DE2316952B2

DE2316952B2 - Brennstoffregelvorrichtung für die einzelnen Brenner einer Nachbrennereinrichtung eines Gasturbinenstrahltriebwerks

Info

Publication number: DE2316952B2
Application number: DE2316952A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Arthur Solihull Warwickshire Lewis (Grossbritannien)
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-04-05
Publication date: 1978-09-28
Also published as: US3857241A; IT982970B; DE2316952A1; JPS4935718A; JPS53444B2; FR2189644A1; GB1423363A; FR2189644B1; DE2316952C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregelvorrichtung für die einzelnen Brenner einer Nachbrennereinrichtung eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer ersten, zweiten und dritten veränderlichen Dosiervorrichtung in paralleler Anordnung zur Regelung des Brennstoffstroms zum ersten, zweiten bzw. dritten Brenner, und mit je einem Drosselventil stromabwärts von den betreffenden Dosiervorrichtungen, das auf einen ersten, zweiten bzw. dritten Regeldruck anspricht.

Nachbrenner werden nur zeitweise benutzt, und der dazu erforderliche große Brennstofffluß wird durch eine Zentrifugalpumpe großen Volumens gefördert. Vorteilhafterweise weist diese Pumpe am Einlaß ein Ventil auf, um die Pumpe zu entleeren, wenn die Nachbrenner nicht arbeiten. Eine derartige Vorrichtung ist in den US-Patentschriften 32 93 856 und 33 16 712 gezeigt. Aus der US-PS 32 93 856 ist es auch bekannt, daß das Pumpeneinlaßventil auf einen Druckabfall über eine Zumeßvorrichtung reagiert, die für den Brennstofffluß zum Hauptbrenner zuständig ist, so daß der Druckabfall über die Hauptzumeßvorrichtung im wesentlichen konstant bleibt.

Die US-PS 32 93 856 zeigt auch separate Zumeßventile und für eine Brennstoffzufuhr zu zweite und dritte Brennergänge, und diese Zumeßventile weisen stromabwärts Drosselventile auf, um den Druckabfall über das Zumeßventil im wesentlichen konstant zu halten. Diese Drosselventile werden durch Servodrücke gesteuert, die vom A'.<s!aß der Brennstoffpumpe erhalten werden.

Sobald man während des Laufs einer Gasturbine vorhersieht, daß die Nachbrenner in Kürze benötigt werden, werden die Hauptbrenner gezündet und ihnen

ίο nur ein geringer Brennstoffstrom zugeführt. Sobald dann die Nachbrenner benötigt werden, wird der Brennstoffstrom zum Hauptbrenner bis zu einer Schwelle vergrößert, bei der der Brennstoffstrom durch Drücke und Temperaturen im Brennrohr gesteuert wird. Eine weitere Erhöhung des Nachbrennerschubes wird dadurch erreicht, daß dem zweiten und dritten Nachbrenner Brennstoff zugeführt wird, wobei diese Brenner durch den Hauptbrenner gezündet werden. Der Brennstoffstrom zu den Hauptbrennern kann weniger als 10% des gesamten Brennstoffstroms sein, sogar dann, wenn beide anderen Brenner den maximalen Brennstoffstrom erhalten. Der Servodruck zur Verstellung der Drosselventile für den zweiten und dritten Breno.er werden vom Druck am Pumpenauslaß hergeleitet. Dieser Druck muß deshalb immer genügend hoch sein, um den erforderlichen Servodruck zu erzeugen, anderenfalls öffnen die Drosselventile nicht genügend weit, um den erforderlichen Brennstoffstrom zu erzeugen.

