DE2557507C2

DE2557507C2 - Brennstoffregler für ein Turbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2557507C2
Application number: DE2557507A
Authority: DE
Inventors: Floyd Paul Windsor Conn. Bradley; Lawrence Sidney Simsbury Conn. Smith
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1986-01-16
Also published as: SE7513544L; JPS5189019A; GB1535930A; GB1535929A; US3945199A; DE2557507A1; SE419137B; FR2295240A1; IT1051154B; FR2295240B1; JPS6122128B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Auf dem Gebiet der Brennstoffregelung bei Turbinentriebwerken ist es bekannt, daß die Brennstoffregtet, wie beispielsweise der in der US-PS 28 22 666 beschriebene Typ, nach dem (WfIP ■ P/Prinzip aufgebaut sind, wobei Wp die Brennstoffzufuhr in kg/h und P der Verdichteraustrittsdruck ist. Dieser Reglertyp, welcher eine Digitalschaltung oder Recheneinrichtung und eine Zumeßeinrichtung enthält, überwacht gewisse Triebwerksbetriebsparameter derart, daß während des stationären Zustands Wf/P zu einer Funktion der Verdichterdrehzahl N gemacht wird, und daß während der Beschleunigung das Verhältnis WtfPzu einer Funktion der Verdichterdrehzahl und der Verdichtereinlaßtemperatur 7>2 gemacht wird. Somit dient die Brennstoffregelung dazu, die Brennstoffzufuhr so festzulegen, daß die Triebwerkssolldrehzahl erreicht und gleichzeitig sichergestellt wird, daß die Brennstoffzufuhr kein Pumpen, Überhitzen oder Erlöschen durch fettes oder mageres Gemisch gestattet.

Unter gewissen Umständen besteht eine der Forderungen, die an die Kraftstoffregelung gestellt werden, darin, für einen Überdrehzahlschutz zu sorgen, der während einer Notsituation benötigt werden kann, beispielsweise wenn die Antriebswelle des Fliehgewichtdrehzahlmeßfühlers versagt. In diesem Fall bringt die Recheneinrichtung ein Rückkopplungsgestänge an einen einstellbaren Anschlag, der auch als unterer Drehzahlgrenz- oder Drehzahlsättigungspunkt bezeichnet wird und als der Punkt dient, wo der Brennstoffregler den Notbetriebsplan liefert, der auf einer durch den vorhandenen Beschleunigungskurvenkörper angegebenen Temperaturfunktion basiert.

Die DE-OS 16 01 672 beschreibt zwar einen Brennstoffregler mit einem dreidimensionalen Kurvenkörper, welcher über einen Steuerschieber mit Hilfe eines Fliehkraftreglers axial verstellt und durch ein Gestänge rückgestellt wird, bei diesem bekannten Brennstoffregler ist jedoch kein Notbetriebsplan vorgesehen, der eingeschaltet v/erden könnte, wenn durch Betriebsstörungen die Triebwerksdrehzahl auf einen vorbestimmten Wert absinkt.

ir: Bei einem Brennstoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art schwankt der Drehzahlpunkt, bei dem der Übergang vom normalen Betriebsplan auf den Notbetriebsplan erfolgt, in einem beträchtlichen Bereich innerhalb des unteren Drehzahlspektrums und ist nicht reproduzierbar. Die Reproduzierbarkeit ist aber erforderlich, um Überdrehzahlen im unteren Drehzahispektrum bei Betriebsstörungen durch zu starke Brennstoffzufuhr zu verhindern. Außerdem würden sich beim Anlassen des Triebwerks Störungen ergeben, wenn beim Erreichen des Anlaßpunktes des Triebwerks noch der Notbetriebsplan eingeschaltet wäre, d. h. wenn der Übergangspunkt so verspätet läge, daß er erst nach dem Erreichen des Anlaßpunktes erreicht würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brennstoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß der Notbetriebsplan immer bei einer vorbestimmten, festen Drehzahl ein- oder abgeschaltet wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmaie gelöst.

