte Wellen, wobei eine Welle mit dem Turbinenläufer 6 zum Antrieb des Verdichters 2 verbunden ist und die andere Welle mit einem Lastturbinenläufer 7 verbunden ist, welcher die Last antreibt, beispielsweise eine Schiffsschraube 8.Figure 1 shows a gas turbine 1 with a compressor 2, combustion chambers 3 and a turbine section 4, which emits exhaust gas via the exhaust gas duct 5. The turbine section 4 contains two separate ones Shafts, one shaft being connected to the turbine rotor 6 for driving the compressor 2 and the other shaft being connected to it a load turbine rotor 7 is connected, which drives the load, for example a propeller 8.

Der Brennstoff wird über die Brennstoffleitungen 9 durch eine Pumpe 10 mit variabler Pumpmenge in die Brennkammern 3 gepumpt, wobei die Pumpe durch die Verdichterwelle angetrieben wird. Die Zuflußgeschwindigkeit des Brennstoffes hängt sowohl von der Drehzahl der Welle als auch von der Hubraumeinstellung der Pumpe 10 ab. Ein Drehzahlmeßfühler Π auf der Verdichterwelle und ein ähnlicher Meßfühler 12 auf der Lastturbinenwelle geben die Möglichkeit zur Erzeugung von Drehzahlsignalen für die einzelnen Wellen,The fuel is on the fuel lines 9 by a Pump 10 is pumped into the combustion chambers 3 with a variable pump rate, the pump being driven by the compressor shaft. the The flow rate of the fuel depends on both the speed the shaft as well as the displacement setting of the pump 10. A speed sensor Π on the compressor shaft and a similar one Sensors 12 on the load turbine shaft give the possibility of generating speed signals for the individual shafts,

Der Lastturbinenläufer 7 trägt einen Satz von Laufschaufeln, die besonders zur Erzielung einer Umkehr der Drehung der Lastturbine eingerichtet sind. Die Laufschaufeln sind mit einem äußeren Lauf-The load turbine runner 7 carries a set of blades that are particularly set up to achieve a reversal of the rotation of the load turbine. The rotor blades are equipped with an outer rotor

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schaufelabschnitt 13 für Vorwärtsfahrt und einem inneren Laufschaufelabschnitt 14 für Rückwärtsfahrt ausgestattet. Eine umkreisförmige Reihe äußerer einstellbarer Düsenleitschaufein 15 dient zur Steuerung der Strömung des Arbeitsmittels durch die Laufschaufelabschnitte 13 für Vorwärtsfahrt. Eine umkreisförmige innere Reihe von einstellbaren Leitschaufeln 16 steuert die Strömung des Antriebsmittels für Rückwärtsfahrt durch die Laufschaufeln 14 für Rückwärtsfahrt. Die Anordnung ist nur schematisch dargestellt. Eine geeignete Konstruktion ist ersichtlich aus dem. US-Patent 3 286 982.blade section 13 for forward travel and an inner blade section 14 equipped for reversing. A circular one Row of outer adjustable nozzle guide vanes 15 is used to control the flow of the working medium through the Blade sections 13 for forward travel. A circular one inner row of adjustable guide vanes 16 controls the flow the drive means for backward travel through the blades 14 for reverse travel. The arrangement is only schematic shown. A suitable construction can be seen from the. U.S. Patent 3,286,982.

Die stationären Leitschaufeln 17 der Düse und die Turbinenlaufschaufeln 18 für die Verdichterturbine können in konventioneller Bauweise ausgeführt sein.The nozzle stationary vanes 17 and the turbine blades 18 for the compressor turbine can be designed in a conventional manner.