Bei dem in der US-PS 32 93 856 gezeigten System ist es deshalb erforderlich, daß die durch das Hauptzumeßventil ausgeübte Drosselung auf den Brennstofffluß ausreichend hoch ist, um die Pumpe dazu zu bringen, einen ausreichend hohen Druck zu liefern. Damit wird bei geringen Brennstoffflüssen, d. h. wenn nur der Hauptbrenner arbeitet und das Hauptbrennstoffventil nahezu geschlossen ist, die Pumpe gegen einen hohen Rückstaudruck arbeiten. Dadurch wird die Pumpe Wärme entwickeln und ein Verdampfen des Brennstoffs und einen unnötigen Energieverlust erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffkontrollvorrichtung für Nachbrenner zu schaffen, bei der der Pumpenauslaßdruck ausreichend hoch bleibt, um eine zufriedenstellende Arbeitsweise der Serie von Drosselventilen bei allen Nachbrennerpegeln zu gewährleisten und um dabei zugleich eine unnötig hohe Belastung der Nachbrennerförderpumpe zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Kammer aufweist, in der ein Bezugsdruck herrscht, und daß die Stellglieder der Dosiervorrichtungen durch Servodrucksignale gestellt werden, die von dem Bezugsdruck und den Drücken stromabwärts von den Vorrichtungen abgeleitet sind, derart, daß der zweite und der dritte Regeldruck von den Drücken der zweiten bzw. der dritten Dosiervorrichtung abhängig sind, sowie daß eine Wählvorrichtung zur Lieferung des ersten Regeldrucks von einem der Drücke stromabwärts oder vom Bezugsdruck vorgesehen ist, der am höchsten ist.

Das Drosselventil der ersten Dosiervorrichtung arbeitet als ein unter Druck gesetztes Ventil und reagiert auf einen Druck, der von dem höchsten dreier Drücke hergeleitet ist. Bei niedrigen Nachbrennerströmen werden die Drücke niedrig sein, da die Zumeßvorrichtungen für den zweiten und dritten Brenner hauptsächlich geschlossen sein werden. Das unter Druck gesetzte Drosselventil reagiert in diesem Fall auf einen relativ niedrigen Bezugsdruck. Bei höheren

Pegeln des Nachbrennerflusses reagiert das unter Druck gesetzte Drosselventil auf einen der Drücke stromabwärts der zweiten oder dritten Dosiervorrichtung. Da die Drosselventile der zweiten und dritten Dosiervorrichtung auch auf die stromabwärts liegenden Drücke reagieren, reicht der Pumpenauslaßdruck immer aus, um diese beiden Drosselventile zur größten öffnungsweite zu bringen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 aufgezeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung als Ganzes;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer veränderlichen Zündvorrichtung, die einen Teil der Vorrichtung bildet;

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Servodruckregelanordnung, die einen Teil der Vorrichtung bildet;

Fig.4 eine Darstellung einer Wählvorrichtung, die einen Teil der Vorrichtung bildet.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Ganzes gezeigt, die eine Kreiselbrennstoffpumpe 10 mit Dampfkern aufweist, welche vom Gasturbinentriebwerk angetrieben wird. Die Pumpe 10 weist eine Drossel 11 auf, welche auf ein Servodrucksignal PS 1 anspricht, das über einen Kanal 12 angelegt ist, um die Pumpenförderung zu erhöhen. Dieses Servodrucksignal PSl wird in einer noch zu beschreibenden Weise abgeleitet. Die Drossel 11 spricht ferner auf ein weiteres Servodrucksignal PS2 in einem Kanal 13 an, das dem Druck im Kanal 12 entgegengerichtet ist.

Eine Brennstoffzumeßvorrichtung 14 weist eine elektrische Regelanordnung 14a auf. Die hydraulischen Teile der Vorrichtung 14 sind im einzelnen in F i g. 2 gezeigt. Die Vorrichtung 14 weist einen Einlaß 15 auf, der mit dem Auslaß der Pumpe 10 verbunden ist. Der Einlaß 15 steht über ein Rückschlagventil 16 mit drei veränderlichen Dosiervorrichtungen 17, 18, 19 in Verbindung, die parallel angeordnet sind, um den Brennstoffstrom zu einem zentralen Hauptbrenner 20, Ringbrenner 21 und Schalenbrenner 22 des Aufheizsystems der Turbine zu regeln (F i g. 1).

Die Vorrichtung 14 weist eine erste Steuerung in der Form einer dreidimensionalen Nocke 23 bzw. Kurvenscheibe auf, die fest mit der Stange 24 eines Kolbens 25 verbunden ist. Die Nocke bzw. Kurvenscheibe 23 ist mit einer Reihe von Profilen versehen, die Funktionen der K.ompressoransaugtemperatur 71 für eine Anzahl von Werten des Kompressorförderdrucks P2 entsprechen. Der Kolben 25 wird auf gegenüberliegenden Seiten mit Servodrücken beaufschlagt, die vom Druck am Einteß 15 abgeleitet sind. Eine Seite des Kolbens 25 steht über ein Ventil 26 mit einer Kammer 27 und ferner über eine Drosselstelle 28 mit der Niederdruckseite des Ventils 16 in Verbindung. Die Drosselstelle 28 und das Ventil 26 bilden damit eine veränderliche Mediumdruckpotentiometeranordnung.

