DE2402302A1 - Brennstoffregelvorrichtung fuer gasturbine - Google Patents

Description

PAT B NTAN WALT S BÜRO 4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTB, 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-lng. A. GERBER

LuoaB Aerospace Liaited Wall Street GB-Bixaingham 16. Januar 1974

fUr Gasturbine

Die Erfindung betrifft ein· Brennstoffregelvorriohtung für eine Gaeturbine, und insbesondere «in« Hegel anordnung für das tfeohheissystem einer Gasturbine·

Bs ist bekannt_t eine Brennstoffregelvorrichtung vorzusehen, bei der eine Puape ait einer Drossel Brennttoff über eine varfciable Dotiereinrichtung den Brennern is Triebwerk suführt. Die Drossel ist durch ein Servodruoksignal in funktion ■et»bar, das auf einen Brennstoff« druckabfall an der variablen Dosiereinrichtung anspricht. Sin ÄÜokkopplungssignal, das *ur Brosselposition in Besiehung steht, ist το« Auegangsdruck der Pumpe angeleitet und wird sum Kodifizieren des Servodruoksignsls verwendet.

Solche Torriohtunges haben sieh in bestirnten Fftllen »ls nioht bufrieedensteilend erwiesen, insofern, dafl die Zeit, die nach der Bewegung der Drossel benötigt wird, damit der Puepenausgangsdruok einen Wert erreicht, der der neuen Drosselposition entspricht, su nioht aksepablen langen Insprechseiten des legelkreises führt, su dem die Drossel und Mittel sur Erzeugung des Servodruoksignals gehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, eine Brennstoff regelvorrichtung der vorstehend genannten Art su schaffen, bei der das 8ervodruoksignal in wesentlichen sofort in Erwiderung auf die änderungen in der Crosselposition aodifieiert wird.

Scfindungsgetaaa ist eine Brennstoffregelvorrichtung für eine Gsstur-

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bin« gekennzeichnet durch eine Pumpe, eine variable Dosisreinrichtung, die auf Betriebebedingungen dea Triebwerks anspricht und durch die ia Betrieb Brennstoff »um Triebwerk fließt, eine Servodruekregelanordnung Bit einem Ventil, das in Erwiderung auf eine Abnahme Iu einem Druckabfall an der variablen Doelereinrichtung zur Erzeugung einer Erhöhung in einem Servodruokeignalbewegbar let, eine Drossel für die Puiape, wobei die Drossel Bit einer Erhöhung in des» Cervodruckeignal zur Erhöhung des förderdrucke der Pumpe bewegbar ist, und auf die Position der Drossel ansprechende Kittel, die in einer Wirkverbindung alt des Ventil stehen, derart, daß eine Bewegung der Drossel in eine Richtung ssur Erhöhung des Förderdrucke zu einer Verringerung des Servodruoksignals durch das Ventil führt.

Si· Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispiel an unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind ι

flg. 1 ein Siagraaa einer Brennstoffregalanordnung,

Fig. 2 die Darstellung einer aodifisierten Fora der Servodruokregel-

anordnung, die einen fell der in 71g. 1 geseigten Anordnung

bildet,
Fig· 3 aine Variante der auf die Fesition ansprechenden Kittel, dia

dar in Fig. 2 geseigten Anordnung sugeordnet sind. Flg. 4 und 5 weitere Alternativen der aerrodritokregelanordnung, die

einen Teil dar in Fig. 1 geseigten Anordnung bildet, Fig· 6 die Darstellung einer Variante dar amf die Position ansprechenden Mittal, dia einen Teil dar in Fig. 1 geseigten Anordnung bilden,

Fig. 7 aine Alternativausführung einer Brennstoffregelvorrichtung und Fig. θ eine Variante dar Ib FIc. 7 geseigten Vorrichtung.

