DE2434100C3 - Drehzahlabhängige Regleranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehzahlabhängige Regleranordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs beschrieben und bspw. aus der deutschen Offeniegungsschrift 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 Kurvenfiiichenabschnitte 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

F i g. 3 einen auf der rechten Seite von F i g. 2 anschließenden Ausschnitt.

In der Zeichnung sind die Teile einer Brennstoffregel

anordnung 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 ist an die beiden Seiten der Pumpe 12 angeschlossen. Stromabwärts von der Pumpe 12 befindet sich eine 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, 156 ist eine weitere Hülse 17 verschiebbar. Die Hülse 17 hat dreieckige Öffnungen 18, die sich einem

is 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 Kurvenelement 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.

Die Positionen der Abstützungen 28, 29 sind durch Gewindeschäfte einstellbar.

Eine Übertragungsvorrichtung 30 besteht aus einem Träger 31, an deiti 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 Rollen 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 aufgrund 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 Hebei 3S 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

^r>() 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

Y> versteht sich, daß ein Schub nach hinten von der Turbine 10 durch Deflektoren (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 Wh der Hochtourenwelle der Turbine 10

anspricht, ferner auf die Temperatur Ti an der Saugseite 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 ties 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 zu einer Drehung desselben nach links um dessen Schwenkverbindung 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 ι ·> 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 auDer Funktion gesetzt werden. Die Kurvenführung 47 ist drehbar, um den Hebel 40 von der Kurvenführung wegzuheben, und zwar durch einen Wahlhebel 48, wenn dieser in eine Position bewegt wird, die mit A 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 Pz vom Turbinenkompressor beauf- )o schlagt Beide Einheiten 51, 52 werden außen durch einen Druck ftp beaufschlagt, der durch ein Mediumpoientiomeier abgeleitet wird, bestehend aus einer Drosselstelle 53 und einem Venturi 54, die in Reihe zwischen den Druck P3 und einen Druck P* geschaltet sind, der vom Ausgang der letzten Kompressorstufe der Turbine abgeleitet wird.

Im Betrieb ist deshalb die regelbare Dosiervorrichtung 14 auf eine Erhöhung des Drucks P_iP oder auf eine Abnahme im Druck P3 so wirksam, daß Brennstoffstrom ad 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 Leeriaufposition erhöht. Die Bewegung der Hülse 15 wird durch einstellbare w 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 durch einen r> 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 w> 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 tr> »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. stromabwärts der regelbaren Dosiervorrichtung 14 in Verbindung. Die Hülse 62 hat öffnungen 63, die über einen Kanal 64 mit der Seite 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 Reglerschwunggewichte 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 Durchflußwert beim Anlaufen wird damit geschaffen. Dieser Anlauf-Durchflußwert spricht auf die Höhe als Folge der Bewegung der Hülse 17 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 ilen Turbinenpilotbrennern zugeleitet. Bei niedrigen Werten des Brennstoffstroms, 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 71 die Feder 72 überwinden, erhöht sich der Brennstoffdurchfluß durch die Von ichtung 14, und iiie Brennstoffzufuhr der Pumpe Ί2 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 Turbinenhauptbrennem hat zwei Auslässe 77, 78, die jeweils mit dem Kanal 68 bzw. mit den Hauptbrennern in Verbindung stehen. Ein Stcuerkolbenelement 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 verseilen, 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 Steuer kolbenelements 79 ein Ventil bildet. Es kann damit ein b 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 daO die Hauptbrenner nicht ausgehen.

in 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, N/ dei Niedertouren- und Zwischentouren-Turbinenweiler und auch von der Temperatur 7} abhängen, so daß eins Erhöhung über bestimmte Werte dieser Größen hinau! zu einem öffnen des Pilotventils 86 führt, so daß dei Servodruck in der Kammer 82 reduziert wird und damii der Brennstoffstrom zu den Hauptbrennern der Turbin« reduziert wird.

Ein Hebel 86 hat einen einstellbar angeordneter Drehzapfen 90 und ist zum Anlegen sowohl an den Steuerelement des Pilotventils 86 als auch am Hebel 5( der regelbaren Dosiervorrichtung 14 vorgesehen, wenr der Hebel 50 um mehr als ein bestimmtes Maß ir Erwiderung auf die Drücke P₃ und P₄p bewegt worder ist. Der Hebel 89 wirkt damit so, daß der Brennstoff strom zur Turbine verringert wird, um die Differenzer zwischen den Drücken Pi und P«/> zu begrenzen unc

jo damit einen maximalen Kompressorförderdruck zi 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:

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.