Durch die Verwendung der Vorspanneinrichtung bei dem Brennstoffregler nach der Erfindung zum Ausüben einer Kraft auf die Fliehgewichte it;: unteren Drehzahlspektrum, um den Steuerschieber entgegen der Kraft der Steuerfelder zu verstellen, wird die Reproduzierbarkeit des Punktes des Übergangs auf den Notbetriebsplan ermöglicht. Sobald die Drehzahl auf einen vorbestimmten Wert sinkt und die Fliehgewichte unwirksam werden, wirkt die Vorspanneinrichtung über die Fliehgewichte auf den Steuerschieber ein. Die Vorspanneinrichtung behält ihre volle Wirksamkeit auch dann, wenn der Antrieb der Fliehgewichte ausfallen sollte. Aufgrund der Vorspanneinrichtung wird mittels der Fliehgewichte eine Kraft ausgeübt, die größer ist als die Fliehgewichtkraft allein in dem unteren Drehzahlspekt.Tjm, wodurch sichergestellt wird, daß ein zwischen dem Steuerschieber und der Steuerfeder angeordnetes Axiallager immer unter einer Vorspannung steht und keine Verschiebung erfährt. Mit der Vorspanneinrichtung können bereits vorhandene Brennstoffregler mit geringfügigen Abänderungen nachgerüstet werden.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 und 3 handelt es sich bei der Vorspanneinrichtung um eine Torsionsfeder aus Federdraht, die einfach um eine Anschlagstange gewickelt wird und auf die Fliehgewichte einwirkt. Das Nachrüsten eines vorhandenen Brennstoffreglers mit der Vorspanneinrichtung bringt daher nur eine äußerst geringfügige Gewichtserhöhung mit sich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher

beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, in welchem das Verhältnis Wrf P Ober der Verdichterdrehzahl N aufgetragen ist und welches den Betriebsplan zeigt, der von der Recheneinrichtung des Brennstoffreglers erstellt wird,

F i g. 2 teilweise im Schnitt und teilweise in Seitenansicht eine schematische Darstellung des Brennstoffreglers,

F i g. 3 eine vergrößerte Scnnittansicht auf der Linie 3-3 von F i g. 2,

F i g. 4 in Draufsicht einen Teil des Brennstoffreglers von F i g. 2 und

Fig.5 eine perspektivische Ansicht der Torsionsfeder.

Der Brennstoffregler wird am besten verständlich, wenn zunächst das Problem betrachtet wird, das in der in F i g. 1 dargestellten Weise gelöst wird. Der Brennstoffregler hat die Aufgabe, den stationären Zustand und die Beschleunigung in Abhängigkeit von gewissen Triebwerksbetriebsparametern festzulegen.

Eine Recheneinrichtung, welche gewisse Triebwerksparameter überwacht, zu weichen die Leistungsstcucrhebelposition, die Verdichtereinlaßtemperatur, Jer Verdichteraustrittsdruck und die Verdichterdrehzahl gehören, legt d'e Brennstoffzufuhr entsprechend dem Beharrungszustandsbetriebsplan, der durch die Kurve A dargestellt ist, und entsprechend dem Beschleunigungsbetriebsplan, der durch die Kurven B dargestellt ist, fest. Außerdem ist der Brennstoffregler so ausgelegt, daß er bei irgendeiner bestimmten Drehzahl, beispielsweise bei einem Wert von 10% der Drehzahl, in dem Fall gewisser Betriebsstörungen von dem Beschleunigungsbetriebsplan auf den Notbetriebsplan (links der vertikalen Linie C) umschaltet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die bekannten Brennstoffregler den Schwellenwert der Übergangspunkte statt bei der vorbestimmten Drehzahl bei verschiedenen Drehzahlen erreichen. Einmal stellt man fest, daß der Übergangspunkt unterhalb der Linie Cauftritt, und ein anderes Mal stellt man fest, daß er oberhalb dieser Linie auftritt. Das führt nicht nur zu einer unerwünschten und unzulässigen Überdrehzahlsituation in dem unteren Drehzahlspektrum, sondern es hindert oder verhindert auch das Starten des Triebwerks, wenn das Umschalten von dem einen Betriebsplan auf den anderen unterhalb des Triebwerksanlaßpunktes D erfolgt ist.

