DE2643073C2

DE2643073C2 - Brennstoffsteuereinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2643073C2
Application number: DE2643073A
Authority: DE
Inventors: Robert William South Bend Ind. Schuster
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-09-25
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1986-03-06
Also published as: GB1521828A; SE7610678L; CA1049273A; DE2643073A1; JPS6050970B2; JPS5241718A; IT1072799B; FR2325808B1; US4033112A; SE411638B; FR2325808A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— zur Druckbeaufschlagung der einen Seite des Stellkolbens (66) eine erste Steuerleitung (74) von der Zufuhrleitung (56) stromabwärts des Drosselventils (54,152) abzweigt, und

— eine zweite Steuerleitung (70, 82, 88) parallel zum Drosselventil (152) geschaltet ist und hintereinander eine Drosselstelle (72) und^in von der Steuereinrichtung (92) betätigtes Steuerventil (84,90) aufweist, wobei der Druck für die Beaufschlagung der anderen Seite des Stellkolbens (66) zwischen der Drosselstelle (72) und dem Steuerventil (84) aus der zweiten Steuerleitung abgenommen wird.

2. Brennstoffsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (54, 152) in Öffnungsrichtung durch seinen stromaufwärtigen Brennstoffdruck und in Schließrichtung durch seinen stromabwärtigen Brennstoffdruck und eine Feder (156) belastet ist.

3. Brennstoffsteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerleitung (74) parallel zum Drosselventil (54, 152) geschaltet ist und zwei Drosselstellen (76, 80) aufweist, wobei der Druck für die Beaufschlagung der einen Seite des Stellkolbens (66) zwischen diesen Drosselstellen abgenommen wird.

4. Brennstoffsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (76, 80) in der ersten Steuerleitung (74) einen konstanten und gleich großen Querschnitt aufweisen.

5. Brennstoffsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (84) durch einen Elektromagneten (92) betätigt wird, der ein Stellsignal von der als elektronische Steuereinheit (36) ausgebildeten Steuereinrichtung empfängt.

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffsteuereinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Brennstoffsteuereinrichtung dieser Gattung ist aus der US-PS 38 08 797 bekannt Bei dieser Brennstoffsteuereinrichtung ist das stromab des Brennstoffzumeßventils angeordnete Drosselventil ebenfalls als Zumeßventil ausgebildet, das mit dem Steuerhebel (Gashebel) mechanisch gekoppelt ist Das vorgeschaltete Zumeßventil (Drosselventil) ist über insgesamt drei Steuerventile mit mehreren Signalgebern verbunden, die verschiedene Betriebsparameter des Triebwerks darstellende Eingangssignale an das Zumeßventil abgeben.
Hierdurch ergibt sich eine relativ komplizierte und aufwendige Brennstoffsteueranlage, da beide als Zumeßventile dienende Drosselventile durch eine relativ große Anzahl von Steuersignalen gesteuert werden. Außerdem dürfte es hierbei schwierig sein, jeder Stellung des Steuerhebels einen genau definierten Brennstoffdurchsatz zuzuordnen, so daß auch die Genauigkeit der vorbekannten Brennstoffsteuereinrichtung zu wünschen übrig lassen dürfte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffsteuereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung hinsichtlich ihrer Genauigkeit und der Einfachheit ihres Aufbaus zu verbessern, derart, daß eine zentrale Steuerung über eine einzige Stellgröße möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstoffsteuereinrichtung dient lediglich das Brennstoffzumeßventil der Brennstoffzumessung, wobei zu dessen Einstellung nur ein einziges Steuerventil erforderlich ist. Dieses Steuerventil kann über eine einzige Stellgröße betätigt werden, die von einem die verschiedenen Betriebsparameter berücksichtigenden Rechner geliefert wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennstoftsteuereinrichtung ergibt sich eine eindeutige Zuordnung zwischen der öffnung des Steuerventils und dem am Stellkolben anliegenden Druckunterschied. Die Folge ist eine hohe Regelgenauigkeit. Dies alles wird durch einen relativ einfachen und wenig aufwendigen Aufbau der Brennstoffsteuereinrichtung erreicht.

