DE2434100B2 - Drehzahlabhängige Regleranordnung - Google Patents
Drehzahlabhängige RegleranordnungInfo
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- G05D13/34—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover with auxiliary non-electric power
- G05D13/36—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover with auxiliary non-electric power using regulating devices with proportional band, i.e. P regulating devices
- G05D13/40—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover with auxiliary non-electric power using regulating devices with proportional band, i.e. P regulating devices involving fluid governors of pump type
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Description
Die Erfindung betrifft eine drehzahlabhängige Regleranordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs
beschrieben und bspw. aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 38 234 bekannt ist. Bei dieser bekannten
Regleranordnung ist das Kurvenelement zur Änderung seiner Kurvenflächen um eine an einem Ende
angeordnete Anlenkstelle schwenkbar gelagert. Durch ein Verschwenken werden zwar die von der Anlenkstelle
weiter entfernten Kurvenflächenabschnitte des Kurvenelements ausreichend verlagert, dagegen wird
aber ein nahe der Anlenkstelle befindlicher Bereich nur ungenügend verändert, so daß nur über einen Teil des
Bewegungsbereichs der Getriebeeinrichtung eine ausreichende Verstellung des Kurvenelements erzielt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regleranordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß
im gesamten Bewegungsbereich der Getriebeeinrichtung eine ausreichende Verstellung des Kurvenelements
ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anpruchs gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Regleranordnung gelingt es, das Kurvenelement sowohl in den der
Anlenkstelle abgewandten Bereichen als auch in dem der Anlenkstelle benachbarten Bereich exakt und weit
zu verlagern, so daß im gesamten Bewegungsbereich der Getriebeeinrichtung eine ausreichende Steuerung
erzielbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Regleranordnung;
F i g. 2 einen auf der rechten Seite von F i g. 1 anschließenden Ausschnitt; und
Fig.3 einen auf der rechten Seite von Fig.2
anschließenden Ausschnitt.
In der Zeichnung sind die Teile einer Brennstoffregelanordnung für eine Dreiläufer-Gasturbine 10 gezeigt,
das heißt, für eine Turbine mit drei Kompressoren und drei zugehörigen Turbinen, die auf konzentrischen
Wellen sitzen.
Eine Kreiselpumpe 11 liefert Brennstoff zu einer Verdrängerpumpe 12, die von der Turbine 10 angetrieben
wird. Ein federbelastetes Druckminderventil 13 istan die beiden Seiten der Pumpe 12 angeschlossen.
Stromabwärts von der Pumpe 12 befindet sich eine
Stromabwärts von der Pumpe 12 befindet sich eine
to regelbare Dosiervorrichtung 14, zu der eine Hülse 15a gehört, die in einem Körper 16 einer feststehenden
Hülse 156 gegenüber verschiebbar ist In den Hülsen 15a, \5b ist eine weitere Hülse 17 verschiebbar. Die
Hülse 17 hat dreieckige Öffnungen 18, die sich einem Spalt 19 gegenüber bewegen, der zwischen den Hülsen
15a, 156 gebildet ist, um eine regelbare Dosierblende zu
schaffen.
Die Hülse 15a ist in einer Richtung der Hülse 17 gegenüber bewegbar, um den Brennstoffstrom zu
reduzieren, und zwar durch eine Fliehgewichtsanordnung 20, die von der Hochtourenwelle der Turbine 10
angetrieben wird. An der Hülse 15a greift ein Hebel 21 an, der gemäß F i g. 1 um eine feststehende Achse 22
beweglich gelagert ist und einen Arm 23 aufweist, der an einem Rand mit einer Auflauffläche 24 versehen ist. Ein
Kurvenelernent 25 besitzt zwei Kurvenflächen 26, 27, die längs gegenüberliegender Seiten des Elements 25
ausgebildet sind. Zwei als Lagerrollen ausgebildete Abstützungen 28,29 greifen an der Kurvenfläche 27 an.
jo Die Positionen der Abstützungen 28, 29 sind durch
Gewindeschäfte einstellbar.