Wie bei vorbekannten Regelsystemen für Zweiwellengasturbinen wird die gesamte auf beide Turbinenläufer 6, 7 abgegebene Energie festgelegt durch Steuerung des Zuflusses von Brennstoff zu den Brennkammern 3. Dies wird durchgeführt mit Hilfe eines Brennstoffregelsystems, das allgemein mit 19 bezeichnet ist. Die gesamte in den ! Brennkammern freigesetzte Energie wird auf die beiden Turbinenwellen so aufgeteilt, wie dies durch die Düsenregelung 20 festgelegt ist. ι As with previously known control systems for twin-shaft gas turbines the total energy delivered to both turbine rotors 6, 7 is determined by controlling the flow of fuel to the combustion chambers 3. This is done with the help of a fuel control system, which is indicated generally at 19. The whole in the! Combustion energy released is applied to the two turbine shafts so divided as this is determined by the nozzle control 20. ι

Die Brennstoffregelung 19 und die Düsensteuerung 20 sind in sehr einfacher schematischer Form angedeutet, da zur Durchführung der vorliegenden Erfindung auch andere Arten der Regelung für Brenn- : stoff und Einlaßdüse geeignet sind. Zur Veranschaulichung ist ein typisches Beispiel für diese Regelungen 19, 20 entnehmbar aus den US-Patenten 3 638 422 und 3 639 076. 'The fuel control 19 and the nozzle control 20 are in very good condition indicated in a simple schematic form, since other types of control for combustion are also used to implement the present invention: fabric and inlet nozzle are suitable. For illustration, a typical example of these regulations 19, 20 can be found in FIG U.S. Patents 3,638,422 and 3,639,076. '

Ein Mittelwert der Abgastemperatur wird durch die Einrichtung 21 erhalten und einer Temperaturregeleinheit 22 in der Brennstoffregelung und ebenso der Einlaßdüsenregelung 20 zugeführt. Ein Regler 23 für Drehzahl und Belastung und ein Beschleuniger 24 erhalten von dem Meßfühler 12 Signale für die Drehzahl der Lastturbine. Eine Regeleinheit 25 für das Anfahren erzeugt ein Pro- An average value of the exhaust gas temperature is obtained by the device 21 and fed to a temperature control unit 22 in the fuel control and also to the inlet nozzle control 20. A Controller 23 for speed and load and an accelerator 24 received from the sensor 12 signals for the speed of the load turbine. A control unit 25 for the start-up generates a pro-

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gramra für die Steuerung der Brennstoffzufuhr zum Anfahren der Turbine. Eine Reglereinheit 26 für die Leistung erzeugt ein Signal für Brennstoffzufuhr gemäß einer gewünschten Ausgangsleistung. Alle Signale für die Brennstoffzufuhr von den Einheiten 22 bis 26 werden einer Einrichtung 27 für die Auswahl eines niedrigen Wertes zugeführt. Diese Einheit wählt die geringste Zuflußgeschwindigkeit für den Brennstoff aus und stellt mit Hilfe eines.Servos 28 der Brennstoffreglereinheit den Hub der Pumpe für variable Pumpleistung ein.gramra for controlling the fuel supply for starting the Turbine. A power regulator unit 26 generates a signal for fuel supply according to a desired output power. All signals for fuel supply from the units 22 to 26 are fed to a device 27 for the selection of a low value. This unit chooses the lowest Flow rate for the fuel and adjusts the stroke of the pump with the help of a servo 28 of the fuel control unit for variable pump output.

Die Auswahl des Sollwertsignales für die Leistungsreglereinheit 26 wird bestimmt durch die Lageeinstellung eines entfernt von Hand betätigbaren Steuerhebels 29. Diese Lageeinstellung wird einem elektronischen Funktionsgenerator 30 für eine kubische Funktion zugeführt. Dieser ist so ausgelegt, daß er eine lineare Beziehung zwischen der Einstellage des Handeinstellhebels und der Ist-Geschwindigkeit des Schiffes herstellt. Der tatsächlich vorhandene Wert der Zuflußgeschwindigkeit des Brennstoffes wird in dem Leistungsregler 26 ermittelt durch eine Multiplikatoreinrichtung, welche ein Signal von dem Meßfühler 11 für die Wellendrehzahl und das ausgewählte Signal für den Brennstoffluß von dem Wählteil für den kleinsten Wert auswertet.The selection of the setpoint signal for the power control unit 26 is determined by the position setting of a remote control unit actuatable control lever 29. This position setting is an electronic function generator 30 for a cubic function fed. This is designed so that there is a linear relationship between the setting position of the manual setting lever and the actual speed of the ship. The actually existing value of the inflow rate of the fuel is in the power regulator 26 determined by a multiplier device, which a signal from the sensor 11 for the shaft speed and the selected signal for fuel flow from the selector evaluates for the smallest value.