Dia la Fig. 1 geaeigte Brennstoffregelanordnnng hat aine Daapfkern-Kreiselpuape 10, die tob dar Walle einer Gasturbine 11 getriebaa wird. Sie Puape 10 waist ein Drosselsignal Ps an einer Leitung 13 auf, um dia Pujspenl ei stung su erhöhen. Das Signal Ps kotut von einer noch su

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beschreibenden Regelanordnung 14*

Die Drossel 12 ißt gegen den Brack Fe durch den Pumpenausgangsdruck gespannt, der über einen Kanal 17 zugeleitet wird. Der Auslaß 15 dar Pumpe 10 ist über eine variable Dosiereinrichtung 16 mit den HaohhoiE-brennern des Triebwerks 11 verbunden. Die Einrichtung 16 ist ia wesentlichen beschrieben worden in einer anhängigen Parallelanmeldung. Si· Einrichtung 16 weist getrennte Begcleleaente zum Regulieren des Brennstoffstrom» zu drei getrennten Brennern des Eachheissystems auf, wobei nur eine der Ströaungsleitungen geneigt ist.

Die Hegelanordnung 14 weist einen Ventilkolben 18 auf, der in einer Bohrung verschiebbar ist und durch den Förderdruck von der Ptwpe 10 in eine Richtung gedrückt wird, der durch eine Leitung 27 zugeleitet wird, während er in die entgegengesetzte Richtung durch den Druck stromabwärts von der Dosiereinrichtung 16 und durch einen Beglernechanisnus 19 gedrückt wird, der auf die Drehzahl des Triebwerke 11 anspricht. Ein Kanal 20 verbindet die Bohrung der Anordnung Bit einer Hochdruokquelle, sweekaäßigerweise den Auslaß einer Hauptbrennstoffpumpe für das triebwerk. Ein weiterer Kanal 21 verbandet die Bohrung mit eines BiederdruokabfluB. In der Kittellage des Tentilkolbene 18, die in der Zeichnung dargestellt ist, liegt der Druck Ps in der Leitung 13 «wischen des Druck in den Kanälen 20, 21.

Sie Drossel 12 weist eine Partie alt Zahnstangenzähnen 22 auf, die alt einen Bitsei 23 kämen. Der Kolben 2? ist mit einer Welle 24 rerbunden, an der ein Hebel 25 ortsfest angeordnet ist« Der Hebel 25 greift an einer Feder 26 an, die auf ein Ende des Tentilkolbene 18 einwirkt, das von der Regleranordnung 19 »»gewandt 1st. Die Anordnung ist dabei «ine solche, daß eine Bewegung der Drossel 12 nach rechts sua Verringern des Brennstoff stress von der Puspe 10 ein Zusaesendrukken der Feder 26 durch den Hebel 25 bewirkt.

Wenn deshalb la Betrieb die Pumpe 10 angetrieben wird, von dem Triebwerk· um der Einrichtung 16 Brennstoff susufuhren, leitet diese ihrerseits Brennstoff den Kachheiabrennern entsprechend den Betriebsbedin-

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gungen det Triebwerks su. Wenn dlt Einrichtung für «Ine Terringerung de· Brennstoffstrome sorgt, erhöht sich die Druckdifferenz an der Einrichtung 16, und der Tentilkoleben 16 wandert nach recht«, tut ein fallen de· Druck· Pe au bewirken. Die Drossel 12 bewegt sich damit» ua die Leistung der Pumpe 10 su verringern.