Eine Übertragungsvorrichtung 30 besteht aus einem Träger 31, an dem zwei Arme 32, 33 schwenkbar
gelagert sind. Lagerrollen 34, 35 an den Enden des betreffenden Arms 32,33 greifen an den Kurvenflächen
24 und 26 an. Die Roilen 34, 35 sind gegen die betreffenden Kurvenflächen durch eine Feder 36 nach
außen gespannt, wobei die Feder 36 durch den Hebel 21 für ein Spannen der Hülse 15 in Richtung gegen eine
Bewegung durch die Fliehgewichtsanordnung 20 sorgt.
Der Träger 31 ist um eine feststehende Achse zwischen den Kurvenflächen 24, 26 schwenkbar
gelagert, so daß die Bewegung aufgmnd der Kraft der Feder 36 um den Drehpunkt 22 und damit die auf die
Hülse 15a ausgeübte Spannung veränderlich ist. Der Träger 31 ist durch eine Kurvenführung 37 bewegbar,
die ihrerseits auf einen Hebel 38 anspricht, der aus einer mittleren Leerlaufposition, die in F i g. 1 gezeigt ist, in
die eine oder in die andere Richtung bewegbar ist, um
so einen Schub nach vorn oder nach unten von der Turbine
10 zu fordern. Die Kurvenführung 37 hat eine solche Form, daß die angeforderte Leistung für eine entsprechende
Turbinenbewegung aus der Leerlaufposition die gleiche für Schub nach vorn wie nach hinten ist. Es
versteht sich, daß ein Schub nach hinten von der Turbine 10 durch Detektoren (nicht dargestellt) erreicht wird,
die in Erwiderung auf die Bewegung des Hebels 38 betätigt werden.
Das Nockenelement 25 ist an einer Koppel 39 frei verschwenkbar gelagert, die ihrerseits an einem Hebel
40 frei schwenkbar gelagert ist, der um eine feststehende Achse 41 bewegbar ist. Der Hebel 40 ist
durch eine Feder 42 in Richtung auf eine Kantenkurvenführung 43 gespannt, die von einem Schrittmotor 44
angetrieben wird. Der Motor 44 wird von Ausgangsimpulsen von einer Steuerschaltung 45 gesteuert. Die
Schaltung 45 ist eine Digitalschaltung, die auf die Drehzahl Nh der Hochtourenwelle der Turbine 10
anspricht, ferner auf die Temperatur 71 an der Saugseiie
des Turbinenkompressors, auf die Machzahl MN und auf die Höhe eines Flugzeugs, das mit der Turbine 10
ausgerüstet ist, weiter auf die Abgastemperatur Tj der Turbinenbrennkammer, auf die Position θ des Hebels 38
und auf die Stellung eines Wahlschalters 46, um den Motor 44 anzutreiben und damit die Kurvenführung 43
zu drehen, damit das Kurvenelement 25 nach oben gemäß der Darstellung in F i g. 1 bewegt wird. Eine
Bewegung des Kurvenelements 25 nach oben führt ^u
einer Drehung desselben nach links um dessen Schwenkverhindung mit der Koppel 39 und damit zu
einer Erhöhung der Spannung der Feder 33 auf die Hülse 15 bei einer bestimmten Position des Trägers 31.
Der Wahlschalter 46 ist von Hand bedienbar, um den 1 r>
benötigten Betriebsarten des Flugzeugs zu entsprechen, das mit der Turbine 10 ausgerüstet ist, beispielsweise
Starten, maximale Steigung und maximaler Gleitflug.
Bei Ausfall der Schaltung 44 kann die Kurvenführung 43 durch eine weitere Kurvenführung 47 außer Funktion
gesetzt werden. Die Kurvenführung 47 ist cirehbar, um
den Hebel 40 von der Kurvenführung wegzuheben, und zwar durch einen Wahlhebel 48, wenn dieser in eine
Position bewegt wird, die mit Λ in F i g. 3 bezeichnet ist.
Gemäß Fig.2 ist die Hülse 17 der regelbaren Dosiervorrichtung 14 durch einen Hebel 50 bewegbar,
der mit einer Balganordnung gekoppelt ist, die zwei Balgeinheiten 51, 52 im Tandem hat. Die Einheit 51 ist
leergepumpt, und die Einheit 52 wird innen durch einen Zwischendruck P3 vom Turbinenkompressor beauf- in
schlagt. Beide Einheiten 51, 52 werden außen durch einen Druck P>,p beaufschlagt, der durch ein Mediumpotentiometer
abgeleitet wird, bestehend aus einer Drosselstelle 53 und einem Venturi 54, die in Reihe
zwischen den Druck Pj und einen Druck A geschaltet y,
sind, der vom Ausgang der letzten Kompressorstufe der Turbine abgeleitet wird.