Es ist noch zu bemerken, daß die Düsenstetiarung 20 noch andere Signale erhält, welche Betriebsverhältnisse der Gasturbine darstellen, wie beispielsweise den Ausstoßdruck des Verdichters von einem Wandler 31 und ein Signal für die Drehzahl der Verdichterwelle vom Meßfühler 11. Beispielsweise wird in einer Art der Düsensteuerung, welche zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist, das gesamte Düsensollwertsignal verwendet, um die Verdichterdrehzahl konstant zu halten. Die tatsächlich vorhandene Verdichterdrehzahl (Meßfühler 11) wird mit einem Sollwert verglichen, welcher so abgeändert wird, wie dies durch Änderungen anderer Betriebsverhältnisse erforderlich ist, beispielsweise Abgastemperatur und Ausstoßdruck am Verdichter.It should also be noted that the nozzle stop 20 still other Receives signals which represent the operating conditions of the gas turbine, such as the discharge pressure of the compressor from a converter 31 and a signal for the speed of the compressor shaft from the sensor 11. For example, in a type of nozzle control, which is not absolutely necessary for carrying out the present invention, the entire nozzle setpoint signal used to keep the compressor speed constant. The actually existing compressor speed (sensor 11) is with compared to a target value, which is changed as required by changes in other operating conditions, for example exhaust gas temperature and discharge pressure at the compressor.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Signalteiler für dieAccording to the present invention, a signal splitter for

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Drehzahlregelung der Umkehrgasturbine vorgesehen und allgemein durch den Kasten 50 bezeichnet. Ein erstes Signal von der Düsenregelung 20 wird einem Multiplikator 32 zugeführt. Ein zweites Signal wird dem Multiplikator 32 von einem Integratorverstärker 33 zugeführt. Dabei ist eine Diode 34 so geschaltet, daß sie verhindert, daß das Ausgangssignal negativ wird. Eine zweite Diode 35 ist mit dem Schleifer eines Einstellpotentiometers 36 verbunden, welches seinerseits zwischen eine negative Potentialquelle und den Ausgang des Verstärkers 33 geschaltet ist.Speed control of the reversible gas turbine is provided and indicated generally by box 50. A first signal from the nozzle control 20 is fed to a multiplier 32. A second signal is supplied to multiplier 32 from an integrator amplifier 33 supplied. A diode 34 is connected in such a way that it prevents the output signal from becoming negative. A second diode 35 is connected to the wiper of a setting potentiometer 36, which in turn is connected to a negative potential source and the output of the amplifier 33 is switched.

Die Einstellage des Antriebshebels 29 wird durch eine Einrichtung 37 mit hohem Vestärkungsgrad in ein Signal umgewandelt, welches der Einstellage des Hebels 29 proportional ist. Das positive oder negative Signal von der Einrichtung 37 wird dann als Eingangssignal dem Verstärker 33 zugeführt. Ein zweites Eingangssignal zum Verstärker 33 mit entgegengesetzter Polarität zeigt die Ist-Drehzahl der Schiffsschraubenwelle an und wird vom Drehzahlmeßfühls· 12 erhalten.The setting of the drive lever 29 is through a device 37 converted into a signal with a high degree of amplification, which the adjustment position of the lever 29 is proportional. The positive or negative signal from device 37 is then used as the input signal the amplifier 33 is supplied. A second input signal to amplifier 33 with opposite polarity shows the actual speed the propeller shaft and is controlled by the speed sensor 12 received.