Die andere Seite des Kolbens 25 steht über ein Ventil 29 mit der Kammer 27 und ferner über eine Drosselstelle 30 mit der Niederdruckseite des Ventils 16 in Verbindung. Das Ventil 29 und die Drosselstelle 30 bilden damit ein weiteres veränderliches Mediumdruckpotentiometer. Schließglieder für die Ventile 26,29 sind durch einen einzigen Hebel 31 vorgesehen, der in entgegengesetzte Richtungen durch die Bälge 32 bzw. 33 bewegbar ist.

Der Balg 32 spricht auf einen Luftdruck zwischen zwei Drosselstellen 34, 35 an, abgeleitet von dem Ansaugdruck P. des Turbinenkompressors. Der Balg 33 spricht auf einen Luftdruck zwischen der Drosselstelle 35 und einer weiteren Drosselstelle 36 an, abgeleitet von dem Förderdruck P2 des Turbinenkompressors. Eine Feder 37 sitzt zwischen dem Hebel 31 und einem angrenzenden Ende der Kolbenstange 24. Eine weitere Feder 38 sitzt zwischen dem Hebel 31 und einem einstellbaren Anschlag 39 an der Einrichtung 14. Die Kammer 27 steht über einen axialen Kanal 40 mit einer weiteren Kammer 41 in Verbindung, in der sich die Kurvenscheibe 23 befindet Der axiale Kanal befindet sich in der Kolbenstange 24. Für eine bestimmte Differenz des Drucks P₂ und P\ gibt es eine entsprechende Gleichgewichtsposition des Kolbens 25 und damit eine entsprechende axiale Position der Kurvenscheibe 23. Die Kammer 27 steht mit einer Niederdruckverbindung über einen Kanal 185 und einem Umsteuerventil 90 in Verbindung. Die Kammer wird damit auf einen Bezugsdruck PR gehalten, der im wesentlichen gleich diesem Niederdruck ist.

Die Kurvenscheibe 23 sitzt auf einem Ritzel 42, derart, daß eine axiale Verschiebung, aber keine Drehung dem Ritzel 42 gegenüber ermöglicht ist. Das Ritzel 42 kämmt mit einer Zahnstange 43, die einen Teil eines Kolbens 44 bildet. Der Kolben 44 spricht auf die Betätigung einer elektrisch betätigten Servoregelventilanordnung 45 an, die zwei miteinander verbundene Eingangsöffnungen 46,47 und zwei Auslaßöffnungen 48, 49 sowie eine Ablaßöffnung 50 aufweist. Die Ventilanordnung 45 weist einen elektrischen Linearwandler 44a auf, der auf die Position des Kolbens 44 anspricht.

Ein Ventilsteuerkolben 51 ist axial in Erwiderung auf Drucksignale an seinen gegenüberliegenden Enden bewegbar, wobei diese Signale vom Druck an der öffnung 47 durch eine Düse 52 abgeleitet sind, die schwenkbar durch einen Drehmomentmotor 53 bewegbar ist, so daß eine Ausrichtung mit einem von zwei Kanälen 54,55 ermöglicht wird, durch die Drucksignale an die betreffenden Enden des Ventilsteuerkolbens 51 geleitet werden.

Die elektrischen Signale von der Anordnung 14a, die an den Drehmomentmotor 53 angelegt werden, sind von der Ansaugtemperatur Ti des Turbinenkompressors abgeleitet, außerdem vom Ausgang vom Wandler 78. Die Winkelposition der Kurvenscheibe 23 hängt damit von der Temperatur 7] ab.

so Veränderliche Dosiervorrichtungen 17,18,19 sind im Winkel im Abstand um die Achse der Kurvenscheibe 23 herum angeordnet. Damit diese Anordnung schematisch in F i g. 2 dargestellt werden kann, ist ein Teil der Kurvenscheibe 23 an der Vorrichtung 17 wiederholt.

