DE2331172C2

DE2331172C2 - Elektronische Wiederzünd-Steuereinrichtung für Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2331172C2
Application number: DE2331172A
Authority: DE
Inventors: Mark Nicholas Bristol Erlund
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-06-24
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1982-08-26
Also published as: JPS554214B2; JPS4962810A; IT989673B; FR2189633B1; DE2331172A1; US3830055A; GB1415681A; FR2189633A1

Description

2. Elektronische Wiederzünd-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisprozeßdruck (P) triebwerksdrehzahlabhängig ist

3. Elektronische Wiederzünd-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeidhhfet,' daß der Kreisprozeßdruck (P) der Verdichteraustrittsdruck ist

Die Erfindung betrifft eine elektronische Wiederzünd-Steuereinrichtung für Gasturbinentriebwerke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Wiederzünd-Steuereinrichtung dieser Gattung ist bereits aus der DE-OS 21 40 115 bekannt

Bei der bekannten Einrichtung ist das genannte weitere Signal ein einen Einschaltschwellenwert für den Wiederzündvorgang darstellendes Vorspannungssignal, das der erwähnten Schaltung zugeführt wird, in welcher dieses weitere Signal und die genannten Zwischensignale zwecks Bildung eines Grenzwerts, bei dessen Überschreitendem Steuersignal zur Betätigung der Zündeinrichtung abgegeben wird, verarbeitet werden.

Die Verarbeitung der beiden Zwischensignale und des weiteren, den Einschaltschwellenwert darstellenden Signals erfolgt bei der bekannten Einrichtung in der

f' Weise.^.daß in der genannten Schaltung das durch das differenzierte Drehzahlsignal gebildete erste Zwischensignal mit dem durch das DrehzahLffenjperatur-Signai gebildeten zweiten Zwischensignal !modifiziert wird, und zwar proportional zur Größe des letztgren Zwischensignals, um den bei kleineren Triebwerksdrehzahien jeweils entsprechend kleineren auftretenden Verzögerungen bei einem Erlöschen der Flamme Rechnung zu tragen. Die Auswertung des jeweiligen, in der eben

ίο genannten Weise modifizierten Drehzahländerungssignals erfolgt durch Vergleich mit dem den Einschaltschwellenwert darstellenden VorspannungssignaL

Bei der bekannten Wiederzünd-Steuereinrichtung ist bereits eine Maßnahme vorgesehen, die verhindern.soll, daß bei einer starken Drosselung des Treibwerks durch den Piloten, also bei einer absichtlich herbeigeführten Drehzahlverzögerung, ein Wiederzündvorgang aufgrund der von der Wiederzündeinheit festgestellten, jedoch gewollten Drehzahlverzögerung eingeleitet wird wenn die Flamme tatsächlich aber gar nicht erloschen ist Dies erfolgt bei der bekannten Einrichtung dadurch, daß bei befohlener großer Triebwerksdrehzahlverzögerung gleichzeitig der durch das genannte weitere Signal verkörperte Einschaltschwellenwert für den Wiederzündvorgang erhöht wird

Ein erhebliches Problem besteht aber noch darin, den Einfluß der Flughöhe auf das Verzögerungsverhalten des Triebwerks beim Erlöschen der Flamme in den Griff zu begommen, nämlich der Tatsache Rechnung zu tragen, daß in großen Flughöhen wegen des geringeren Luftdruckes die Drehzahlverzögerung bei einem Flammenausfall wesentlich kleiner als bei niedrigen Flughöhen ist wo der höhere Luftdruck eine schnellere Abbremsung des nicht mehr angetriebenen Triebwerksrotors zur Folge hat Daraus resultiert die Schwierigkeit," daß in großen Flughöhen der einem Flammenausfall entsprechende Schwellenwert der Drehzahlverzögerung kleiner als in niedrigen Flughöhen ist Da ein Wiederzündvorgang nur dann eingeleitet werden soll, wenn die Flamme tatsächlich erloschen ist, nicht aber bei einer gewollten Drehzahlverzögerung, liegt also das eigentliche Problem darin, zwischen einer geringeren Drehzahlverzögerung bei einem tatsächlichen Erlöschen der Flamme in großer Flughöhe und einer 'g'iößeren, aber gewollten Drehzahlverzögerung ohne Erlöschen der Flamme bei geringer Flughöhe zu unterscheiden.

