DE2410402A1

DE2410402A1 - Pumpe mit veraenderlicher verdraengung fuer gasturbinen-brennstoffsteueranordnung

Info

Publication number: DE2410402A1
Application number: DE2410402A
Authority: DE
Inventors: Milton R Adams; Harvey B Jansen
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2410402B2; FR2220674A1; JPS554941B2; GB1462081A; DE2410402C3; US3909159A; JPS49117813A; SE392748B; FR2220674B1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WASMEIER

REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 10

Patentanwälte Begrich · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach Π

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G/P 7794

Tag

1. März 1974 W/We

The Garrett Corporation, 9851-9951 Sepulveda Boulevard, Los Angeles, California 90009, USA

Pumpe mit veränderlicher "Verdrängung für Gasturbinen- Brennst of f st eueranordnung .

Zusammenfassung

Gegenstand der Erfindung ist eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung für eine Gasturbinen- Brennstoffsteuerung, die eine verschiebbare Druckunterschiedsmembrananordnung aufweist, wobei eine Membran den Brennstoff pumpt, während eine andere (die Betätigermembran) eine Verschiebung der Anordnung in Abhängigkeit von Kräften bewirkt, die mechanisch in Abhängigkeit von dem Motorbetrieb nachgiebig über Federkraft und einem kontrollierten Strömungsmitteldruck aufgegeben werden. Die Verdrängung wird so verändert, daß die Drehzahl der davon gesteuerten Gasturbine geändert wird, indem der Druck verändert wird, der auf die Betätigermembran entweder über einen von der Gasturbine angetriebenen Fliehkraftregler oder einen

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solchen Regler in Verbindung mit einer Drossel aufgegeben wird. Zusätzlich kann die Turbinendrehzahl durch ein elektrisch betätigtes Ventil verändert werden, das in der Brennstoffleitung zwischen Pumpe und Verwendungsstelle angeordnet ist. Zum Anlassen wird eine nachgiebige Kraft über eine Feder auf die Betätigermembran ausgeübt. Eine Kombination aus Feder und druckbetätigter Membran wird verwendet, um den Drück auf den Brennstoff zwischen dem Pumpenauslaß und der Verwendungsstelle während der Zuführung von Brennstoff in die Pumpe aufrechtzuerhalten. Wenn die Gasturbine mit einer freien oder Leistungsturbine versehen ist, kann ein zweiter Fliehkraftregler verwendet werden, um den-Druck, der auf die Betätigermembran ausgeübt wird, zu ändern oder zu begrenzen, und damit eine unerwünschte Überdrehzahl der Maschine zu verhindern.

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffpumpen der Art, wie sie bei Brennstoffsystemen für Motoren verwendet werden, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden. Insbesondere bezieht sich vorliegende Erfindung auf eine Verdrängungspumpe mit veränderlicher Leistung für eine Gasturbinenbrennstoffsteueranordnung. Die Brennstoffpumpe nach vorliegender Erfindung fällt in die Kategorie von Brennstoffpumpen, wie sie beispielsweise in den US-PSen 3.220.184 und 3.267-670 beschrieben und dargestellt sind.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, eine Verdrängungspumpe mit veränderlicher Leistung anzugeben, die insbesondere für eine Gasturbinensteueranordnung geeignet ist, indem eine Einrichtung vorgesehen wird, die auf verschiedene Funktionen und Ausgänge der Turbine zur Steuerung des Turbinenbetriebes anspricht.

Gemäß der Erfindung wird dies mit einer Pumpe erreicht, die gekennzeichnet ist durch

a) ein Element, das in einer Richtung verschiebbar angeordnet ist und Brennstoff aus einer Speisequelle entnimmt, und das in der entgegengesetzten Richtung verschiebbar ist, damit

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dieser Brennstoff aus dem Pumpenauslaß unter Druck an eine Verwendungsstelle abgegeben wird,

b) eine kraft getriebene Vorrichtung, die mechanisch das Element in Richtung der Entnahme von Brennstoff aus der Speisequelle verschiebt,

c) eine kombinierte nachgiebige und auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung,, die das Element in Richtung der Abgabe des Brennstoffes an die Verwendungsstelle bewegt,

d) eine Vorrichtung zur Veränderung des Strömungsmitteldruckes, das der genannten Vorrichtung aufgegeben wird, um die Abgabegeschwindigkeit des Strömungsmittels durch das Element zu regeln, und

e) eine Drosselvorrichtung zur Handeinstellung des Wirkungsgrades der den Strömungsmitteldruck verändernden Vorrichtung.