Was sich in dem Brennstoffregler abspielt, wird besser anhand von F i g. 2 verständlich, welche denjenigen Teil der Recheneinrichtung eines typischen Brennstoffregler zeigt, der den als Kurven B(Fig. 1) dargestellten Beschleunigungsbetric'bsplan erstellt, indem ein dreidimensionaler Kurvenkörper 10 in Abhängigkeit von der Vendichterdrehzahl N und der Verdichter einlaßtemperatur Ττ2 positioniert wird. Dieser Wert wird durch einen Abtaster 12 an dem Kurvenkörperprofil abgegriffen und zu dem als Block 14 dargestellten anderen Teil der Rechen- und Zumeßeinrichtung übertragen, in welchem aus ihm in bekannter Weise die richtige Brennstoffzufuhr errechnet wird. Der Kurvenkörper 10 hat außerdem die Aufgabe, den Notbetriebsplan zu liefern, welche als Kurven E angegeben sind, die sich in Abhängigkeit von der Verdichtereinlaßtemperatur 7>2 ändern.

Wenn sich, wie in F i g. 2 gezeigt, die Rolle 20 und der Flansch 22 des dreidimensionalen Kurvenkörpers 10 an dem Punkt trennen, wo die Druckfläche 24 eines Rückkopplungsgestänges 26 an dem einstellbaren Reglergrenzanschlag 28 für die .filtere Drehzahl anliegt, sollte die Drehzahl des Verdichters gleich oder niedriger als der Wert der Übergangslinie sein, die durch die vertikale Linie C in dem Diagramm von F i g. 1 gezeigt ist. und die Regelung erfolgt nach dem Notbetriebsplan. Aufgrund der Art des Drehzahlmeßfühlers, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 30 bezeichnet ist, sind jedoch die an diesem Punkt des Betriebes auf das Axiallager ausgeübten Kräfte im wesentlichen Null, so daß es das Bestreben hat, sich zu verdrehen oder zu verschieben, und jede leichte Bewegung, auch wenn sie noch so winzig ist, beeinflußt die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Regelung.

Zur Lösung dieses Problems enthält gemäß der Darstellung in den Fig.2 bis 5 der Drehzahlmeßfühler 30 Fliehgewichte 34, einen Steuerschieber 36 und eine Steuerfeder 38. Eine Pufferfeder 40, die der Druckkraft der Steuerfeder 38 entgegenwirkt, dient zum Abgleichen der auf den Steuerschieber 36 ausgeübten Belastung.

Die Fliehgewichte 34 sind in einem oben offenen Becher 42 angeordnet, von welchem un'^n eine Welle 44 wegführt, die in Lagern 46 drehbar ge;2gert ist. Ein an der Welle 44 befestigtes Zahnrad 48 wird durch eine Antriebsvorrichtung 50 angetrieben, die durch den Verdichter des Triebwerks (nicht dargestellt) angetrieben wird. Fliehgewichtelemente 52 und 54 sind durch Lager 51 an einem aufrechten, gegabelten Teil 56 drehbar gelagert, welches mit dem Becher 42 ein gemeinsames Teil bildet, so daß die Zentrifugalkraft durch Nasen 58 und 60 der Fliehgewichtelemente 52 bzw. 54 auf das Ende des Steuerschiebers 36 übertragen wird. Wenn sich im Betrieb die Fliehgewichte 34 drehen, übertragen sie somit eine Kraft auf den Steuerschieber 36, und eine Drehzahländerung hat zur Folge, daß sich diese Kraft ändert und einen Abgleichfehler hervorruft. Durch diesen wiederum wird der Steuerschieber 36 so positioniert, daß geregelter Druck, Po der aus einer Quelle über eine Leitung 60 zugeführt wird, entweder in eine Kammer 62 (wie dargestellt) über einen Ringkanal 64, eine öffnung 66, eine Leitung t8 und eine Bohrung 70 in einem Schaft 72 oder in eine Kammer 74 über den Ringkanal 64, eine Öffn .ng 76, eine Leitung 78 und eine Bohrung 80 in dem Schaft 72 eingeleitet wird. Der Zylinder ist bei dieser Ausführungsform der Kurvenkörper 10, der auf dem Schaft 72 gleitet, wobei er sich für eine Drehzanlabnahme in der Aufwärtsrichtung und für eine Drehzi/hlzunahme in der Abwärtsrichtung bewegt. Ein mit dem Schaft 72 verbundener Kolben 82 trennt die Kammern 62 und 74.

so Wenn die Kammer 62 mit hohem Druck beaufschlagt ist. steht die Kammer 74 mit einem Auslaß in Verbindung, und umgekehrt. Ein Bund 84 dient dazu, Druckmittel in die öffnung 76 und durch einen Durchlaß 88 hindurohzuleiten, damit es über eine öffnung 86 (wie dargestellt) abgelassen wird, während ein Bund 90 ein Druckmittel so leitet daß es über einen Durchlaß 92 abgelassen wird.