Biese Bewegung der Drossel 12 wird durch da· Kitzel 23 und die Welle 24 übertragen* um den Hebel 25 nach links gemäß Fig. 1 su bewegen, wodurch die Kraft rerringert wird, die von der feder 26 auf den Tentilkolben 18 ausgeübt wird. Der Tentilkolben 18 beginnt damit nach links su wandern« um den Druok Ps su erhöhen und ua die reine Kraft BU verringern, die die Drossel 12 nach reohts drückt. Die anschliedende Terringerung im Förderdruck der Pumpe teilt sich durch den Ianal 17 der Drossel 12 «it und bewirkt auch eine zusätzliche Bewegung des Tentilkolbens 16 nach links* Sie Drossel 12 nimmt damit eine neue Cleiohgewiehtsposition ein, in der die Iraft als folge des förderdrucke der Pumpe durch die traft ausgeglichen wird, die die Folge des neuen Werts des Servodruosk Ps ist. Die Abmessungen der jeweiligen Quer* eehnittsflSchen der Drossel 12, die von dem Druck Ps und dem förderdruck der Pumpe beaufschlagt werden, sind derart, daß die Pumpenförderung so geändert wird, daS bewirkt wird, daß der Druckabfall an der Einrichtung zu einem konstanten Vert hin tendiert.

Ss versteht «ich, dafi eine Terringerung im Druckabfall an der Einrichtung 16 in gleioher Weise su einer Erhöhung der Pumpenförderung führt, so dafi dieser Druckabfall auf den ursprünglichen Wert surttokgeführt wird.

Die modifizierte Serroregelanordnung 28, die in fig. 2 geseigt ist, entspricht im wesentlichen der Anordnung 14 aus fig. 1, wobei gleiche Teile gleiche Besugssaahlen erhalten haben. Die Welle 24 ist jedoch durch eine Kurbel 29 mit einem Kolben 30 gekuppelt, der in der Bohrung der Anordnung 28 verschiebbar ist. Sin Hilfskolben 31 ist ebenfalls in der Bohrung verschiebbar, und eine torsionssteife feder 32 ist an den nebeneinanderliegenden Enden des Kolbens 31 und des Tentilkolbens 18 angebracht.

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öffnungen 33, 34 öffnen in die Bohrung und ·1ηά durch »inen Kanal 35 miteinander verbunden» Bin· weitere öffnung ist mit den Kanal 2^ durch einen Kanal 37 verbunden. Die Poeitionen der öffnungen 33» 3-i und 36 und eie Lance des Kolben« 31 ttind. derart» daß eine Bewegung de« Kolbens 31 duroh eine erhebliche Strecke in die eine oder die andere Sichtung au· der in der Zeichnung dargestellten Position dasu führt, daß der Kolben 31 umgangen wird. Sie Kraft» die durch die Teder 32 auf den Tentilkolben 18 ausgeübt werden kann, ist damit begrenzt» Ba die öffnungen 34» 36 »usammen alt «!gehörigen Kanten des Kolbens 31 BurohfluBdroseeletellen bilden können, ist das Maß der Bewegung des Kolbens 31 vor eine» Ausgleich der darauf einwirkenden KrIfte durch die Sruckbeaufeohlagung von de» MaJ dtr Bewegung des Kolbens 31 abhängig» Dieses MaB der Bewegung wiederum hängt το« KaS der Bewegung der PuapendroBsel 12 ab« Sie in Tig» 2 geseigte Tariante liefert daait einesaOeshhwindigkeitswert in das Ettokkopplungssignal τοη dtr Drossel 12·

Die in Flg. 3 geaeigte Tariante weist eine 8erToregelanordnung 28 auf. wie sie in fig. 2 geseigt ist. 9er Kalben 30 steht jedoch i» Umgriff mit eine« Hebel 40 erster Ordnung, der aa eine* relativ ortsfeste* Drehlager gelagert ist und dessen anderes Inde an einer lecke 41 angreift, die duroh die Welle 24 drehbar ist. line Bewegung des Kolbens 30 in Srwiderung auf die Bewegung der Pumpendrossel 12 kamt dajait amf eine geforderte Charakteristik eingestellt werden. Indes die Keoke entsprechend angeordnet oder im besug amf die Veil« 24 gedreht wird«