Die Vorrichtung 17 weist eine Hülse mit einer öffnung 61 auf, die mit dem Einlaß 15 in Verbindung steht. Ein kolbenförmiges Stellglied 62 ist in der Hülse 60 verschiebbar und weist eine Öffnung 63 auf, die mit der öffnung 61 zusammenwirkt, um für eine veränderli-

bo ehe Meßblende zu sorgen. Das Stellglied 62 bildet mit der Hülse 60 eine Kammer 64, die mit dem Einlaß 15 über eine Drosselstelle 65 in Verbindung steht. Das Organ 62 weist einen Schaft 66 mit einer Bohrung 67 auf, die mit der Kammer 64 in Verbindung steht. Ein Kugelschließglied 68 ist am Schaft 66 gehalten und kann betätigt werden, um die Bohrung 67 abzusperren.

Ein Kurvenabtaster 69 ist schwenkbar an der Hülse 60 gelagert und greift an der Kurvenscheibe 23 an. Das

Stellglied 62 wird nach rechts gemäß der Darstellung in F i g. 2 durch den Druck an die Niederdruckseite der öffnungen 61,63 gedrückt.

Dieser Bewegung nach rechts wird entgegengehalten durch den Druck in der Kammer 64. Wenn der Kugel 68 durch den Kurvenabtaster 69 die Möglichkeit zum öffnen gegeben wird, fällt der Druck Pr in der Kammer 64, und das Stellglied 62 bewegt sich, um den Brennstoffstrom durch die Vorrichtung 17 zu verringern. Bei geschlossener Kugel 68 überschreitet der Druck in der Kammer 64 den stromabwärts von den öffnungen 61, 63 und arretiert das Stellglied 62. Das Stellglied 62 wirkt damit wie ein Nachlaufservokolben, der auf die Position des Kurvenabtasters 69 anspricht, welcher seinerseits auf den Druck P-i und auf die Temperatur Ti anspricht.

Die Dosiervorrichtungen 18 und 19 sind im allgemeinen der Vorrichtung 17 entsprechend ausgebildet und weisen jeweils kolbenförmige Stellglieder 70 und 71 auf. Die Stellglieder 70,71 sind jedoch außerdem in ihren zugehörigen Hülsen drehbar. Eine Kantenkurvenführung 72 ist an einer Welle 73 befestigt, die sich in die Kammer 41 erstreckt. Kurvenabtaster 72a sind mit den Stellgliedern 70, 71 verkeilt und in Anlage an die Kurvenführung 72 gespannt. Die Welle 73 ist durch eine Zahnstangen/Ritzelanordnung drehbar. Diese Zahnstangen/Ritzelanordnung 74 wird durch eine elektrisch betätigte Servoventilanordnung 75 gesteuert, die mit der vorstehend beschriebenen Ventilanordnung 45 identisch ist. An das Servoventil 75 angelegte elektrische Signale hängen von der Position einer Leistungssteuerung für die Turbine ab. Die Stellglieder 70, 71 sprechen damit auf den Druck P% die Temperatur Γι und die Steuerposition θ an.

Der Brennstoffdruck DP] unmittelbar stromabwärts von der Dosiervorrichtung 17 steht über einen Kanal 80 mit der Servodruckregelanordnung 81 (Fig. 1) in Verbindung. Die Niederdruckseite der Vorrichtung 17 steht ferner mit einem Drosselventil 82 in Verbindung, das ein federgespanntes Kolbensteuerorgan 83 aufweist, das auf den Druck DPi und auf einen Servodruck S1 anspricht, um den Brennstoffstrom von der Vorrichtung 17 zu einem Auslaßkanal 84 zu regeln. Der Servodruck S1 entsteht in einer noch zu beschreibenden Weise und wird über einen Kanal 85 an das Organ 83 angelegt.

Stromabwärts von der Vorrichtung 18 befindet sich ein Drosselventil 76 mit einem Auslaß 76a und einem Kolbensteuerorgan, das gegen den Druck DF'2 stromabwärts von der Vorrichtung 18 durch eine Feder und durch ein Servodrucksignal S 2 gedrückt wird, das in einer noch zu beschreibenden Weise abgeleitet wird und über einen Kanal 77 zugeleitet wird. Stromabwärts von der Vorrichtung 19 befindet sich ein Drosselventil 78, das mit dem Ventil 76 identisch ist und einen Auslaß 78a hat. Das Kolbensteuerorgan des Ventils 78 spricht auf den Druck DP3 stromabwärts von der Vorrichtung 19 und auch auf einen Servodruck S3 an, der in einer noch zu beschreibenden Weise abgeleitet wird und über einen Kanal 79 angelegt wird.