Der Erfindung liegt demzufolge dit Aufgabe zugrunde, eine Wiederzünd-Steuereinrichtung der eingangs

so angegebenen Gattung im Hinblick auf die Bewältigung des eben erläuterten Problems auszubilden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Damit wird bei der erfindungsgemäßen Wiederzünd-Steuereinrichtung folgendes erreicht:

Aufgrund der gemessenen Triebwerksdrehzahl N und der gemessenen Verdichtereintrittstemperatur T, nämlich aufgrund des daraus gebildeten zweiten Zwischensignals W/T, wird ein jeweils zugeordnetes, einer bestimmten Beziehung zwischen dem Drehzahländerungsgrad N und einem Kreisprozeßdruck P des Triebwerks entsprechendes Bezugssignal (WP)oma vorgegeben, das durch den jeweils tatsächlichen Wert des Kreisprozeßdruckes nicht beeinflußt wird

Gleichzeitig wird aufgrund der gemessenen Drehzahl und des tatsächlich vorhandenen, ebenfalls gemessenen Kreisprozeßdruckes P ein der gleichen Beziehung

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zwischen Drehzahländerungsgrad und Kreisprozeßdruck entsprechendes Istwertsignal N/P gebildet und mit dem aufgrund der gemessenen Drehzahl- und Temperaturwerte jeweils vorgegebenen Bezugssignal verglichen.

Auf diese Weise kann der Einfluß der von der jeweiligen Flughöhe abhängigen Etaickverhältnisse berücksichtigt werden, d. h. die durch die jeweilige Flughöhe bedingten fehlerhaften Verzerrungen der Drehzahl-Temperatur-Beziehungen haben keinen Einfluß mehr und ein Drehzahlabfall infolge Flammenausfalls kann u.iabhängig von der jeweiligen Flughöhe von einem Drehzahlabfall infolge gewollter Verzögerung unterschieden werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wiederzünd-Steuereinrichtung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in weichen

Fig. 1 schematisch ein Gasturbinentriebwerk mit der Wiederzünd-Steuereinrichtung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Wiederzünd-Steuereinrichtung und

F i g. 3 ein Schaltbild der Wiederzünd-Steuereinrichtung zeigt

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Gasturbinentriebwerk weist einen Verdichter 2, eine Brennkammeranordnung 4, eine Gasturbine 6 und eine Schubdüse 8 auf und kann entweder ein einwelliges Triebwerk oder ein mehrwelliges Triebwerk sein. Im vorliegenden Falle weisen der Verdichter und die Gasturbine jeweils e.hen Hochdruck- und einen Niederdruckteil auf, wobei Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine sowie Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine durch voneinander unabhängige Wellen miteinander verbunden sind.

Das Triebwerk ist mit einer Widerzünd-Steuereinrichtung 10 mit Signaleingängen 12, 14 und 16 ausgestattet, die zur Aufnahme von die Triebwerksdrehzahl N, den Enddruck P des Hochdruckverdichters und die Verdichtereintrittstemperatur Tdarstellenden Meßwertsignalen dienen. Über eine Ausgangsleitung 20 ist die Wiederzünd-Steuereinrichtung 10 mit der Zündeinrichtung 18 des Triebwerks verbunden.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Wiederzünd-Steuereinrichtung. Sowohl die Ableitung N der Triebwerksdrehzahl nach der Zeit als auch der Hochdruckverdichter-Enddruck P sind eine Funktion des Triebwerksparameters N//L Der Quotient N/P ist also ebenfalls eine Funktion von W/TTwobei die Beziehung nahezu linear ist.

Das Meßwertsignal T wird mittels eines Temperaturfühlers erzeugt und gelangt über den Eingang 16 in ein Radizierglied 22, das ein dem Ausdruck /fernsprechendes Signal erzeugt. Dieses dem Wert /Tentsprechende Signal gelangt in ein Dividierglied 24, dem außerdem über den Eingang 12 das Meßwertsignal N zugeführt wird und das ein dem Wert MyTentsprechendes Signal erzeugt, das einem Funktionsgenerator 30 zugeführt wird.