Mit der Erfindung wird eine Verdrängungspumpe mit veränderlicher Leistung vorgeschlagen, die eine hin- und hergehende, mit Druckunterschied arbeitende federbelastete Membrananordnung aufweist sea, welche mechanisch in einer solchen Sichtung betätigt wird, daß sie einen Brennstofffluß zur Pumpe ergibt, und die durch Strömungsmitteldruck in der entgegengesetzten Eichtung betätigt wird, um Brennstoff in den Motor einzuspritzen. Sowohl mechanische als auch Strömungsmitteldruckbetätigungen können auf den Motorbetrieb ansprechen.

Ferner wird mit vorliegender Erfindung eine Verdrängungspumpe mit veränderlicher Leistung vorgeschlagen, bei der eine einstellbare Feder zur Belastung der Membrananordnung in der Brennstoff einspritzrichtung vorgesehen ist, um den Motoranlauf Vorgang vor oder während der Zeit, während der der Motorkompressor anfangs Druckluft erzeugt, zu erleichtern.

Auch wird die erfindungsgemäße Pumpe mit einer Vorrichtung zum Aufgeben eines gesteuerten Kompressorabgabedruckes an die Mem-

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brananordnung versehen, um die Brennstoffeinspritzbewegung zu erzielen und die Druckanwendung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern zu regeln, wobei eine optimale Maschinenleistung erhalten wird.

Des weiteren wird gemäß der Erfindung die Pumpe in der Weise ausgebildet, daß der Brennstoffdruck zwischen dem Pumpenauslaß und der Stelle der Brennstoffeinspritzung während der Zeit, in der die Membrananordnung der Pumpe sich in einer solchen. Richtung bewegt, daß ein Brennstofffluß von der Speisequelle zur Pumpe erhalten wird, aufrechterhalten wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine zusätzliche Einrichtung zur Veränderung des Brennstoffvolumens vorgesehen, das in den Motor über ein elektrisch betätigtes Ventil eingespritzt wird, welches mit elektrischer Energie betätigt wird, die von einem über den Motor mit der Pumpe verbundenen Generator erzeugt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine besondere Anpassung zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgenommen, um eine optimale Emissionssteuerung und Hubleistung zu gewährleisten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Figurenbeschreibung.

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2410402 Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinenmotors mit einer Brennstoffsteueranordnung gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine vergrößerte schematische Ansicht der Brennstoffsteueranordnung nach Fig. 1,

Figur 3 eine schematische T_eilansicht eines Gasturbinenmotors mit einer Leistungsturbine, die mit einer Vorrichtung zur Ergänzung der Brennstoffsteueranordnung nach Fig. ausgerüstet ist,

Figur 4 eine grafische Darstellung des Brennstoffdurchsetzes relativ zur Turbinendrehzahl während eines typischen Arbeitszyklus der Brennstoffsteueranordnung, und

Figur 5 eine schematische Darstellung der Grundprinzipien der Brennstoffsteueranordnung nach vorliegender Erfindung.

In Figur 1 ist mit 10 ein Gasturbinenmotor bezeichnet, dem die Pumpen- und Brennstoffsteueranordnung gemäß der Erfindung zugeordnet werden kann. Vie üblich, weist der Motor 10 eine Turbineneinheit 11 und eine Kompressoreinheit 12 auf, die beide über eine Drehwelle 13 miteinander verbunden sind. Eine ■Verbrennungseinrichtung 14 mit einer Brennstoffdüse 15 nimmt komprimierte Luft aus dem Kompressor über eine Leitung 16 und Brennstoff über eine Leitung 17 auf und verbrennt ein Luft-Brennstoffgemisch, so daß heiße Gase entstehen, die über die Leitung 18 zur Turbine strömen und die Turbine antreiben. Verbrauchte Gase können über den Auspuff 20 ins Freie abgeleitet werden. Der Betrieb der Turbine wird vorzugsweise durch Veränderung der in die Verbrennungseinrichtung 14 eingespeisten

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Brennstoffmenge geregelt.

Die Erfindung "bezieht sich, insbesondere auf die Brennstoffsteueranordnung 21 in I?ig. 1 und die Brennstoffpumpe 22, die einen Teil der Anordnung 21 bildet. In 3?ig. 2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Brennstoff steueranordnung und der Pumpe dargestellt.