Die Anordnung 81 weist einen Ventilsteuerkolben (Ventileinrichtung) 86 auf, der in eine Richtung durch den Förderdruck P_p der Pumpe 10 beaufschlagt wird, in die entgegengesetzte Richtung durch den Druck DPX und durch eine Regeleinrichtung 87, die auf die Turbinendrehzahl anspricht. Der Ventilsteuerkolben 86 ist durch eine torsionsmäßig steife Feder 88 mit einem Hilfskolben (Rückkopplungseinrichtung) 89 gekoppelt, dessen Seite, die von dem Steuerkolben 86 abgewandt ist, über ein Umsteuerungsventil 90 (das noch zu beschreiben sein wird) und über einen Kanal 13 mit dem Druck PS 2 an der Pumpendrossel 11 in Verbindung steht. Der Hilfskolben 89 und der Steuerkolben 86 gleiten in einer Hülse 91, die mit öffnungen bzw. Kanälen 92,93 versehen ist, und diese stehen jeweils mit dem Druck PS 2 bzw. mit dem Förderdruck P_p der Pumpe in Verbindung. Die Kanäle 92, 93 sind axial in einem Abstand angeordnet, der geringer als die Länge

ίο des Kolbens 89 ist, so daß am rechten Ende des Bewegungswegs (gemäß der Darstellung in F i g. 3) der Kolben 89 auf beiden Seiten vom Druck PS 2 beaufschlagt wird, während er am linken Ende seines Bewegungswegs vom Druck Pp auf beiden Seiten beaufschlagt wird. Die Kraft als Folge der Differenz zwischen den Drücken Pp und PS 2 in Ausübung über die Feder 88 auf den Steuerkolben 86 ist damit begrenzt.

Die Hülse 91 weist ferner eine öffnung 94 auf, die mit

dem Druck PS 1 über den Kanal 12 in Verbindung steht, ferner eine öffnung 95, die mit einem Servodruck PS 3 in Verbindung steht, welcher über das Umsteuerventil 90 abgeleitet ist, eine öffnung 96, die mit einem Niederdruck LPin Verbindung steht, welcher zweckmäßigerweise der Ausgangsdruck einer nicht dargestellten Hilfspumpe in einem Brennstofftank ist, der der Turbine zugeordnet ist. Die öffnung 94 steht mit der Bohrung der Hülse 91 über zwei gedrosselte Kanäle in Verbindung. Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß in einer Mittelposition des Steuerkolbens 86

beide Öffnungen 95 und 96 mit der öffnung 94 über den jeweils gedrosselten Kanal in Verbindung stehen, um damit als ein Mediumpotentiometer zu fungieren.

Eine Erhöhung im Förderdruck Pp der Pumpe drückt den Steuerkolben 86 nach links, um einen erhöhten Durchfluß zwischen den öffnungen 94, 96 und einen geringeren Durchfluß zwischen den öffnungen 94,95 zu ermöglichen. Wenn der Servodruck PS 3 hoch ist, fällt der Servodruck PSl, und die Drossel 11 in der Pumpe 10 bewegt sich, um den Brennstoffdurchfluß zu verringern. Diese Bewegung bewirkt einen Abfall im Druck PS 2, der über die Ventilanordnung 90 übergeführt wird, um den Kolben 89 nach rechts zu drücken, damit einer Bewegung des Steuerkolbens 86 entgegengewirkt wird. Der Kolben 89 bildet damit eine Positionsrückkopplung, bis der Förderdruck Pp der Pumpe ausreichend hoch geworden ist, um einen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen. Eine Zunahme in der Turbinendrehzahl N oder im Druck DP 1 bewirkt entsprechend eine Erhöhung des Förderdrucks Pp der Pumpe. Der Förderdruck Pp der Pumpe am Einlaß 15 der Dosiereinrichtung 14 wird damit geändert um die Differenz zwischen den Drücken DP 1 und Pp irr wesentlichen konstant für eine bestimmte Turbinendrehzahl zu halten, wobei diese Druckdifferenz mit dei Turbinendrehzahl variabel ist. Die Gewichte 87a de; Reglermechanismus 87 haben eine relativ niedrig« spezifische Dichte, so daß dann, wenn ein dichtere) Brennstoff verwendet wird, der Effekt der Turbinendrehzahl auf den Steuerkolben 86 verringert wird.