Das über den Eingang 12 ankommende Meßwertsignal N gelangt außerdem in ein Differenzierglied 26, das ein die Ableitung der Triebwerksdrehzahl nach der Zeit darstellendes Signal N-zatugL- Ein weiteres "Dividierglied 28, dem das Signal SI sowie über den Eingang 14 das MeBwertsignal P zugeführt wird, erzeugt ein dem Ausdruck N/Pentsprechendes Istwertsignal.

Der Funktionsgenerator 30 erzeugt jeweils in Abhängigkeit von dem Signal N/j/T ein zugehöriges Bezugssignal (N/P)ck-„,.

In einem Signalvergleicher 32 werden das Istwertsignal N/P und das Bezugssignal (N/P)crc„^ miteinander verglichen und, wenn das Istwertsignal ein bestimmtes Verhältnis zu dem Bezugssignal erreicht, wird über eine Leitung 34 eine Zündeinheit 36 durch ein Steuersignal angesteuert, das die in der Brennkammeranordnung 4 befindliche Zündeinrichtung 18 betätigt Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Zündeinrichtung 18 jeweils dann betätigt, wenn das Istwertsignal größer als das Bezugssignal ist.

Zur Bildung des Istwertsignals N/P kann zwar jeder vorhandene Triebwerksdruck verwendet werden, doch ist es vorteilhaft, einen von der Triebwerksdrehzahl abhängigen Druck zu verwenden und folglich ist es zweckmäßig, den Hochdruckverdichter-Enddruck zu verwenden, da sich dadurch ein konstanter, im Grunde von dem Parameter A///Tunabhängiger Wert für den Parameter N/P ergibt. _Als Programmkurve für die Beziehung zwischen Νή/Tund N/P zur Erzeugung des Bezugssignais (N/P)crenz ergibt sich dann eine gerade, vielleicht etwas gtneigte Linie.

In gleicher Weise kann bei Zweiwellentriebwerken auch die Drehzahl jeder der beiden Wellen als Parameter benutzt werden. Die Hochdruckwelle spricht jedoch auf jegliche Druckerniedrigung in der Brenn- kammer als erste an und folglich arbeitet die Einrichtung schnelle' und empfindlicher, wenn die Drehzahl der Hochdruckwelle ais Parameter benutzt wird.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbeispiel der Wiederzünd-Steuereinrichtung.

Das Differenzierglied 26 besteht im wesentlichen aus einem Kondensator 44 und einem Operationsverstärker 40 mit einem Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand 42. Das Dividierglied 28 enthält einen Widerstand 46, über den das Signal N einem Operationsverstärker 48 zugeführt wird, in dessen Gegenkopplungszweig ein Multiplizierglied 50 und ein Widerstand 52 liegen, wobei dem Multiplizierglied das Signal Pzugeführt wird.

Das Radizierglied 22, welches das Signal |/T~bildet, besteht aus einem Funktionsgenerator, der zu de'n Werten von 7~die zugehörigen Werte von /^speichert. Diese gespeicherten Werte stellen eine Kurve dar, die hier durch drei geradlinige Kurvenäste dargestellt wird. Die drei Leitungszweige 54, 56 und 58 entsprechen diesen drei geradlinigen Kurvenästen. Jeder dieser Leitungszweige ist an ein Potentiometer 60 bzw. 62 und 64 angeschlossen, das so bemessen ist, daß sich der jeweils benötigte Wert für den Ausdruck /Tergibt. Die Leitungszweige 54 und 56 enthalten jeweils einen Widerstand 66 bzw. 68 und liegen jeweils über einen Widerstand 70 bzw. 72 an einer Bezugsspannung REF und enthalten eine Diode 74 bzw. 76. Der Leitungszweig 58 enthält einen Widerstand 78. Über einen Widerstand 80 liegen die einen Enden der Potentiometer 60, 62, 64 einer Bezugsspannung. Außerdem sind die Potentiometer 60, 62 und 64 mit ihren anderen Enden mit einem Operationsverstärker 82 mit einem Gegenkopplungswiderstand 84 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand 86 an einen Operationsverstärker 88 mit einem Gegenkopplungswiderstand 87 angeschlossen ist, dessen Eingang ebenfalls über den Widerstand 80 an der Bezugsspannung liegt.
Das Dividierglied 24 ist im wesentlichen ebenso