Sie in flg. 4 geseifte Serree^raekregelaserdnumg 45 ist im wesemtllohem gleioh der in fig. 1 geseigten Anordmuag 14» webei gleiehe Teil· Ue gleichem Besugssahlen erhaltem habem. Sex Tentilkolben 1· ist im diesem TmIIe jedooh im einer Itlse 46 verschiebbar, die selbst im eimern Genaues 47 Ux Anerdnung 45 Tersohiebba* 1st. lie Kanäle 13, 20, 21 stehen mit 4er lehrung der ntlse 4* User betreffemde öffmmngem im 4er Halse 46 im eimer selohen Weise im Yerbimdung, deJ diese Yerbindwg dureh die relativen Fesitionea 4er Ittlse 46 und 4es Oehtmse« 47 mi«ht beeinflußt wird»

Sie Hülse 46 ist mn eimer Stange 4· angebracht, die dichtend emreh «im·

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Ibdwand d·· Gehäuses 47 führt und schwenkbar an einer Kurbel 49 angreift, die mn der Welle 24 angebracht i«t.

Bi* Anordnung ist ein« eolohe, daß die Bewegung der Puapendroseel zur Terringerung der Puapenförderung die Hülse 46 nach linkt bewegt. Der Effekt dieter Bewegung ist der gleiche« al« ob der Tentilkolben 18 nach rechte durch die gleiche Bewegung der Drossel 12 bewegt worden wir··

71g. 5 »eigt ein· Berrodruokregelanoxdnung 50, die ein« Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist. Sie Anordnung 50 weist eine Hülse 51 «nf» die ein geschlossenes lnde 52 hat, so dafi in der Bohrung der EUlse 51 iwisohen des Bade 52 und des sieh daran ansohlie£enden Bhde des Yentilkolfeens 18 eine geschlossene Esjuier 55 gebildet ist. Ia der Kamer 53 iet ein Freikolben 54 Yersohiebbar, der einen gedrosselten Kanal 55 hat, weloher sieh durch diesen erstreckt· Sine tersionssteife Feder 56 ist an den aneinander angrensenden Bnden de« KoI-fceaa 54 «ad de« Tentllkolbens 18 angebraoht.

Xa Betrieb drückt ein· Bewegung der HI·· 51 ia die «ine «der in die amdere liohtung sunlehst dea Kolben 54 «»d davit den Tentilkelben 18 la di· gleieke liohtung. »ie traft, di· amf den Tentilk«l»«n 18 einwirkt, daeit di···» 4er IuIse 51 f*lgt, Terrimgert sieh al« Folg« •ia·· StMoft«···· dmreh den gedrosselten Kanal 55· J>i· Geschwindigkeit, ait d«r sieh di··· Krslt T*rriagert, hingt rmx der Beweguagsge-•ehwiadigkeit de· K«ltea· 54 «ad daait Tea der Bewegungsgeeohwindigkeit der Pwieadressel 11 as. IU Btopfungaeffekt wird daait ia di· ftrwldermag der Aa«rdn«ag 50 eiageftkrt, «ad dieser Btapfuagseffekt syrieht amf di· Äesohwindigkeit ier Dressel 12 aa.

a*f di· firosself«sitl·· aaspreekende Aa«rdB«ag₍ di· la Fig. 6 geteigt ist, weist eia· Faejf· (0 Mf, di· la wceaetllchen der Puape 10 entstrickt. Ia diese« fall· Jedeeh greift da« litsel 25 ia eine Äabn-•taageafaxtie 61 eines weiteren Kelbeas 62 ein, der in elnesi Zylinder 63 T*r«ohiebbar 1st. »er lylinder 65 steht ait eine« weiteren Zyliader 64 la Terbimdumg, in d«a ein lilfskolsea 65 reraohiebbar ist. 3>«r

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Schaft dee Kolbens 65 bildet ein· Auegangaglied, dessen Bewegung der Bewegung; der Drossel 12 entspricht, vobei das Verhältnis der betreffenden Bewegungen von den Abmessungen der Kolben 62 und 65 abhängt. Eb versteht sich, daß diese auf die Position ansprechende Anordnung kin ^verbindung alt irgendeines der Aueführungebeispiele verwendet werden kann» die la Zusammenhang mit Fig. 1 bis 5 *>«- schrieben worden sind, anstatt mit der dort gezeigten mechanischen Kopplungen.