Die Hülse 91 weist eine weitere öffnung 97 auf, die normalerweise mit der öffnung 96 in Verbindung steht die jedoch von dem Ventilsteuerkolben 86 abgesperr wird, wenn dieser sich ausreichend weit nach recht! bewegt hat, um die Öffnung 96 der öffnung 9^ gegenüber abzusperren.

Die Anordnung 81 weist ferner ein Steuerkolbenven til 100 auf, das einen Steuerkolben 101 hat, der auf der Druck DPI und auf den Druck DP2 anspricht, welche!

von der Brennstoffzumeßvorrichtung 14 kommt, die vorstehend beschrieben, und sich dem Druck DPX entgegenstellt. Eine Hülse 102 umgibt den Steuerkolben 101. Die Hülse hat eine öffnung 103, die mit dem Förderdruck Pp der Pumpe in Verbindung steht, eine öffnung 104, die über den Kanal 77 mit dem Drosselventil 76 in der Vorrichtung 14 in Verbindung steht, um ihr den Servodruck 52 zuzuleiten, und eine öffnung 105, die mit der Öffnung 97 und damit normalerweise mit dem Niederdruck in Verbindung steht.

Ein Kolbenelement 106 ist mit dem Steuerkolben 101 durch eine torsionsmäßig steife Feder 107 gekoppelt. Aufgrund des Leckens um das Kolbenelement 106 herum wirkt dieses als Dämpfer, um die Bewegung des Steuerkolbens zu verlangsamen.

Ein weiteres Steuerkolbenventil 110 ist im wesentlichen mit dem Ventil 100 identisch und weist einen Steuerkolben 111 auf, der in Erwiderung auf den Druck DPX und auf einen Druck DP3 bewegbar ist, welcher, wie vorstehend beschrieben, von der Niederdruckseite der Dosiervorrichtung 19 in der Vorrichtung 14 kommt, um den Wert des Servodrucks 53 an einer Öffnung 112 zu bestimmen. Die öffnung 112 steht über einen Kanal 79 mit dem Drosselventil 78 in der Vorrichtung 14 in Verbindung.

Die Steuerkolben 86, 101, 111 und die Regeleinrichtung 87 werden über ein Zahnradvorgelege von einer Welle 113 in Drehung versetzt, die von der Turbine angetrieben wird.

Der Zündvorrichtung 14 ist eine Wählvorrichtung (Freikolbenventiianordnung) 120 zugeordnet, die schematisch im einzelnen in Fig.4 gezeigt ist. Die Vorrichtung 120 weist zwei Freikolbenventile 121, 122 auf, die jeweils Kugelkolben 123, 124 aufweisen. Das Ventil 121 ist durch Kanäle 125, 126 mit den Drücken PF2, PF3 an den Niederdruckseiten der betreffenden Drosselventile 76, 78 in der Vorrichtung 14 verbunden. Das Ventil 123 hat einen Auslaß 127, der einen Einlaß des Ventils 122 bildet. Der andere Einlaß des Ventils 122 steht über einen Kanal 128 mit dem Druck PR in der Kammer 41 in der Vorrichtung 14 in Verbindung. Der Auslaß des Ventils 122 steht über einen Kanal 129 mit dem Drosselventil 82 in der Vorrichtung 14 in Verbindung. Der Druck im Kanal 129 liefert den Servodruck 51. Der Druck 51 "ist damit gleich demjenigen der Drücke PR, PF2 oder PFZ, der am höchsten ist.

Wenn das Aufheizsystem der Turbine eingeschaltet ist, wird Brennstoff von der Pumpe 10 der Vorrichtung 14 zugeleitet und fließt über die Vorrichtung 17 und das Drosselventil 82 zum Kanal 84 und dann über eine Verteileranordnung 130 (Fig. 1), die bei einem ausreichend hohen Druck PS3 (Steuerung über Relaisventil 160, Fig. 1) drei zueinander parallele Ventile öffnet, so daß Brennstoff zu den Hauptbrenner des Aufheizsystems fließt.