Das erste und zweite am Multiplikator 32 zugeführte Signal werden miteinander in einer solchen Weise multipliziert, daß das am Multiplikator 32 erhaltene äusgangsseitige Signal einen Bruchteil des dort zugeführten ersten Signals darstellt. Der Bruchteil liegt zwischen den Werten 0 und 1 und ist proportional zur Amplitude des zweiten zugeführten Signals. Solche Multiplikatoren sind handelsmäßig erhältlich. Eine geeignete Einrichtung ist beispielsweise ein Multiplikator unter dem Handelsnamen "Directo-Matic (R) II", welcher von der General Electric Compa'ny erhältlich ist.The first and second signals applied to multiplier 32 are are multiplied with each other in such a way that the signal on the output side obtained at the multiplier 32 is a fraction of the first signal supplied there. The fraction lies between the values 0 and 1 and is proportional to the amplitude of the second applied signal. Such multipliers are commercially available. A suitable device is, for example a multiplier under the trade name "Directo-Matic (R) II "available from General Electric Compa'ny.

Das Ausgangssignal vom Multiplikator 32 wird einem ersten Summierverstärker 38 zugeführt, welcher ein Sollwertsignal für die Umkehrdüse liefert und weiterhin einem zweiten Summierverstärker 39. Nach Subtraktion von einem ersten Sollwertsignal von der Düsensteuerung 20, welches die erwünschte Gesamtquerschnittsfläche darstellt, liefert dieser zweite Verstärker ein Sollwertsignal für die Vorwärtsdüse.The output from multiplier 32 is fed to a first summing amplifier 38, which supplies a setpoint signal for the reversible nozzle, and also to a second summing amplifier 39. After subtracting a first setpoint signal from the nozzle control 20, which represents the desired total cross-sectional area, this second amplifier supplies a setpoint signal for the forward jet.

Das Sollwertsignal für die Vorwärtsdüse wird einem Einstellservo-The setpoint signal for the forward nozzle is sent to an adjustment servo

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mechanismus 40 zugeführt, welcher die Einstellung der einstellbaren Düsenleitschaufein 15 für Vorwärtsfahrt nachstellt. Ein Rückkopplungssignal stellt die Einstellung der Leitschaufeln der Vorwärtsdüse dar und wird über eine Leitung 41 zum Eingang des Verstärkers 39 zurückgeführt. In ähnlicher Weise wird das Sollwertsignal für die Rückwärtsdüse vom Veiäärker 38 einem Einstellservomechanismus 42 zugeführt, welcher die Öffnung der Leitschaufeln 16 für die Rückwärtsdüse einstellt und ihre tatsächlich vorhandene Einstellung oder Ist-Einstellung wird über eine Leitung zum Eingang des Verstärkers 38 zurückgeführt.mechanism 40 supplied, which allows the setting of the adjustable Nozzle guide vane 15 readjusts for forward travel. A feedback signal represents the setting of the guide vanes Forward nozzle and is fed back via a line 41 to the input of the amplifier 39. Similarly, the setpoint signal for the reverse nozzle from Veiäärker 38, an adjustment servo mechanism 42 supplied, which sets the opening of the guide vanes 16 for the reverse nozzle and their actually existing The setting or actual setting is fed back to the input of the amplifier 38 via a line.

Figur 2 ist eine Kurvendarstellung und zeigt die Änderungen des zum Leistungsregler 26 zugeführten Leistungssollwertsignals für eine vorgegebene Lageeinstellung des Antriebshebels 29. Dabei wird die gekrümmte Kennlinie erhalten von dem kubischen Funktionsgenerator 30. Die Kurve zeigt auch die Schiffsschraubendrehzahl, welche unter idealen Verhältnissen erhalten würde, wenn die an der Schiffsschraube zugeführte Leistung dem Leistungssollwertsignal entspricht. Die vorliegende Erfindung ergibt eine Aufteilung des Antriebsmittels zwischen den Schaufelabschnitten für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt in einem Bereich der Lageeinstellungen des Antriebshebels in der Größenordnung von 40 % des vollen Bereiches des Hebels für Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt. In diesem Bereich ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung eine praktisch lineare Variation der Schiffsschraubendrehzahl, bezogen auf die Lageeinstellung des Antriebshebels. Dabei erfolgt durch den Hebel gleichzeitig die Einstellung der gesamten an der Gasturbine verfügbaren Leistung über ein Sollwertsignal für die Brennstoffzufuhr. Figure 2 is a graph showing the changes of the supplied to the power controller 26. Power set-point signal for a predetermined position alignment of the drive lever 29. The curved characteristic is obtained by the cubic function generator 30. The graph also shows the propeller speed which would be obtained under ideal conditions when the power supplied to the propeller corresponds to the power setpoint signal. The present invention results in a division of the drive means between the bucket sections for forward travel and reverse travel in a range of the position settings of the drive lever on the order of 40% of the full range of the lever for forward travel or reverse travel. In this area, the arrangement according to the invention enables a practically linear variation of the ship's propeller speed, based on the position setting of the drive lever. At the same time, the lever is used to set the total power available at the gas turbine via a setpoint signal for the fuel supply.