Anhand der einzigen Figur, die in schematischer Form ein Gasturbinentriebwerk mit zugehöriger Brennstoffsteuereinrichtung zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Das in der Zeichnung dargestellte Gasturbinentriebwerk 10 weist einen Lufteinlaß 12, einen Verdichter 14, eine Verbrennungseinrichtung 16 mit mehreren Brennkammern, einen Turbinenläufer 18, der über eine Welle 20 den Verdichter 14 antreibt, und eine Auslaßdüse 22 auf, aus der die Verbrennungsprodukte zur Atmosphäre hin ausgestoßen werden. Eine Mehrzahl von Einspritzdüsen 24 für Brennstoff ist mit einer Verteilerleitung 26 für Brennstoff verbunden und dient dazu, einen vorgegebenen Strom unter Druck stehenden Brennstoffes in die Brennkammern einzuspritzen. In den Brennkammern wird das entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt und es werden heiße Gase hoher Geschwindigkeit erzeugt, die durch den Turbinenläufer durchtreten und so den Verdichter 14 antreiben und dann durch die Auslaßdüse 22 zur Atmosphäre hin ausgestoßen werden, wobei ein Schub zur Erzeugung einer Vorwärtsbewegung erhalten wird.

Der Verteilerleitung 26 wird ein dosierter Brennstoffstrom zugeführt, wozu ein Brennstofftank 28, eine von der Gasturbine angetriebene Brennstoffpumpe 30 mit konstanter Verdrängung sowie eine Brennstoffsteuereinrichtung 32 verwendet wird. Zu der Brennstoffsteuereinrichtung 32 gehört eine hydromechanische Durchflußsteuereinrichtung 34 und eine elektronische Steuereinheit 36, die mit Fühlern zusammenarbeitet und die von diesen erhaltenen Signale verarbeitet

Die elekti onische Steuereinheit 36 arbeitet derart, daß sie elektrische Eingangssignale erhält, die ausgewählte veränderliche Betriebsparameter darstellen (z. B. die Turbinendrehzahl N, den Druck P_c der vom Verdichter abgegebenen Luft die Stellung PLA des Gashebels, die Temperatur Ti der vom Verdichter angesaugten Luft usw.). Diese elektrischen Eingangssignale, die von den Fühlern bereitgestellt werden, werden elektronisch mit Sollwerten verglichen und verarbeitet, und man erhält als Ergebnis der Verarbeitung ein elektrisches Signal, das nach geeigneter Verstärkung am Ausgang als elektrisches Steuersignal zur Steuerung der hydromechanischen Durchflußsteuereinrichtung 34 in der nachstehend beschriebenen Art und Weise verwendet werden kann.