Wie die S¹Ig. 2 zeigt, weist die Anordnung 21 einen Brennstoffvorrat 23 auf, der in einem Reservoir oder Tank aufgenommen ist, von welchem eine Leitung 24 zum Eingang 25 der Pumpe 22 führt. Eine weitere Leitung 26 führt vom Ausgang 27 der Pumpe zur Düse 15 der Verbrennungseinrichtung 14. Die Brennstoffpumpe weist ein Gehäuse 28 auf, das so ausgebildet ist, daß es eine Brennst off pumpkammer 30 und eine Betätigungskammer 31 enthält. In der dargestellten Pumpe sind diese Kammern z.B. bei 32 im Abstand versetzt, damit ein Hebel 33 aufgenommen werden kann, dessen Zweck weiter unten erläutert wird.

Die Pumpe weist eine Ausgleichsmembrananordnung 34 auf, die in dem Gehäuse 28 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Diese Anordnung besitzt eine Pumpenmembran 35» die am Umfang im Gehäuse aufgenommen ist und eine bewegliche ¥and auf einer Seite der Pumpkammer 30 bildet. Eine derartige Anordnung besitzt auch eine Betätigermembran 36, die ebenfalls am Umfang aufgenommen wird, damit eine bewegliche Wand auf einer Seite der Betätigerkammer 31 gebildet wird. Die Membrane sind über eine Stange so miteinander verbunden, daß sie sich gemeinsam bewegen. Die Membran 36 ist im Durchmesser größer als die Membran 35» der Grund hierfür wird weiter unten erläutert; das Flächenverhältnis der Membrane ist zu Darstellungszwecken mit 2:1 gewählt, obgleich auch andere Verhältnisse verwendet werden können, wenn dies zweckmäßig erscheint.

Der Eingang 25 i.st mit einem .Rückschlagventil 38 ausgerüstet

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damit ein Fluß von der Kammer 30 zur leitung 24 verhindert wird. Der Auslaß 27 weist in ähnlicher Weise ein Rückschlagventil 40 auf, um einen Fluß von der Leitung 26 zurück in die ' Kammer 30 zu verhindern. Wenn die Membran 35 in. der Richtung "bewegt wird, daß die Kammer 30 vergrößert wird, wird Brennstoff eingeführt, der vom Behälter 23 in die Kammer 30 strömt. Wenn die Membran 35 in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird, so daß die Größe der Kammer 30 abnimmt, wird Brennstoff unter Druck gesetzt, und fließt an dem Rückschlagventil 40 vorbei in die Leitung 26, die zur Brennstoffdüse 15 führt. Letztere hat verengte Auslässe und wird bei einem Kompressorabgabedruck der Luft ausgesetzt; der Brennstoff in der Kammer 30 und der Leitung 26 muß deshalb notwendigerweise unter Druck gesetzt werden, damit er in die Verbrennungseinrichtung injiziert werden kann.

Die Membrananordnung ist mechanisch und direkt in einer Richtung bewegbar, daß sie einen Brennstoff-Fluß von dem Behälter in die Kammer 30 über den Hebel 33 bewirkt, der um seinen Drehpunkt 33' in Abhängigkeit von der Drehung eines Nockens 41 schwingt, welcher von der Turbinenwelle 13 angetrieben wird. Ein Ende des Hebels 33 wird elastisch nachgiebig über eine Feder 42 gegen den Nocken gedrückt, während das andere Ende in Eingriff mit einer Schulter 43 kommt, die an der Staa@^7 vorgesehen ist. Wenn der Nocken mit dem Hebel 33 in Eingriff kommt und ihn um den Schwenkpunkt 33' bewegt, verschiebt der Hebel die Membrananordnung in der Brennst off zuführrichtung, und die Kammer 30 wird mit Brennstoff gefüllt.