Ein besseres Verständnis der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Bei irgendeiner gegebenen Lageeinstellung des Antriebshebels in dem Bereich mit Leistungsaufteilung gemäß Figur 2 wird durch die Leistungsreglereinheit 26 ein vorgegebener Brennstoffzufluß zu den Brennkammern festgelegt. Die zusätzlichen Brennstoffregeleinheiten 22 bis 24 können jedoch diesen festgelegten BrennstoffzuELuß dadurch außer Wirkung setzen, daß sie ihn über das WählerteilA better understanding of the mode of operation of the arrangement according to the invention emerges from the following description. For any given position setting of the drive lever in the area with power distribution according to FIG. 2, a predetermined fuel flow to the combustion chambers is established by the power control unit 26. The additional fuel control units 22 to 24 can, however, override this fixed fuel consumption by overriding it via the selector part

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für deri kleinsten Wert vermindern. Die gesamte für den Verdichter und die Gasturbine verfügbare Leistung wird daher durch dieses Sollwertsignal für Brennstoffzufluß bestimmt.decrease for the smallest value. The whole for the compressor and the power available to the gas turbine is therefore determined by this setpoint signal for fuel flow.

Die Düsenrellung 20 liefert ein Gesamtdüsen-Sollwertsignal, welches die Einstellung des gesamten effektiven S—trömungsquerschnittes durch-die getrennten Düsenleitschaufein 15 und 16 für Vorwärtsfahrt bzw. Rückwärtsfahrt vorgibt. Diese Gesamtgasströmung wird zum größten Teil bestimmt durch die Drehzahl des Verdichters und besitzt eine ausgeprägte Auswirkung auf die Abgastemperatur der Turbine. Die hier beispielhaft dargestellte Düsenregelung arbeitet so, daß sie die Verdichterdrehzahl auf einem Sollwert hält, welcher gemeinsam durch die Abgastemperatur und den Auslaßdruck des Verdichters bestimmt wird. Es ist jedoch auch jede andere Art von Düsensteuerung für die Erfindung geeignet, welche ein Sollwertsignal für die Gesamtströmung durch die Düse abgibt. Demgemäß wird sich das Gesamtsollwertsignal für die Düse von der Düsensteuerung 20 gemäß den Betriebsbedingungen der Gasturbine ändern.The nozzle adjustment 20 provides an overall nozzle setpoint signal, which the setting of the total effective S — flow cross-section through the separate nozzle guide vanes 15 and 16 for forward travel or reversing. This total gas flow is largely determined by the speed of the compressor and has a pronounced effect on the exhaust gas temperature of the turbine. The nozzle control shown here as an example works so that it keeps the compressor speed at a set point, which is jointly determined by the exhaust gas temperature and the outlet pressure of the Compressor is determined. However, any other type of nozzle control that provides a setpoint signal is also suitable for the invention for the total flow through the nozzle. Accordingly, the total setpoint signal for the nozzle from the nozzle controller will be Change 20 according to the operating conditions of the gas turbine.