Die hydromechanische Durchflußsteuereinrichtung 34 weist ein Gehäuse 38 mit einem Einlaß 40 für Brennstoff auf. Dem letzteren wird über eine Leitung 42 unter einem Druck P\ stehender Brennstoff von der Brennstoffpumpe 30 her zugeführt. Das Gehäuse 38 weist ferner einen Auslaß 44 für Brennstoff auf, der zur Zufuhr des dosierten Brennstoffstromes über eine Leitung 46 mit der Verteilerleitung 26 verbunden ist. Der Einlaß 40 und der Auslaß 44 sind über eine Zufuhrleitung miteinander verbunden, zu der eine Leitung 48, eine einen Teil eines Brennstoffzumeßventils darstellende Drosselstelle 50, eine Leitung 52, eine einen Teil eines Drosselventils darstellende Drosselstelle 54, eine Leitung 56, ein Absperrventil 58 und eine Leitung 60 gehören. Ein in dem Gehäuse 38 verschiebbar angeordneter Ventilkörper 62 des Zumeßventils ist mit einem konischen Endabschnitt 64 versehen, der zusammen mit der Drosselstelle 50 den veränderlichen effektiven Durchströmquerschnitt des Zumeßventiles vorgibt. Das gegenüberliegende Ende des Ventilkörpers 62 ist an einem Stellkolben 66 befestigt, der verschiebbar in einer Kammer angeordnet ist. Die letztere ist über eine eine Drosselstelle 72 aufweisende Leitung 70 mit einer Stelle der Leitung 52 verbunden, die zwischen den Drosselstel.'en 50, 54 liegt. Durch eine eine Drosselstelle 76 aufweisende Leitung 74 ist die Kammer 68 mit einer Stelle der Leitung 56 verbunden, die zwischen der Drosselstelle 54 und dem Absperrventil 58 liegt. Über eine Leitung 78 mit einer Drosselstelle 80 sind die Leitungen 70, 7*ί verbunden. Die Drosselstellen 72, 76, 80 weisen vorzugsweise denselben effektiven Strömungsquerschnitt auf. Die Leitung 70 ist stromab der Drosselstelle 72 über eine Leitung 82, den Ventilsitz 84 eines Steuerventils, eine Kammer 86 und eine Leitung 88 mit einer Stelle der Leitung 56 verbunden, die zwischen dem Ventilsitz 54 und dem Absperrventil 58 liegt.

Der effektive Strömungsquerschnitt beim Ventilsitz 84 und damit der Brennstoffdruck P, in der Kammer ist durch einen bewegbaren Ventilkörper 90 des Steuerventils steuerbar. Das Steuerventil wird durch einen Elektromagneten 92 betätigt, der von der Steuereinheit 36 her über elektrische Leiter 94,95, % erregt wird. Der Elektromagnet 92 ist durch Boizen 97 lösbar am Gehäuse 38 befestigt.

-Der Stellkolben 66 ist gemäß dem Brennstoffdruckunterschied P₁-P3 bewegbar, der über die Leitungen 70, 74 an ihm abfallend in der Kammer aufgebaut wird. Die maximale und die minimale Offenstellung des Ventilkörpers 62 sind durch einstellbare Anschläge vorgegeben: ein Gewindebolzen 98 ist in das Gehäuse 38 eingeschraubt, und auf seinen mit Gewinde versehenen Schaft 99 ist eine Mutter 100 aufgeschi aubt. Ein vom Stellkolben 66 weglaufender Arm 102 weist einen Schlitz 104 auf, in dem der Schaft 99 verschiebbar Aufnahme findet Damit kann der Arm 102 wahlweise in Anlage an die Mutter 100 oder den Gewindebolzen 98 kommen; der Hub des Stellkolbens 66 und damit auch des Ventilkörpers 62 des Zumeßventiles wird entsprechend begrenzt Der Gewindebolzen 98 läßt sich zur Einstellung der maximalen Offenstellung des Zumeßventils und damit der Stellung maximalen Durchsatzes durch das Zumeßventil einstellen. Durch Einstellung der Mutter 100 kann die minimale Offenstellung des Zumeßventils und damit der minimale Durchsatz eingestellt werden.