Die Membrananordnung 34 wird nachgiebig in einer Richtung bewegt, in der sie Brennstoff aus der Kammer 30 austreibt, und zwar durch Kombination einer Federkraft und des Strömungsmitteldruckes, der der Betätigermembran 36 aufgegeben wird. Die Kammer 31 enthält eine Feder 44, deren eines Ende in Eingriff mit der Membran

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36 kommt, während das andere Ende in Eingriff mit einem einstellbaren Anschlagbauteil 45 kommt, das in das Gehäuse 22 eingeschraubt ist. Dieses Anschlagbauteil kann auf die Membran 36 zu und von ihr weg eingestellt werden, damit die Federkraft, die der Betätigermembran aufgegeben wird, verändert werden kann. Eine solche Kraft wird verwendet, um den Brennstoffdruck für den Motoranlaufbetrieb der Turbine durchzuführen, bevor der Kompressor mit der Erzeugung des Druckes beginnt. Wenn die Motordrehzahl zunimmt und der Kompressorabgabedruck sich aufbaut, wird diese Kraft zur Unterstützung der Federkraft verwendet, die der Betätigermembran aufgegeben wird.

Zur Ausnutzung des Kompressorabgabedruckes stellt eine Leitung 46 eine Verbindung zwischen der Kammer 31 und der Kompressorabgabe 16 her. Diese Leitung enthält eine Begrenzung 47 und eine Anzapfmündung 48, die ins Freie zwischen der Begrenzung 47 und der -kammer 31 führt. Der Kompressorabgabeöruck, der der Membran aufgegeben wird, kann durch Änderung der wirksamen Größe der Anzapfmündung 48 verändert werden. Dieser Vorgang wird in der Weise durchgeführt, daß ein Endteil eines AnzapfSteuerhebels 50 auf die Mündung zu und von ihr weg bewegt wird. Der Hebel 50 wird z.B. bei 51 schwenkbar ausgebildet. Die Lage des Hebels 50 relativ zur Mündung 48 kann in der Weise geändert werden, daß der normale Turbinenbetrieb über Handbetätigung einer Drossel 52 gesteuert wird. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Drossel 52 einen Hebel 53 auf, der schwenkbar bei 54 gelagert ist. Die Feder ^ zwischen dem Hebel 53 und dem Hebel 50 drückt nachgiebig den Anzapfsteuerhebel 50 gegen eine die Mündung begrenzende Stellung, wenn der Drosselhebel 53 in Richtung des Pfeiles 56 (Fig. 2) bewegt wird, um die Motordrehzahl zu vergrößern.

Durch Begrenzung der Mündung 48 wird das Strömungsmittelvolumen, das von dort abgenommen wird, verringert und der Strömungsmitteldruck in der Kammer 31 wird erhöht. Als Folge davon wird die der

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Membran 3 6 aufgegebene Kraft ebenfalls vergrößert, wodurch wiederum der Brennstoffdruck erhöht wird und mehr Brennstoff in die Verbrennungseinrichtung injiziert wird und infolgedessen die Motordrehzahl zunimmt. Um die Motordrehzahl zu verringern, wird die effektive Größe der Mündung·48 vergrößert und auf diese Weise der Strömungsmitteldruck in der Kammer 31 vermindert. Der Membran 36 wird eine geringere Kraft aufgegeben und infolgedessen gibt die Membran 35 eine geringere Kraft auf den Brennstoff in der Kammer 30 und in der ^eitung 26 auf. Da der Brennstoff druck verringert wird, wird weniger Brennstoff ir die 7erbrennungseinrichtung injiziert und der Motor wird verzögert. Durch Steuerung der Anzapfung aus der Mündung 48 kann somit der Motorbetrieb geregelt werden.

ITm die Anzapfung aus der Mündung 48 und damit den Motorbetrieb vollständiger steuern zu können, werden die Einflüsse der Drosselwirkung entsprechend ausgewählten Parametern des Motorbetriebes modifiziert. Eine Möglichkeit, um dieses Ergebnis zu erreichen, besteht darin, daß ein von der Turbine angetriebener Fliehkraftregler 57 verwendet wird, der einen Teil der zu Darstellungszwecken beispielsweise gezeigten Brennstoffsteueranordnung bildet. Der Kegler 57 ist ein Regler mit im wesentlichen konventioneller Bauweise mit einem Kopf 58, der drehbar mit einer Welle 60 befestigt ist, welche von dem Motor angetrieben wird. Der Kopf 58 besitzt eine Vielzahl von gelenkig, z.B. bei 62, an ihn befestigten Winkelhebeln 61, damit in Abhängigkeit von der auf die gewichtsbelasteten Enden 63 wirkenden Zentrifugalkraft eine Schwingbewegung ausgeübt wird. Die Hebel 61 besitzten Arme 64, die so angeordnet sind, daß sie mit einem Gleitkolben 65 in Eingriff kommen und ihn gegen den Hebel 50 an dem Ende aus der entgegengesetzten Seite des Schwenkpunfetes 51 in bezug auf die Mündung 48 verschieben. Wenn der Motor mit der Beschleunigung