Der Förderdruck Pp der Pumpe 10 wird geregelt, wie vorstehend beschrieben, um den Druck DPX im wesentlichen konstant für eine bestimmte Turbinendrehzahl und Brennstoffdichte zu halten. Ein Anstieg im Druck DPX drückt einen ersten Steuerkolben in der Anordnung 81 nach rechts, um zu bewirken, daß der Wert des Drucks 52 in Richtung auf den Förderdruck Pp der Pumpe steigt. Das Drosselventil 76 schließt sich progressiv, bis der DrucW DPI angestiegen ist, um dem Druck DPX gleich zu sein, und damit werden Gleichgewichtszustände wiederhergestellt. In entsprechender Weise bewegt sich der erste Steuerkolben der Anordnung 81 bei einem Anstieg des Drucks DP2 nach links, und das Drosselventil 76 öffnet sich, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Ein zweiter Steuerkolben in der Anordnung 81 arbeitet entsprechend, um den Druck DPi mit dem Druck DfI gleichzuhalten.

Das Ventil 82 in der Vorrichtung 14 wirkt als ein Druckbeaufschlagungsventil. Die Federn in den Ventilen 76, 78 schaffen nur leichte Vorlasten, um sicherzustellen, daß diese Ventile geschlossen sind, wenn das System stillgesetzt wird. Die Feder im Ventil 82 ist derart, daß bei Fehlen des Servodrucks 51 der Druck DPX gerade ausreicht, um die Steuerkolben in der Servodruckregelanordnung 81 zu betätigen. Bei niedrigen Durchflüssen ist deshalb der Systemdruck niedrig und der Pumpleistungsverlust auf einem Minimum.

Bei höheren Raten des Brennstoffstroms im Aufheizsystem nimmt der Druck PFT. und PF3 zu, und der höchste dieser Drücke wird über dieFreikolbenventilanordnung 120 zugeleitet, um den Servodruck 51 zu bilden. Der Servodruck 51 unterstützt die Feder im Ventil 82, um den Systemdruck zu erhöhen. Der damit einhergehende Anstieg im Druck DPX erhöht die Werte der Servodrücke 52 und 53, um den Drosselventilen 76, 78 die Möglichkeit zu geben, den erhöhten Systemdruck aufrechtzuerhalten.

Ein niedriger Wert des Aufheizbrennstoffstroms, d. h. bei niedrigen Werten des Kompressorförderdrucks P 2 und des Winkels θ der Leistungssteuerung sind die Drücke PF2 und PF3 niedrig. Der Druck in der Kammer 64 des Ventils 17 wird gleich dem Bezugsdruck PR in der Kammer 41, und wenn er höher als der Druck DPX ist, drückt er das Ventil 17 ganz zu. Unter diesen Umständen wird der Servodruck 51 gleich dem Druck PR in der Kammer 41 der Vorrichtung 14. Der Systemdruck wird damit hoch genug gehalten, um den Druck PR, der auf die Steuerorgane 62, 70, 71 in den betreffenden Dosiervorrichtungen 17, 18, 19 einwirkt, daran zu hindern, diese Steuerorgane in Positionen zu drücken, in denen der Aufheizbrennstoffstrom abgesperrt wird.

Das Umsteuerventil 90 ist schematisch in F i g. 1 gezeigt und weist eine Hülse mit einer Anzahl von Öffnungen auf. In der Hülse befindet sich ein Steuerorgan, das von der Welle 73 (Fig. 1 und 2) drehbar ist, um die öffnungen selektiv miteinander zu verbinden. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 hat das Steuerorgan eine Anzahl von Dosierrändern, die mit den zugehörigen öffnungen zusammenarbeiten, um nur diejenigen öffnungen miteinander zu verbinden, die gemäß der Darstellung einer betreffenden Dosierstelle am Steuerorgan zugeordnet sind. Eine Drehung des Steuerorgans wird am besten als eine schrittweise Drehung in fünf Schritten nach links, nämlich ßbis F, aus einer Ausgangslage A betrachtet, die in Fig. 1 gezeigt ist. Es sind vier Dosierstellen 170,171,172,173 gezeigt.

Eine Hochdruckquelle, zweckmäßigerweise der Förderdruck der Hauptbrennstoffpumpe der Turbine, ist mit den öffnungen 174,175 der Dosierstellen 170 bzw. 171 verbunden, öffnungen 176,177 an der Dosierstelle 170 sind jeweils mit dem Kanal 13 der Pumpe 10 und mit der PS 2-Verbindung der Druckregelanordnung 81 verbunden. In den Positionen A und B sind also die öffnungen 174,176 miteinander verbunden, und in den Positionen C bis F sind die öffnungen 176, 177 miteinander verbunden.