Ungeachtet der Stellung des Ventilkörpers 62 wird an der zwischen Ventilkörper 62 und Ventilsitz 50 liegenden Drosselstelle ein vorgegebener konstanter Brennstoffdruck aufrechterhalten. Hierzu ist ein Bypass-Ventil 106 in einer Bypassleitung 108 angeordnet, durch welche die Leitung 48 mit einer Rückführleitung 110 verbunden ist, die zu dem Einlaß der Brennstoffpumpe 30 zurückführt, bei dem der verhältnismäßig geringe Brennstoffansaugdruck P₀ herrscht. Das Bypassventil 106 ist verschiebbar im Gehäuse 38 angeordnet und ist durch eine Membran 112 betätigbar, die fest am einen Ende des Bypassventiles 106 angebracht ist. Die Membran 112 ist ihrerseits in ihrem äußersten Umfangsabschnitt fest am Gehäuse 38 befestigt und stellt einen Teil der Begrenzung zweier Kammern 114, 116 dar. Die Kammer 114 ist über eine radiale Leitung 1J8 und eine axiale Leitung 120, die beide im Bypassventil 106 ausgebildet sind, mit der unter dem Brennstoffdruck P\ stehenden Leitung 48 verbunden. Die Kammer 116 ist über eine eine Drosselstelle 124 aufweisende Leitung 122 mit der Leitung 52 verbunden, die unter dem Druck P₂ des dosierten Brennstoffstromes steht. Zwischen dem Gehäuse 38 und dem Bypassventil 106 ist eine Druckfeder 126 angeordnet, durch welche das Bypassventil 106 entgegen der von der Membran 112 bereitgestellten Kraft in Schließrichtung vorgespannt ist. Hierdurch wird der Bypasstrom durch die Bypassleitung 108 und damit der Druck Fi so geregelt, wie dies zur Aufrechterhaltung des gewünschten Wertes für den Druckunterschied P\ — Pi erforderlich ist.

Ein durch eine Druckfeder 130 vorgespanntes Überdruckventil 128 verbindet den Kanal 48 mit der Rückführleitung 108, wenn der Brennstoffdruck P, einen vorgegebenen maximal zulässigen Wert erreicht.

Das Absperrventil 58 kann den Brennstoffstrom zur Verteilerleitung 26 unterbrechen und zugleich die unter dem Druck P₂ stehenden Leitung 56 zum Pumpeneinlaß hin entlüften, wo der verhältnismäßig kleine Druck P₀ herrscht. Hierzu ist das Absperrventil 58 verschiebbar im Gehäuse 38 angeordnet, und es weist in Abstand voneinander angeordnete Bunde 132, 134 auf. die gemäß der Stellung eines Gashebels 136 in eine die Leitungen 5o, 60 freigebende oder verschließende Lage bewegbar sind. Der Gashebel 136 ist fest mit einer Welle 138 verbunden, die drehbar im Gehäuse 38 gelagert ist und einen Hebelarm 140 aufweist. Das Absperrventil 58 weist einen mit einem Schlitz versehenen Endabschnitt

142 auf, in dem das freie Ende 144 des Hebelarmes 140 verschiebbar Aufnahme findet. Der Endabschnitt 142 steht mit einer Kammer 146 in Verbindung, die ihrerseits über eine Leitung 148 mit der unter dem Ansaugdruck Pit stehenden Rückführleitung 108 verbunden ist. In dem Bund 134 ist eine Kerbe 150 ausgebildet, die aus dem Gehäuse 38 ausfahrbar ist, so daß die Leitung 60 zu der unter dem Druck P₀ stehenden Kammer 146 hin entlüftet wird, wenn das Absperrventil 58 in die den Strom unterbrechende Stellung verlagert wird.

Der effektive Strömungsquerschnitt beim Ventilsitz 54 des Drosselventils und damit der Druckabfall Pi-Pi am Drosselventil ist durch einen becherförmigen Ventilkörper 152 des Drosselventils steuerbar, der verschiebbar im Gehäuse 38 angeordnet ist. Der Ventilkörper 152 stellt einen Teil der Begrenzung einer Kammer 154 dar, die über eine Leitung 155 mit der unter dem Brennstoffdruck P₁ stehenden Leitung 56 verbunden ist. Eine Druckfeder 156 ist zwischen dem Ventilkörper 152 und einem Federsitz 158 abgestützt. Der letztere ist deckelförmig ausgebildet und durch Bolzen 160 am Gehäuse befestigt. Durch die Druckfeder 156 ist der Ventilkörper 152 entgegen der Kraft, die durch den Druckunterschied Pi —Pi über den Boden des Ventilkörpers 152 hinweg erhalten wird, in Schließrichtung vorgespannt.