er

beginnt, arbeitet der Regler 57 in der Weise, daß/den Anzapfsteuerhebel 50 in einer Richtung bewegt, in der die wirksame Fläche der Mündung 48 vergrößert wird, und der Strömungsmitteldruck in der Kammer 31 wird an einer Vergrößerung gehindert. Der Brennstoffdruck wird entsprechend begrenzt und die Motordrehzahl wird an einer weiteren Erhöhung bei der betreffenden

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Drosseleinstellung gehindert.

Um die Motordrehzahl zu vergrößern, muß dann die Drossel in Richtung des Pfeiles 56 in eine neue Einstellung gebracht werden, in der der Anzapfsteuerhebel 50 wieder die wirksame Fläche der Mündung 48 verengt und der Druck in der Kammer 31 beginnt, einen zusätzlichen Brennstoffdurchfluß zur Verbrennungseinrichtung zu vergrößern. Wenn sich die Motordrehzahl wieder zu beschleunigen beginnt, ninnat der Regler 57 nochmals eine Steuerung vor und die vorstehend beschriebenen Arbeitsvorgänge werden wiederholt. Der Regler steuert die Motordrehzahl· durch Nachstellen der Spannung der nachgiebigen Verbindung zwischen dem Anzapfsteuerhebel 50 und der Drossel. Der Motorbetrieb wird somit in wirksamer Weise durch die Kombination von Drossel und Regler gesteuert.

Aufgrund der nachgiebigen Verbindung zwischen der Drossel 52 und dem Anzapf steuerhebel 50, die durch die Feder 3!? vorgesehen wird, kann der Hebel durch den Regler in eine Mündungsöffnungsrichtung bewegt werden, obgleich die Drossel in einer Stellung gehalten wirdj/der normalerweise eine Motorbeschleunigung erzielt wird. Wenn die Drossel gegen eine sogenannte Geschlossenstellung bewegt wird, nimmt die Anzapfung durch die Mündung 48 zu und der Brennstofffluß zum Motor wird vermindert bzw. unterbunden. Es erfolgt dann eine Verzögerung auf eine Lehrlaufdrehzahl, die durch die Stellung eines Verzögerungsanschlages 66 bestimmt sein kann. Wenn der Hebel 50 mit einem solchen Anschlag in Eingriff kommt, begrenzt die Mündung 48 die Anzapfung nicht und es wird der Membran 36 kein Strömungsmitteldruck aufgegeben. Der Widerstand gegen Brennstoffeinspritzung kann zu diesem Zeitpunkt genügend groß sein, damit die Membran 36 voll zurückgezogen ist, so daß kein Brennstoff eingespritzt wird, und der Motor beschleunigt dann unter minimaler Leistung.

Eine grafische Darstellung des Brennstoffdurchsatzes in bezug auf die Motordrehzahl während eines typischen Arbeitsspieles

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der Brennstoff steueranordnung ist in Figur 4 gezeigt. Die Kurve FF zeigt den Breirnstoffdure&fIuB in der Anlaufphase des Motorbetriebes und die Erhöhung während der Beschleunigung, wenn eine maximale Leistung erzeugt wird. Wenn während der Beschleunigung die Stellung der Drossel aufrechterhalten wird, führt der Regler 57 eine Steuerung durch, und es wird nur die Brennstoffmenge eingespritzt, die ausreichend ist, um die Motordrehzahl bei der geweiligen Drosseleinstellung aufrechtzuerhalten. Wenn der Motor die maximale Drehzahl bei voller Leistung aufgrund dieser Bewegung der Drossel in die "vollgeöffnete" Stellung erreicht hat, hält der Regler einen solchen Betriebszustand aufrecht, bis die Drossel in eine Qesehlossen-Stellung bewegt worden ist und der Brennstoffdurchfluß vermindert worden ist, wobei der Motor sich bei minimaler Leistung verzögern kann. Vie vorstehend erwähnt, kann der Brennstoffdurchfluß zu diesem Zeitpunkt nahe Null sein oder nur so groß sein, wie dies erforderlich ist, damit die Flamme nicht abreißt.