Die Brennstoffregelvorriehtung, die in Fig· 7 geseigt ist, hat eine Pumpe 70* die sich in ihrer Ausführung von der Pumpe gemäß Fig· 1 dadurch unterscheidet, daß die Drossel 12 gegen den Servordruck Ps in der Leitung 1? duroh eine Feder 71 in einer Kasaner 74 geepannt ist. Die Drossel 12 weist ferner keine Zahnstangenpartie und kein augehörigee Ritual auf· Sie Bewegung der Drossel 12 wird hydraulisch durch einen Kanal 72 von der Kammer 74 zu einem Hilfskolben 75 übertragen, der alt des Ventilkolben 1Θ einer ßtrvodruckregelanordnung 74 verbunden ist, welche sich von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung 14 nur duroh das Torsehen des Kolbens 73 unter eefei^dat. Biese Anordnung liefert damit ein Positiona-Euokkepplungeeigiifil durch eine ander« Ausführung, als das is Fig. 6 geseigt ist·

Sie in Fig. 8 gezeigte Brennstoffregelvorrichtung hat eic· Pumpe 80, die im wesentlichen der in Flg. 7 geneigten Pumpe 70 entspricht· Hin sus&tslicher Kanal 81 steht jedooh ebenfalls alt der Kanaaer 74 in dar Pumpe 80 in Verbindung.

Eine Servodruokrßgelanordnung 32 ist allgemein ähnlich der Anordnung 23 in Flg. 2, außer daß der Hilfskolben 31 auf die Bewegung der Drossel 12 anspricht» die duroh den Kanal ?S übertragen wird. Bar Kanal Θ1 steht sit der Bohrung dar Anordnung 82 in Verbindung, so daS die Bewegung das Kalbes» 51 aaeh liaks gsj&äS der laxeteilung in 4er Zeichnung über eine bestirnte Strecke hinaaa dasu führt» daß des Kolben durch die Kaaaer 74 der Pumpe 80 Oagaag#E vird_s wobei Brennstoff dann In die Kaamer 74 vom. PuapenauelaB 15 duroh die Kanäle 27 und81 geeaagt wird. Eine anschlieBende Bewegung des Kolbens 31 nach rechts eua Frei-

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legen der öffnung $6 ermöglicht «in Flieien tob Brennstoff ana der C«M«r 74 «oxen Al« lanll· 72, 57, 27 ro» Λ*ρ·η«ιβ1·β 15. Hn« Schvia«*&£ der ])roaa·! 12 bewirkt dealt ein UleBen Toa Brenneteff daroh dl« Kaaeier 74 und Aureh die lueier, dl· «wleohen dea Kolben 51 «nd einer Indvand der Ifthrmig der knexinwag 82 gebildet let. Die-•e Vlrkonff dient dmsu, teft oder Baatpf ma· dleeea fell de· hydrau« liaohen Xrelaea iu estfernen·

inaorttoae

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Claims (1)

1. Ansprüche

   U) Brennstoffregelvorrichtung für eine Gasturbine, gekennzeichnet duroh eine Pumpe, eine variable Dosiereinrichtung, die auf Betriebsbedingungen de« Triebwerke anspricht und durch die im letrieb Brennstoff zum Triebwerk flleflt, eine Servodruckregelanordnung mit eine« Ventil, das in Erwiderung auf eine Abnahme in eine« Druckabfall an der variablen Dosiereinrichtung zur Erzeugung einer Erhöhung in einem Serodrucksignal bewegbar ist, eine Drossel für die Pumpe, wobei die Drossel mit einer Erhöhung in de« Servodruoksignal sur Erhöhung des Förderdrucke der Pumpe bewegbar ist, und auf die Position der Drossel ansprechende Mittel, die in einer Viriniverbindung mit dem Ventil stehen, derart, daß eine Bewegung der Dorssel in eine Richtung sur Erhöhung des förderdruck* au siner Verringerung des nervodrucksignals durch das Ventil führt·