Bei der hier beschriebenen Brennstoffsteuereinrichtung erfüllt der Ventilkörper 152 des Drosselventiles zwei Aufgaben: Einerseits ermöglicht er den Aufbau eines Brennstoffrückdruckes, indem er so lange in der Schließstellung verbleibt, bis die Kraft der Druckfeder 156 durch einen vorgegebenen Brennstoffdruck Pi überwunden wird; darüber hinaus wird aber auch beim Bewegen des Ventilkörpers 152 in die Offenstellung die Kammer 154 mit dem in der Leitung 56 herrschenden Brennstoffdruck P% beaufschlagt. Durch den Drosseleffekt des Ventilkörpers 152 und des Ventilsitzes 54 wird der Druckunterschied Pi-P^ auf einem konstanten Wert gehalten, der von der Vorspannung durch die Druckfeder 156 abhängt.

Ein evakuierter Balg 162 befindet sich in einer Kamrncr 164, die über eine Leitung 166 und eine Verbindungsleitung 168 mit dem Auslaß des Verdichters 14 verbunden ist. Mittels dieses Balges 162 wird ein elektrisches Signal erzeugt, das den Druck P_c am Verdichterauslaß wiedergibt. Der Balg 162 ist an seinem einen Ende am Gehäuse 38 festgelegt sein gegenüberliegendes bewegbares Ende ist fest mit einer Federhalteplatte 170 verbunden. An der Federhalteplatte 170 ist ein Schaft 172 befestigt der seinerseits eine kreisförmige Scheibe 174 aus magnetischem Material fest befestigt trägt. Ein becherförmiger Deckel 176 ist mittels Schrauben 178 lösbar am Gehäuse 38 befestigt Der Deckel 176 weist einen ringförmigen Abschnitt 180 auf, in dem die Scheibe 174 unter radialem Abstand zur Innenwand Aufnahme findet und in den eine Spule 182 aus Draht eingebettet ist. Durch elektrische Leiter 184 und 186 ist die Spule 182 mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbunden, so daß an diese ein elektrisches Signal übermittelt wird, das der Stellung des Balges 162 und damit dem Druck P_c am Verdichterausgang entspricht

Die Stellung des Zumeßventiles wird durch einen diesem zugeordneten Stellungsgeber an die elektronische Steuereinheit rückgemeldet. Dieser Stellungsgeber weist eine kreisförmige Scheibe 188 auf, die fest auf einem Schaft 190 befestigt ist Dieser ist seinerseits fest mit dem Ventilkörper 62 verbunden und ist zusammen mit diesem in axialer Richtung verlagerbar. Die Scheibe findet in einem ringförmigen Abschnitt 192 eines becherförmigen Deckels 194 Aufnahme, der durch Schrauben 196 lösbar am Gehäuse 38 befestigt ist, ähnlich wie der Deckel 176. In diesen Ringabschnitt 192 ist eine Spule 198 aus Draht eingebettet. Durch elektrische Leiter 200, 202 ist die Spule 198 mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbunden, so daß an diese ein elektrisches Signal überstellt wird, das die Stellung des Ventilkörpers 62 des Zumeßventils anzeigt.

Ein elektrisches Signal, das der Stellung des Gashebels 136 zugeordnet ist, wird unter Verwendung eines Potentiometers 204 erzeugt. Dieses weist eine drehbare Welle 206 auf, auf der ein Antriebszahnrad 208 angeordnet ist. Ein fest auf der Welle 138 angebrachtes Zahnrad 210 kämmt mit dem Antriebszahnrad 208 und dreht dieses gemäß der Verstellbewegung am Gashebel 136. Durch elektrische Leiter 212, 214 ist das Potentiometer 204 mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbunden, und so wird dieser ein der Stellung dieses Hebels entsprechendes Signal überstellt.