Wie gestrichelt in Figur 4 angedeutet, ergibt sich eine Verringerung des Brennstoffbedarfes, wenn ein Heißreg-enerator verwendet wird.

Aus Figur 2 ergibt sich, daß die Leitung 26 mit einer Vorrichtung 67 ähnlich einem Akkumulator versehen ist, die eine Kammer 68 aufweist, welche mit der Leitung 26 in Verbindung steht. Eine Wandung einer solchen Kammer weist eine Membran 69 auf, die durch eine Feder 70 so mif Druck "beaufschlagt wird, daß das Kammervolumen abnimmt. Der Strömungsmitteldruck aus der Kompressorabgabe wird auch über eine Leitung 71 auf die federbelastete Seite der Membran aufgegeben. Die Vorrichtung 67 kann als "Pulsator" bezeichnet werden, weil der Strömungsmitteidruck einer Bewegung der Membran in Abhängigkeit von dem Feder- und Kompressorabgabedruck entgegenwirkt. Der Pulsator dient dazu, den Brennstoffdruck in der Leitung 26 aufrechtzuerhalten, wenn die Membran 35 durch einen nockenbetätigten Hebel 33 in einer Richtung bewegt wird, in der Brennstoff in die Kammer 30 aus dem Tank 23

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eingeführt wird. Aufgrund der Konstruktion des Hebels 33 und der Membrananordnung 34- bewegt der Hebel 33 die letztere nur in einer Richtung, und zwar in einer solchen Sichtung, daß die Kammer 30 mit Brennstoff gefüllt wird; wenn ein genügender Widerstand gegen Brennstoffeinspritzung vorhanden ist, kann die Membrananordnung in einer zurückgezogenen Stellung verbleiben, obgleich der Nocken 41 sich weiterdreht.

Figur 2 zeigt ferner eine Leitung 26 mit einem Steuerventil 72, das als Sicherheitsventil bezeichnet werden kann. Dieses Element besitzt einen proportional wirkenden Solenoidbetätiger 73, der in eine elektrische Steuerschaltung mit einem elektrischen Generator 74- eingeschaltet ist, welcher seinerseits so geschaltet ist, daß er durch die Q?urbine (vergleiche Figur 1) und einen Rechner 73a betrieben wird, der das Solenoid 73 proportional dem von dem Generator 74- erzeugten drehzahl-abhängigen Strom antreibt. Falls die Motordrehzahl zu stark zunimmt, bewegt das Solenoid das Ventil in eine Schließstellung, um den Brennstoffdurchfluß zum Motor zu begrenzen oder zu verringern, um entweder die Drehzahl zu stabilisieren oder eine Verzögerung zu bewirken. Andere Parameter des Motorbetriebes, z.B. Turbineneinlaß- oder -auslaßtemperaturen, können der elektronischen Steuerschaltung Signale aufgeben, um das Solenoidventil proportional zu betätigen und die Brennstoffzufuhr zu regeln.

Wie in Figur 5 gezeigt, können Signale, die von der Drosselstellung und den Motorbetriebsbedingungen abhängen, in einen Rechner 75* z.B. einen elektronischen, pneumatischen, hydromechanischen oder einen Hybridrechner eingegeben werden, dessen Abgabe dazu verwendet wird, ein Element 76 proportional zu beaufschlagen, um die Anzapfung aus der Kammer 31 des auf den Strömungsmitteldruck ansprechenden Betätigers der Brennstoffpumpe zu steuern.

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Figur 5 zeigt ferner mit gestrichelten Linien 76, daß der Ausgang aus dem Rechner 75 dem Solenoid 73 zur Betätigung des Ventiles 72 in der Brennstoffzuführleitung 26 aufgegeben werden kann, um den Motorbetrieb in Abhängigkeit von einer beliebigen Form der Berechnung zu regeln.

Wie Figur 3 zeigt, kann die Brennstoffsteueranordnung so modifiziert werden, daß sie für einen Gasturbinenmotor anwendbar ist, bei dem der Auslaß aus der ersten Turbine 11 einer zweiten Turbine PT aufgegeben wird, die häufig als Leistungsturbine zum Antrieb einer entsprechenden Last L verwendet wird. Andererseits kann ein zweiter Fliehkraftregler 77 zur Steuerung der Anzapfung aus einer zweiten Steuermündung 78 vorgesehen sein, die über eine Leitung 80 mit der Leitung 46 und der Kammer 31 auf der stromabwärts liegenden Seite der Mündung 47 angeschlossen ist. Der Regler 77 ist etwa gleich dem Regler 57» jedoch so angeordnet, daß er von der Leistungsturbine angetrieben wird, und er kann so eingestellt sein, daß er normalerweise geschlossen ist, mit Ausnahme während einer Überdrehzahl der Leistungsturbine. Dieser Regler vermindert den Brennstoffdurchfluß proportional ähnlich dem Regler 57 durch Anzapfen komprimierter Luft aus der Kammer 31.