An der Dosierstelle 171 ist die öffnung 175 mit einer

ίο

Öffnung 178 in der Position A allein und mit einer öffnung 179 in den Positionen C bis F verbunden. Der Druck an der öffnung 179 liefert einen Servodruck PS 3, und derjenige an der öffnung 178 liefert einen Servodruck PS4. Der Niederdruck LP, auf den vorstehend Bezug genommen worden ist, ist mit den öffnungen 180, 181 an den Dosierstellen 172 bzw. 173 verbunden. Eine weitere öffnung 182 an der Dosierstelle 172 ist mit der öffnung 178 verbunden. Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß der Druck PS 4 unter hohem Druck in der Position A und unter niedrigem Druck in den Positionen ßbis F steht. Eine öffnung 184 an der Dosierstelle 172 ist mit der öffnung 179 an der Stelle 171 verbunden, so daß der Druck PS3 ein niedriger Druck in den Positionen A und B ist. Eine öffnung 183 an der Stelle 173 ist mit dem Auslaß der Pumpe 10 verbunden, so daß der Pumpenauslaß mit dem niedrigen Druck in der Stelle A allein des Steuerorgans verbunden ist.

Die Positionen A bis F der Welle 73 und damit des Sequenzventil-Steuerorgans entsprechen den Positionen eines Pilotensteuerhebels (nicht dargestellt) für die Turbine. Die Positionen A und B entsprechen einem nicht eingeschalteten Zustand des Aufheizsystems, eine Bewegung zwischen den Positionen Bund Centspricht einem Anstellen oder Stillsetzen des Aufheizsystems, je nach der Bewegungsrichtung, und die Positionen D bis F entsprechen den verschiedenen Werten des Aufheizstroms, wie er durch die Kurvenführung 72 (Fig.2) geregelt wird.

Die Brennstoffregelvorrichtung weist ferner ein Füllventil 200 auf (F i g. 1). Das Ventil 200 ist parallel zur Zumeßvorrichtung 14 zwischen die Druckseite der Pumpe 10 und die Einlaßöffnungen der Verteileranordnung 130 geschaltet. Das Füllventil 200 sorgt dafür, daß während des Aufheizens der Turbine die Nachbrenner mehr Brennstoff erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffregelvorrichtung für die einzelnen Brenner einer Nachbrennereinrichtung eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer ersten, zweiten und dritten veränderlichen Dosiervorrichtung in paralleler Anordnung zur Regelung des Brennstoffstroms zum ersten, zweiten bzw. dritten Brenner, und mit je einem Dosierventil stromabwärts von den betreffenden Dosiervorrichtungen, das auf einen ersten, zweiten bzw. dritten Regeldruck anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Kammer aufweist, in der ein Bezugsdruck (Pr) herrscht, und daß die Stellglieder (62,70,71) der Dosiervorrichtungen (17,18,19) durch Servodrucksignaie gestellt werden, die von dem Bezugsdruck (PR) und den Drücken (DPI, DP2, DP3) stromabwärts von den Dosiervorrichtungen (17, 18, 19) abgeleitet sind, derart, daß der zweite und der dritte Regeldruck (S2, S3) von den Drücken (DP2, DP3) der zweiten (18) bzw. der dritten Dosiervorrichtung (19) abhängig sind, sowie daß eine Wählvorrichtung (120) zur Lieferung des ersten Regeldrucks (S 1) von einem der Drücke (DP2, DP3) stromabwärts oder vom Bezugsdruck (PR) vorgesehen ist, der am höchsten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jie Wählvorrichtungen (120) zwei Freikolbenventile (121, 122) aufweisen, von denen eines (121) zwei Einlasse (125,126), die jeweils mit den Seiten stromabwärts von dem zweiten (76) und dritten Drosselventil (78) verbunden sind, und einen Auslaß (127) und das andere (124) zwei Einlasse, die jeweils mit dem Auslaß (127) des einen Freikolbenventils (123) und mit dem Bezugsdruck (PR) verbunden sind, und einen Auslaß (129) aufweist, der mit dem ersten Drosselventil (82) in Verbindung steht, wobei eine Erhöhung des ersten Regeldrucks ('Sl) im Auslaß des anderen Freikolbenventils (124) zu einem Schließen des ersten Drosselventils (82) führt.