Selbstverständlich werden bei gleichzeitiger Leitung des Gesamtgasstromes durch die Laufschaufelabschnitte der Turbine für Rückwärtslauf und Vorwärtslauf einander entgegengesetzte Drehmomente von den beiden Laufschaufelabschnitten erzeugt, welche die Drehzahl beeinflussen, da nur das verbleibende resultierende Drehmoment die Welle oder den Lastturbinenlaufer 7 dreht. Wenn beispielsweise die Strömungen durch die Laufschaufelabschnitte 13 und 14 so gewählt werden, daß sie gleich große entgegengesetzte Drehmomente an dem Lastläufer 7 erzeugen, würde sich dieser nicht drehen. Trotzdem würde dann der Gasfluß durch die Gasturbine genauso aufrechterhalten bleiben j wie es der Fall ist, wenn der Lastläufe· im konventionellen Sinne Leistung erzeugt.Of course, with the simultaneous conduction of the total gas flow through the blade sections of the turbine for reverse rotation and forward running generates opposing torques from the two blade sections which the speed of rotation affect, as only the remaining torque that results Shaft or the load turbine rotor 7 rotates. For example, if the Flows through the blade sections 13 and 14 are selected be that they generate equally large opposite torques on the load rotor 7, this would not rotate. Nevertheless the gas flow through the gas turbine would then be maintained in the same way stay j as is the case when the load runs · in conventional Senses power generated.

Derjenige Bruchteil des gesamten Sollwertsignals für die Düse, welcher verwendet wird zur Aufteilung der Gasströmung zwischen den Laufschaufelabschnitten für Vorwärtslauf und Rückwärtslauf, wird bestimmt durch die Abweichungen der erwünschten Drehzahl, eingestellt durch den Antriebshebel 29, von der tatsächlichen Schiffs-That fraction of the total setpoint signal for the nozzle which is used to split the gas flow between the blade sections for forward running and reverse running determined by the deviations in the desired speed, set by the drive lever 29, from the actual ship

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Schraubendrehzahl, welche durch den Drehzahlmeßfühler 12 erfaßt wird. Diese gleich großen entgegengesetzten Signale werden dem Integratorverstärker 33 zugeführt und das dort erhaltene integrierte Regelabweichungssignal wird dem Multiplikator 32 zugeführt. Das Ausgangssignal des Multiplikators 32 ist ein Bruchteil des Gesamtsollwertsignals für die Düse. Dieser Signalbruchteil wird als Eingang für den Verstärker 38 für die Rückwärtsdüse verwendet, um dadurch die Öffnungsweite der einstellbaren Düsenleitschaufein 16 für Rückwärtsfahrt einzustellen. Der übrige Teil des Gesamtsollwertsignals für die Düse wird am Sollwertverstärker 39 für die Vorwärtsdüse erhalten und wird verwendet zur Einstellung der einstellbaren Düsenleitschaufein 15 für Vorwärtsfahrt . Das Restsignal wird im Verstärker 39 dadurch erhalten, daß das Teilsignal von dem Gesamtsignal subtrahiert wird, welches seinerseits von der Düsenregelung 20 geliefert wird.Screw speed, which is detected by the speed sensor 12 will. These equally large opposite signals are fed to the integrator amplifier 33 and the integrated one obtained there The control deviation signal is fed to the multiplier 32. The output of multiplier 32 is a fraction of the total setpoint signal for the nozzle. This signal fraction is used as an input for the amplifier 38 for the reverse nozzle used to thereby adjust the opening width of the adjustable nozzle guide vanes 16 for reverse travel. The rest Part of the total setpoint signal for the nozzle is obtained at the setpoint amplifier 39 for the forward nozzle and is used to adjust the adjustable nozzle guide 15 for forward travel . The residual signal is obtained in the amplifier 39 in that the partial signal is subtracted from the total signal, which in turn is supplied by the nozzle control 20.