Falls erwünscht, kann ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal in Form eines temperatürempfindlichen Ventiles 81 in der Brennstoffleitung 26 verwendet werden. Dieses Ventil kann auf die Turbineneinlaßtemperatur ansprechend ausgelegt werden und funktioniert in der Weise, daß es den Brennstoffdurchfluß zur Verbrennungseinrichtung verringert, wenn die Turbineneinlaßtemperatur beginnt, einen vorbestimmten Wert zu überschreiten. Das von der Temperatur erzeugte Signal kann der elektronischen Steuerschaltung 73a des proportional arbeitenden Solenoidbetätigers 73 aufgegeben werden, falls dies zweckmäßig erscheint.

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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß eine Brennstoff steueranordnung für einen Gasturbinenmotor mit einer Kombination von Einlassen einschließlich einem Handdrosselsignal, einem auf Drehzahl ansprechenden Signal, einem auf Temperatur ansprechenden Signal, einem auf Druck ansprechenden Signal und einer Kombination aller dieser Signale vorgeschlagen worden ist. Diese Signale können verwendet werden, um die Brennstoffeinspritzung auf pneumatischem oder elektronischem Wege zu regeln.

In Figur 5 ist eine Kombination solcher Steuerungen gezeigt, bei denen Signale aus der Drossel, von einem Drehzahlfühler, !Temperaturfühlern an vielen verschiedenen Stellen und aus Fühlern für andere Parameter an einen elektronischen, pneumatischen, hydromechanischen oder Hybridrechner gegeben werden, um die Anzapfung aus einem Strömungsmitteldruckbetätiger zur Regelung der Brennstoffzufuhr proportional zu steuern. Signale aus dem Rechner können auch einem proportional ansprechenden Solenoidventil in der druckaufgeladenen Brennstoffleitung zur Steuerung der Zufuhr zum Motor zugeführt werden.

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Claims

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Patentansprüche:

iy Pumpe mit veränderlicher Verdrängung für eine Gasturbinen-Brennstoff steueranordnung, gekennzeichnet durch

a) ein Element (35, 37)» das in einer Richtung verschiebbar angeordnet ist und Brennstoff aus einer Speisequelle (23) entnimmt, und das in der entgegengesetzten Richtung verschiebbar ist, damit dieser-Brennstoff aus dem Pumpenauslaß (27) unter Druck an eine Verwendungsstelle abgegeben wird,

b) eine kraftgetriebene Vorrichtung (33, 37, 41, 42, 43), die mechanisch das Element (35, 37) in Richtung der Entnahme von Brennstoff aus derSpeisequelle (23) verschiebt,

c) eine kombinierte nachgiebige und auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46), die das Element (35, 37) in Richtung der Abgabe des Brennstoffes an die Verwendungsstelle bewegt,

d) eine Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung des Strömungsmitteldruckes, der der Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) aufgegeben wird, um die Abgabegeschwindigkeit des Strömungsmittels von dem Element zu regeln, und

e) eine Drosselvorrichtung (52) zur Handeinstellung des Wirkungsgrades der den Strömungsmitteldruck verändernden Vorrichtung (48, 50).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (35, 37) einen Parameter besitzt, der eine vorbestimmte Beziehung zum Volumen des abgegebenen Brennstoffes je Bewegungszyklus hat.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (35, 37) eine flexible Membran (35) aufweist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte nachgiebige und auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) eine flexible Membran (36) besitzt.

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5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte nachgiebige und auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) eine flexible Membran (36) aufweist, die ein vorbestimmtesFlächenverhältnis zu dem des Elementes (35, 37) besitzt und starr damit verbunden ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Plächenverhältnis der flexiblen Membran (36) der kombinierten nachgiebigen und auf Strömungsmitteldruck ansprechenden Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) in bezug auf die flexible Membran (35) des Elementes (35, 37) etwa 2:1 beträgt.

7- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftgetriebene Vorrichtung (33, 37, 41, 42, 43) zum mechanischen Verschieben des Elementes (35, 37) einen Hocken (41) und einen Hebel (33) aufweist.

8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung des Strömungsmitteldruckes, der der Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) aufgegeben wird, drehzahlabhängig arbeitet.

9. Pampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung des Strömungsmitteldruckes, der der Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) aufgegeben wird, auf die Drehzahl der Gasturbine mit Pumpe anspricht.

10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (31, 36, 44, 45, 46) eine Membran (36) und eine Feder (44) aufweist, die das Element (35, 37) ia. einer Brennstoffabgaberichtung beaufschlagt.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (36) dem Strömungsmitteldruck aus dem Kompressor (12) der Gasturbine mit Pumpe ausgesetzt ist, um das Element (35, 37) in einer Brennstoffabgaberichtung zu verschieben.

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12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung des Strömungsmitteldruckes, der der Membran (36) aufgegeben wird, drehzahlabhängig arbeitet.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige, den Strömungsmitteldruck verändernde Vorrichtung (48, 50) auf die Drehzahl der Gasturbine mit Pumpe :.anspricht.

14. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strömungsmitteldruck verändernde Vorrichtung (48, 50) eine Mündung (48) und einen Schwenkhebel (50) aufweist, der so beweglich angeordnet ist, daß er die effektive Größe der Mündung (48) steuert.

15. Pumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fliehkraftregler (57), der von der Drehzahl der Gasturbine mit Pumpe angetrieben wird und auf sie anspricht, so angeordnet ist, daß er den Schwenkhebel (50) beaufschlagt.

16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergrößerung der !Turbinendrehzahl bewirkt, daß der Regler'(57) den Schwenkheb el (50) in einer Richtung zur Vergrößerung der öffnung der Mündung (48) verschiebt, und daß eine Bewegung der Drosselvorrichtung (52) in einer vorbestimmten Richtung der Bewegung des Hebels (50) durch den Regler (57) entgegenwirkt.

17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (52) ein Bauteil (55) aufweist, aas eine nachgiebige Belastung auf den Schwenkhebel (53) aufgegeben wird, so daß dieser in einer die Mündung schließenden Richtung bewegt wird.

18. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (67) mit dem Pumpenauslaß (27) verbunden ist, um den Druck auf den Brennstoff zwischen dem Auslaß (27) und der Verwendungsstelle aufrechtzuerhalten, wenn das Element (35) in der Richtung bewegt wird, in der Brennstoff aus der Speieequelle (23) in die Pumpe eingespeist wird.

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19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (67) zur Aufrechterhaltung des Druckes auf den Brennstoff zwischen dem Auslaß (27) und der Verwendungsstelle eine Membran (68) aufweist, die-der Federkraft (70) ausgesetzt ist.

20. Pampe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (69) zur Aufrechterhaltung des Druckes auf den Breni&off zwischen Auslaß und Verwendungsstelle auch dkm Strömungsmitteldruck (71) auf der durch die Feder beaufschlagten Seite ausgesetzt ist.

21. Brennstoffsteueranordnung für einen Grasturbinenmotor, gekennzeichnet durch

eine Brennstoffpumpe (22),

eine Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung der Verdrängung der Pumpe (22), um das in den Motor eingeführte Brennstoffvolumen zu verändern, eine Steuervorrichtung (52) für die Verdrängungsveränderungsvorrichtung (48, 50) mit einer selektiv betätigten Drossel, und

eine Vorrichtung (75j 76), die auf eine Vielzahl von Signalen in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen anspricht, um das Ansprechen der Steuervorrichtung auf eine Betätigung durch die Drossel (52) zu verändern.

22. Brennstoff steueranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (48, 50) zur Veränderung der Verdrängung der Pumpe (22) eine auf Strömungsmitteldruck ansprechende Vorrichtung ist und daß die Steuervorrichtung (52) für die VerdrängungsveränderungsTO rrichtung eine Strömungsmitteldruck-Anzapfvorrichtung aufweist.

23. Brennstoff steueranordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die dasSteueransprechen Modifizierende Vorrichtung (75, 76) ein Element (76) aufweist, das mit der Anzapfvorrichtung (48) in Abhängigkeit von der Abgabe eines Rechners (75) zusammenwirkt, in den Signale abhängig von den Motorbetriebsbedingungen eingespeist werden. 409839/0281