Im Betrieb ist deshalb die regelbare Dosiervorrichtung
14 auf eine Erhöhung des Drucks Ap oder auf eine Abnahme im Druck Pj so wirksam, daß Brennstoffstrom 41)
verstärkt wird. Die Vorrichtung 14 spricht außerdem auf eine Erhöhung der Drehzahl Nh der Hochtourenwelle
der Turbine an, um den Brennstoffstrom zu verringern, und die Hülse 15 wird gegen eine Bewegung durch die
Schwunggewichtsanordnung 20 gespannt, und zwar π durch die Feder 36, die durch den Hebel 21 wirkt. Die
durch die Feder 36 ausgeübte Spannung wird durch die Bewegung des Hebels 38 in die eine oder in die andere
Richtung aus seiner mittleren Leerlaufposition erhöht. Die. Bewegung eier Hülse 15 wird durch einstellbare >o
Anschläge 55, 56 begrenzt, die effektiv zu einer Begrenzung der Beschleunigung und Verzögerung
dienen.
Die Bewegung der Hülse 17 in eine Richtung zur Verringerung des Brennstoffstroms wird dui'di einen v,
Anschlag 57 begrenzt. Der Anschlag 57 ist durch eine Kurvenführung 58 bewegbar, die durch einen Wahlhebel
48 drehbar ist. Der Anschlag 57 ist zwischen einer in F i g. 2 gezeigten ersten Position, die durch die Position
B des Hebels 48 gewählt wird, und einer zweiten wi
Position bewegbar, die durch die Positionen C oder D des Hebels 48 gewählt wird. Die Position B des Hebels
48 entspricht einem normalen Lauf der Turbine 10, und die Positionen C und D entsprechen Turbinenanlaufbedingungen
mit »Brennstoffanreicherung« bzw. mit t~> »Brennstoffminderung«. Der Anschlag sorgt bei einer
bestimmten Turbinendrehzahl, die durch die Position der Hülse 15 wiedergegeben wird, für einen geringsten
Brennstoffstrom durch die Dosiervorrichtung 14.
Durch die Hülse 17 erstreckt sich axial ein Schaft 60, der in einem Kolbenelement 61 endet, das in einer mit
Öffnungen versehenen Hülse 62 verschiebbar ist Die Enden der Hülse 62 stehen mit der Seite stromaufwärts *
bzw. s*rornabwärts der regelbaren Dosiervorrichtung 14 in Verbindung. Die Hülse 62 hat öffnungen 63, die
über einen Kanal 64 mit der Sehe der Pumpe 12 stromaufwärts in Verbindung stehen. Das Element 61
bildet damit ein Überströmventil für die Dosiervorrichtung 14.
Auf dem Schaft 60 an dem Kolbenelement 61 ist ein • weiteres Kolbenelement 65 verschiebbar. Die Gleitbewegung
des Elements 65 wird in beide Richtungen durch einen Vorsprung 66 am Schaft 60 begrenzt Das Element
65 wirkt mit weiteren öffnungen 67 in der Hülse 62 zusammen, um ein Drosselventil in Reihe mit der
Dosiervorrichtung 14 zu bilden. Die öffnungen 67 stehen über einen Kanal 68 mit einer weiteren
Ventilanordnung 69 in Verbindung, die noch zu beschreiben sein wird. Das Element 65 wird in eine
Richtung zum Freilegen der öffnungen 67 durch den Druck stromabwärts von der Dosiervorrichtung 14 und
in entgegengesetzte Richtung durch eine Feder 70 beaufschlagt, die auch am Kolbenelement 61 angreift.
Das Kolbenelement 65 ist so ausgebildet, daß der Raum zwischen den Elementen 61, 65 immer dem Druck im
Kanal 68 ausgesetzt wird.