Somit ist im normalen Regelbetrieb die Position des Kurvenkörpers 10 eine lineare Funktion der Verdichterdrehzahl N, und die i*olle 20 liegt an dem Flansch 22 an, um diese Position über das Rückkopplungsgestänge 26 rückzukoppeln, damit die Höhe der Steuerfeder 38 eingestellt wird. Dies stellt die auf die Steuerfoder 38 ausgeübte Druckkraft so ein, daß die durch die Fliehgewichtelemente 52 und 54 zusammen mit der Pufferfeder 40 erzeugte Kraft scniießlich ausgeglichen ist. An diesem Punkt bewegen sich die Bunde 84 und 90 in eine Linie mit ihren benachbarten öffnungen, so daß im we-

sentlichen eine Strömung in die Kammern 62 und 74 eingeleitet oder aus diesen herausgcleitet wird.

Es sind Torsionsfedern 100 und 104 vorgesehen, um die Kraft der Pufferfeder 40 zu erhöhen, indem die Fliehgewichtelemente 52 und 54 radial nach außen gedrückt werden, so daß der Steuerschieber 36 nach oben gedrückt und eine Vorspannung auf das Axiallager 32 ausgeübt wird. Die Torsionsfeder 100, 104 sind im wesentlichen U-förmige Teile aus Federdraht, und die Enden der U-Schenkel sind jeweils so gebogen, daß sie in ein Loch passen, welches in die Seiten der Fliegewichtelemente 52 und 54 gebohrt ist. Die Torsionsfedern 100, 104 sind um eine Anschlagstangc 102 gewickelt. Da der Durchmesser des Federdrahtes relativ klein ist, wird er neben den Seitenkanten der Fliehgewichie 34 eingepaßt, was keine Änderungen der Größe des bereits vorhandenen Drehzahlmeßfühlcrs 30 erforderlich macht, mit Ausnahme der in die Seiten der Fliehgewichtelemente 52,54 gebohrten Löcher. Es ist auch möglich, eine einzige Torsionsfeder so anzubringen, daß sie sich über die Seite jedes der Fliehgewichtelemente erstreckte, wodurch keine Löchererforderlich sind.

Durch diese zusätzlich auf die Fliehgewichtelemente 52, 54 ausgeübte Federspannung zum Ausüben einer Vorspannung auf das Axiallager 32 wird erreicht, daß das Umschalten von einem Betriebsplan auf den anderen immer bei im wesentlichen derselben Verdichterdrehzahl erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

55

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffregler für ein Turbinentriebwerk, mit einer Recheneinrichtung (10, 12,14) zum Festlegen der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk in Abhängigkeit von überwachten Betriebsparametern während Beschleunigungs- und stationären Triebwerksbetriebszuständen und zum Festlegen der Brennstoffzufuhr nach einem Notbetriebsplan im unteren Drehzahlspektrum des gesamten Betriebsbereiches und mit einem Drehzahlmeßfühler (30) zum Einstellen der Recheneinrichtung, der einen Steuerschieber (36) aufweist, welcher durch wenigstens zwei Fliehgewichte (34) in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl entgegen einer auf ihn einwirkenden Steuerfeder (38) verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (100, 104) zum Ausüben einer Kraft auf die Fliehgewichte (34) im unteren Drehzahlspektrum, um den Steuerschieber (36) entgegen der Kraft der Steuerfeder (38) zu verstellen.

2. Brennstoffregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (100, 104) aus wenigstens einer Torsionsfeder besteht

3. Brennstoffregler nach Anspruch 2, bei dem die Fliehgewichte (34) des Drehzahlmeßfühlers (30) auf einer drehbaren Plattform schwenkbar gelagert sind, die eine Anschlagstange (102) für die Fliehgewichte trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (100, 104) aus einem U-förmigen Federdraht bestel.t, der zwischen seinen Enden um die Anschlagstange (102) gewicMt ist und mit seinen freien Enden gegen die einander zugewandten inneren Flächen der Flichgewichte <virkt.