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Sroseelposition ansprechende Mittel eine duroh die Bewegung der Boresel drehbare Welle aufweisen, wobei ein Hebel duroh die Welle schwenkbar ist, der alt dem Ventil zusammenwirkt·

   3. Vorrichtung nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, defl die Drossel eine versahnte Partie und die auf die Droeselpoeition ansprechenden Mittel ein Zahneletaent aufweisen, das alt der veraahnten Partie kätamt und in einer treibenden Verbindung ait der Welle steht.

   4· Vorrichtung nach Anspruoh 2 oder 3» gekennseichnet duroh eine feuf der Welle zur Drehung duroh diese sitsende Nooke, wobei ein Bade des Hebels an der Hocke angreift und das andere Ende des Hebels Bit den Ventil zusammenwirkt.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4t gekennseichnet durch eine zwischen den auf die Drosselposition ansprechenden Mitteln und dent Ventil sitzende Feder, die das Ventil gegen eine Bewegung als Folge einer Abnahme in dea Druckabfall beaufschlagt, wobei die auf

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   VO

   •41· Srosaelpoaition ansprechenden Mittel zur Änderung der durch die Feder attageübten Vorspannung in Funktion aetabar sind.

   6« Torrichtung naoh Anapruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Drosselpositlon anaprechenden Mittel Mittel zur Erzeugung einea weiteren Serrodruekaignala aufweisen, daa von der Position der Dro·- ael abhängt, wobei ein erater Kolben auf den weiteren Serrodruck anaprioht und die Feder xwiaohen des era ten Kolben und de* Tent 11 wirkau ist.

   7· Torrichtung nach Anapruch 6, dadurch gekennaeiohnet, daft di· Mittel Bur Kraeugung des weiteren Serrodruckaignala einen durch die Droaaal bewegbaren »weiten Kolben aufweiaen, wobei das weitere lerrodruckaignal in einem Bau« gebildet wird, der awiaohen deat ersten und den aweiten Kolben gebildet let.

   β. Torriohtung naoh inapruoh 7, gekennaeichnet dureh Mittel aur Begrensung der Bewegung de· ersten Kolbana in eine «rat· Richtung rar Terrlngerung des ersten Serrodruokaignala.

   9* Torriohtung nach Anspruoh β, da4oroh gekennselohnet, daß dl· Mittel aur Begrensung einen Kanal aufweiaen_t der durch Bewegung de· ersten Kolbens fiber einen beatiaaten Grenswert hinan· in di· erste Sichtung so geSffnet wird, daJ die Drück· auf gegenflberliegenden 8eiten d·· ersten Kolben· auagegliohen werden.

   10. TorrichtuÄg naoh einen der Anspruch J bis 9· gekennaeichnet dueroh weitere Mittel aur Begrensung der Bewegung d·· ersten Kolbens in eine sw*lt· liohtung sur Xrhöhung des ersten Serrodrucka.

   11. Torriohtung nach Anepruoh 10, dadurch gekennselohnet, dafi die terea Mittel sur Begrensung einen Kanal aufweiaen, der dureh die Bewegung des «raten Kolbens über einen bestirnten Grenswert hinaus in die aweite liohtunge geöffnet wird, derart, daB die Drüoke auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Kelbetna auagegliohen werden.

   12. Torrichtung nach einea der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennseioh-

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   ntt, d«6 4m Ye&til einen in Erwiderung «af da· Bervodruckeignal bevesbar«a T«ntilkolb«n «ufweiet und «in« «it öffnungen T«ra»fa«n« HUl·· arnm T«ntilkoll>«n VB^ibt, dl· ait d«n «uf die Dro«B«l«poiition axiBpr«oh«ftd«n Mitteln sur B«v«gfunc duroh Al··· gekoppelt ist«

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