Am Schaft 60 greift ein weiterer Satz Regierschwunggewichte
71 an, die auch mit der Drehzahl Nh der Hochtourenwelle der Turbine angetrieben werden. Die
Schwunggewichte 71 werden durch eine Feder 72 gegen eine Bewegung in Erwiderung auf eine Erhöhung der
Drehzahl Nh gespannt. Die Feder 72 gibt damit eine
Mindestkraft am Schaft 60 vor, und durch Drücken desselben in Richtung auf eine geschlossene Position
auch einen geringsten Druckabfall an der regelbaren Dosiervorrichtung 14. Ein adäquater Durchflußweri
beim Anlaufen wird damit geschaffen. Dieser Anlauf-Durchflußwert spricht auf die Höhe als Folge der
Bewegung der Hülse Ii' durch die Balgeinheiten 51, 52 an.
Die Seite der Dosiervorrichtung 14 stromabwärts steht über einen Kanal 73 und einen Absperrhahn 74 mit
Pilotbrennern der Turbine 10 in Verbindung. Der Hahn
74 wird durch den Wahlhebel 48 betätigt damit er in allen Positionen des Hebels 48 außer in der Stellung E
offen ist, die dem Stillstand der Turbine entspricht
Das Kolbenelement 61 wird gegen den Abgabedruck der Pumpe 12 und in eine Richtung zum Verringern des
Überlaufs und zur Ermöglichung eines öffnens des Drosselventils durch das Element 65 durch eine Feder
75 gespannt. Die von der Feder 75 ausgeübte Kraft ist durch eine Kurvenführung 76 veränderlich, die durch
den Wahlhebel 48 so drehbar ist, daß in der Position C des Hebels 48 (die dem Anlaufen mit Brennstoffanreicherung
entspricht) die Federkraft verstärkt und der Überlauf verringert wird.
Während des Anlaufens ist der Druck stromabwärts von der Dosiervorrichtung niedrig, und die Feder 70
überwindet diesen Druck, um dasKolbenelement 65 so zu beaufschlagen, daß das Drosselventil geschlossen
wird. Im wesentlichen der gesamte Brennstoff, der von der Pumpe 12 geliefert wird, wird damit über den Kanal
73 den Turbinenpilotbrennern zugeleitet. Bei niedrigen Werten des Brennstoffstrom?, durch die Dosiervorrichtung
14 wirkt das Drosselventil damit wie ein Druckbeaufschlagungsventil, um den Druck im Kanal 73
über dem in dem Kanal 68 um einen Wert zu halten, der nicht unter einem Mindestwert abfällt, der durch die
Feder 70 vorgegeben ist.
Wenn die Turbinendrehzahl auf den Wert ansteigt, bei dem die Schwunggewichte 7i die Feder 72
überwinden, erhöht sich der Brennstoffdurchfluß durch die Vorrichtung 14, und die Brennstoffzufuhr der Pumpe
12 erhöht sich ebenfalls. Die Drücke stromaufwärts und stromabwärts von der Dosiervorrichtung 14 erhöhen
sich folglich. Der Druck stromabwärts überwindet die Kraft, die von der Feder 70 ausgeübt wird, und das
Element 61 greift am Element 65 an. Diese Elemente bewegen sich im wesentlichen als eine Einheit und
sprechen auf die Differenz in den Drücken an der Dosiervorrichtung 14 an. Die Elemente 61,65 sprechen
über die Schwunggewichte 71 ebenfalls auf die Drehzahl Nh der Turbine an. Unter diesen Umständen wirken
damit die Elemente 61,65 so, daß der Druckunterschied an der Dosiervorrichtung 14 im wesentlichen für
irgendeine Drehzahl NH konstant gehalten wird.
Das Ventil 69 (F i g. 3) zwischen den Kanälen 68 und den Turbinenhauptbrennern hat zwei Auslässe 77, 78,
die jeweils mit dem Kanal 68 bzw. mit den Hauptbrennern in Verbindung stehen. Ein Steuerkolbenelement
79 ist so bewegbar, daß der Strom vom Kanal 68 zwischen die Auslässe 77, 78 aufgeteilt wird.
Das Element 79 spricht auf den Druck im Kanal 68 und ist mit Erhebungen unterschiedlicher Durchmesser
versehen, um durch den Druck im Kanal 68 in eine Richtung zur Erhöhung des Durchflusses durch den
Auslaß 77 und zur Verringerung des Durchflusses durch den Auslaß 78 beaufschlagt zu werden. Das Element 79
wird ferner durch eine Feder 80 und durch ein Hochdrucksignal in die gleiche Richtung beaufschlagt,
das über eine Leitung 81 vom Auslaß der Pumpe 12 abgeleitet wird. Das Element 79 wird in die entgegengesetzte
Richtung durch ein Servordrucksignal in einer Kammer 82 in die entgegensetzte Richtung beaufschlagt,
das vom Druck in der Leitung 81 über eine Drosselstelle 83 abgeleitet wird. Die Kammer 82 steht
über eine öffnung 84, einem Kanal 85 und einer Pilotventilanordnung 86 mit dem Kanal 68 in Verbindung.