aufgebaut wie. das Dividierglied ,28 .und besteht aus einem Operationsverstärker 90 mit einem Gegenkopplungszweig, in welchem ein Multiplizierglied 92 und ein Widerstand 94 liegen. Über einen Widerstand 96 wird das Signal Λ/ dem Operationsverstärker 90 zugeführt, während das Signal /T" dem Mujtiplizjerglied 92 zugeführt wird.

Der Funktionsgenerator 30. setzt das Signal Ν//Γ nach einer geradlinigen Beziehung in das Bezugssignal (N/P)crcm um. Er besteht im wesentlichen aus einem Potentiometer 98, über weiches das Signal N/j/T zugeführt wird, und von welchem ein Signal abgegriffen wird, das dem Wert (t^/P)crcm. entspricht und,über einen Widerstand 104 einem Operationsverstärker 100 mit einem .Gegenkopplungswiderstand 102 zugeführt wird, an dessen Eingang außerdem über einen Widerstand 105 eine Bezugsspannung anliegt. .

Der Signalvergleicher 32 weist wiederum einen Operationsverstärker 106 mit einem Gegenkopplungswiderstand 110 auf, welchem über einen Widerstand 108 das Istwertsignal fiJ/P zugeführt wird, während das Bezugssignal (N/P)crcm dem Operationsverstärker über einen Widerstand 112 zugeführt wird. Ist das Istwertsignal N/P größer als das Bezugssignal (N/P)crena wird über die Leitung 34 der Zündeinheit 36 ein Steuersignal zugeführt. Diese Zündeinheit besteht aus einem Transistor 116 und einem Basiswiderstand 114. Wird der Transistor 116 angesteuert, wird er leitend und folglich fließt zwischen den Betriebsspannungsleitungen 122 und 124 ein Strom über ein Relais 118 und eine Diode 120. Das Relais schließt einen Schalter 126, der dann eine Stromquelle 128 über eine Leitung 20 mit der Zündeinrichtung 18 verbindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Wiederzünd-Steuereinrichtung für Gasturbinentriebwerke mit

a) einem Eingang für ein Meßwertsignal, das der Triebwerksdrehzahl entspricht;

b) einem Eingang für ein Meßwertsignal, das der Verdichtereintrittstemperatur entspricht;

c) einem Eingang für ein weiteres Signal;

d) einem Differenzierglied, das 'ein die Ableitung der Triebwerksdrehzahl nach der Zeit darstellendes erstes Zwischensignal erzeugt;

e) einem ersten Schaltungsteil,, der^ ein den Quotienten aus der-Triebwerksdrehzährund der Quadratwurzel aus der Verdichtereintrittstemperatur darstellendes zweites "Zwischensignal erzeugt; und · ;

f) einer Schaltung, in der das weitere Signal und die Zwischensignale derart verarbeitet werden, daß ein Grenzwert gebildet wird, bei dessen Überschreiten die Schaltung ein Steuersignal zur Betätigung der Zündeinrichtung abgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) das weitere Signal einem Kreisprozeßdruck (P) des Gasturbinentriebwerks entspricht;

h) die Schaltung einen zweiten Schaltungsteil (28) aufweist; in welchem aus dem weiteren Signal und dem ersten Zwischensignal ein dem Quotienten aus der Ableitung der Triebwerksdrehzahl nach der Zeit und dem Kreisprozeßdruck entsprechendes Istwertsignal (WP) erzeugt wird; und

i) die Schaltung einen Funktionsgenerator (30) aufweist, in welchem aus dem zweiten Zwischensignal (WfTJ der Grenzwert ((WP)_Crcm) für das Istw ertsignal (N/P) erzeugt wird.