Durch die Abweichungen zwischen der erwünschten Schiffsschraubendrehzahl und der tatsächlich vorhandenen Drehzahl wird kontinuierlich der Bruchteil des Gesamtsollwertsignals für die Düse nachgestellt, welcher zur Aufteilung des Gasstroms zwischen den Düsen für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt verwendet wird. Dabei ergibt sich eine gute Ansprechempfindlichkeit für Dreh-zahländerungen, da die einzigen wesentlichen verwendeten Trägheitselemente der Gasturbinenläufer und die Schiffsschraubenwelle sind. Die Düsensteuerung 20 ist sich "nicht bewußt" über die Schiffsschraubendrehzahl mit Ausnahme einer möglichen Rückwirkung über Änderungen der Abgastemperatur. Sie arbeitet in ihrer normalen Funktionsweise, um die Abgastemperatur unter Kontrolle zu halten, indem sie neue Gesamtdüsen-Sollwertsignale in solcher Weise erzeugt, daß dadurch die am Verdichter zugeführte Leistung und damit seine Drehzahl geändert wird.Due to the deviations between the desired propeller speed and the actual speed is continuously adjusted by the fraction of the total setpoint signal for the nozzle, which is used to split the gas flow between the nozzles for driving forwards and backwards. This results in good responsiveness for speed changes, since the only major inertia elements used are the gas turbine rotor and propeller shaft. The nozzle controller 20 is "unaware" of the propeller speed with the exception of a possible retroactive effect via changes in the exhaust gas temperature. It works in its normal way of functioning, to keep the exhaust gas temperature under control by generating new total nozzle setpoint signals in such a way that thereby the power supplied to the compressor and thus its speed changed will.

Es wurde daher vorstehend ein verbessertes Regelsystem bei einer Zweiwellengasturbine mit Direktumkehr beschrieben. Obwohl die Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels einer Antriebsturbine für ein Seefahrzeug beschrieben wurde, kann sie selbstverständlich in gleichem Maße mit jeder beliebigen durch Gasturbinen angetriebenen Einrichtung verwendet werden, welche eine Regelung für umkehrbare Drehzahl erfordert·An improved control system for a two-shaft gas turbine with direct reversal has therefore been described above. Although the invention based on the exemplary embodiment of a drive turbine for A marine vehicle has been described, it can of course be equally used with any gas turbine powered Device that requires a reversible speed control

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Claims

Patent claims

Control system for a two-shaft gas turbine with direct reversal with a load turbine shaft with blade sections for forward running and reverse run and with inlet nozzle guide vanes for forward run and reverse run for separate control of the Gas flow through the respective sections, characterized by the combination of a device (10, 19) for controlling the flow of fuel to the gas turbine according to a preselected power setting, a Nozzle control (2O) with a first nozzle setpoint signal according to FIG selected operating conditions of the gas turbine for dividing the available power between the gas turbine shafts, which a setpoint value for the total nozzle opening for the nozzle guide vanes (13 and 14) represents for forward running and reverse running, as well as means for generating a second signal according to the deviation between a nominal value of the speed of the load shaft and the actual value of the speed of the Load wave, a device for dividing this first signal into a setpoint signal for the nozzle for forward running and a setpoint signal for the nozzle for reverse running in a pro rata

Ratio determined by the second signal and a plurality of adjustment servo mechanisms for adjusting the Position of the adjustable nozzle guide vanes for forward running and Reverse run according to the setpoint signal for the nozzle for forward run or reverse run.

2. Control system according to claim 1, characterized in that that the partitioning device comprises:

a multiplier (32) for generating a signal fraction,

between which equal to the first signal multiplied by a value / 0 and 1, this value being proportional to the second signal,

a first summing amplifier (38) with this partial signal as the input signal and the setpoint signal for the reverse nozzle as output signal and

a second amplifier (39) with the first signal and the partial

signal as an input signal for supplying an output signal as the difference between these two values as a setpoint signal for the forward jet.

, 3. Control system according to claim 1 or 2, characterized in that that the device for generating the second signal is an integrating summing amplifier (33) includes whose input for receiving a setpoint signal for the speed of the load shaft and an actual value signal for the speed of the load shaft and that for generating the time integral of the difference between the two signals. is switched as the second signal.

4. Control system according to claim 1 or 2 with a manually adjustable Control lever, characterized in that the selected power setting for the control device for fuel flow and the setpoint signal for the speed of the load shaft, both can be generated by adjusting this lever (29).

5. Control system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the load shaft as a drive shaft a propeller is coupled and the control lever is a drive lever for remote control for simultaneous Setting the power of the gas turbine and the speed of the propeller is.

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ORtQlNAL INSPECTEDLOCAL INSPECTED