Eine öffnung 84 ist so angeordnet, daß sie in Zusammenwirken mit dem größeren Ende des Steuerkolbenelements
79 ein Ventil bildet. Es kann damit ein
;> Zustand eintreten, bei dem die öffnung 84 teilweise
geschlossen ist und die Kräfte auf das Element 79 im Gleichgewicht sind. In diesem Gleichgewichtszustand
bleibt die öffnung 78 zumindest teilweise offen, so daß die Hauptbrenner nicht ausgehen.
Das Pilotventil 86 wird durch einen Drehmomentenmotor 87 angetrieben, der auf eine elektronische
Steuerschaltung 88 anspricht. Die Schaltung 88 empfängt Signale, die von den Drehzahlen Nl, Ni der
Niedertouren- und Zwischentouren-Turbinenwellen und auch von der Temperatur Tj abhängen, so daß eine
Erhöhung über bestimmte Werte dieser Größen hinaus zu einem öffnen des Pilotventils 86 führt, so daß der
Servodruck in der Kammer 82 reduziert wird und damit der Brennstoffstrom zu den Hauptbrennern der Turbine
reduziert wird.
Ein Hebel 86 hat einen einstellbar angeordneten Drehzapfen 90 und ist zum Anlegen sowohl an dem
Steuerelement des Pilotventils 86 als auch am Hebel 50 der regelbaren Dosiervorrichtung 14 vorgesehen, wenn
der Hebel 50 um mehr als ein bestimmtes Maß ir Erwiderung auf die Drücke P3 und Pap bewegt worder
ist. Der Hebel 89 wirkt damit so, daß der Brennstoff strom zur Turbine verringert wird, um die Differenzen
zwischen den Drücken Pi und />«/>
zu begrenzen und damit einen maximalen Kompressorförderdruck zu bestimmen.
Die Kammer 82 des Ventils 69 steht ferner über einer
Kanal 91 und einen Absperrhahn 92 mit dem Kanal 68 ir Verbindung. Der Absperrhahn 92 wird durch der
Wahlhebel 48 so betätigt, daß er nur dann geöffnet wird wenn dieser sich in der Position E befindet, d. h. in dei
Position, bei der die Turbine abgeschaltet ist. Wenn dei Hahn 92 offen ist, fällt der Servodruck in der Kammei
82, um ein vollständiges Schließen des Auslasses 78 zi bewirken und allen zum Ventil 69 fließenden Brennstof
zur Seite der Pumpe 12 stromaufwärts zurückzuleiten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1
Patentanspruch:
Patentanspruch:
Drehzahlabhängige Regleranordnung, bestehend aus einer Schwunggewichtanordnung, einem in
Erwiderung auf Änderungen in der Drehzahl einer Antriebswelle für die Schwunggewichtanordnung
beweglichen Ausgangsglied, einem vom Ausgangsglied verschwenkbaren Hebel, einem Kurvenelement
mit einer ersten Kurvenfläche, einer Getriebeeinrichtung mit Lagerelementen, die jeweils in
Anlage an die Kurvenfläche und an einen Arm des Hebels gespannt sind, wobei die Getriebeeinrichtung
zur Änderung der Kontaktpunkte mit dem Hebelarm und mit der Kurvenfläche bewegbar ist,
und einer Abstützung, die an einer weiteren, der Kurvenfläche gegenüberliegenden Oberfläche des
Kurvenelements angreift, die eine zweite Kurvenfläche bildet, an der eine weitere Abstützung angreift,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (43,44) zur Bewegung des Kurvenelements
(25) vorgesehen ist, durch die die zweite Kurvenfläche (27) quer zu beiden Abstützungen (28, 29)
bewegbar ist, um eine Bewegung der ersten Kurvenfläche (26) quer zur durch die Vorrichtung
(43, 44) verursachten Bewegung des Kurvenelements (25) zu erzeugen.
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