Für den Fall des Ausfallens der elektrischen Stromversorgung ist eine Notsteuerung für den Brennstoffstrom vorgesehen. Diese stellt einen normalerweise geschlossenen Strömungsweg dar, der strömungsmäßig parallel zum Zumeßventil und Drosselventil geschaltet ist. Zu diesem normalerweise geschlossenen Strömungsweg gehört eine Leitung 216, die mit der unter dem nicht geregelten Brennstoffdruck P\ stehenden Leitung 48 verbunden ist, ein bewegbarer Ventilkörper 218, der durch einen elektrisch erregten und über elektrische Leitungen 222 und 224 mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Elektromagneten 220 normalerweise in die Schließstellung gestellt ist, eine Leitung 226, die bei einem Ventilsitz 228 endet, ein verstellbarer Ventilkörper 230, der zusammen mit dem Ventilsitz 228 eine Drosselstelle veränderlichen Strömungsquerschnittes bildet, eine Kammer 232 sowie eine Leitung 234, die von der Kammer 232 zu einer Stelle der Leitung 56 führt, die stromab des Drosselventils mit dem Ventilkörper 152 liegt. Ein schwenkbar auf einem gehäusefesten Lager 236 angeordneter Winkelhebel weist einen Arm 238 auf, an dem der Ventilkörper 230 befestigt ist. Ein zweiter Arm 240 des Winkelhebels ist an einen Nockenfolgestift 242 anlegbar. Der Nockenfolgestift 242 ist verschiebbar in einer Öffnung 244 des Gehäuses 38 angeordnet, über die die Kammer 232 mit einer getrennten Kammer 246 in Verbindung steht. Der Nockenfolgestift 242 ist an einer drehbaren und in axialer Richtung bewegbaren dreidimensionalen Nocke 248 abgestützt wobei die letztere an einer Welle 250 befestigt ist, die vom einen Ende der Nocke aus in eine Ausnehmung 252 des Gehäuses 38 hineinläuft Die Welle 250 ist in dieser Ausnehmung drehbar und axial bewegbar gelagert. Das gegenüberliegende Ende der Nocke 248 ist fest am freien Ende eines evakuierten Balgs 254 angebracht, der koaxial zur Nocke 248 angeordnet ist und von der Kammer 246 her frei zugänglich ist. Das gegenüberliegende Ende des Balgs 254 ist am einen Ende einer drehbaren Welle 256 befestigt die sich durch eine Öffnung 258 des Gehäuses 38 hindurch erstreckt und mit einem von Hand betätigbaren Gashebel 260 fest verbunden ist. Ein axiales Verschieben der Welle 256 wird durch einen Flanschabschnitt 262 der Welle und eine Unterlagscheibe 264 verhindert die verschiebbar am Gehäuse 38 anliegen. Ein in die Welle 256 einrastbarer Sprengring 266 hält die Unterlagscheibe 264 auf der Welle 256 an der richtigen Stelle. Über eine Öffnung 268 ist die Kammer 246 zu der Umgebung hin entlüftet, in der der atmosphärische Druck Pa herrscht. Die Nocke 248 kann in

ihrer Winkelstellung durch den Gashebel 260 eingestellt werden, während ihre axiale Positionierung durch den Balg 254 erfolgt, der sich gemäß der Änderung des auf ihn einwirkenden Druckes Pa ausdehnt oder zusammenzieht.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Brcnnstoffstcuereinrichtung beschrieben:

Die Gasturbine wird dadurch angeworfen, daß der Gashebel 136 in die Stellung zum Anwerfen der Turbine bewegt wird, in der durch eine übliche, nicht dargestellte Anlaßeinrichtung die Gasturbine angeworfen wird, bis sie eine Geschwindigkeit erreicht, in der sie selbst laufen kann. Während des Anwerfens der Gasturbine wird die Brennstoffpumpe 30 von der Turbine angetrieben. Damit fließt unter Druck stehender Brennstoff zum Einlaß 40, und das Innere des Gehäuses 38 wird unter Druck gesetzt. Durch die Druckfeder 156 wird der Ventilkörper 152 des Drosselventils so lange in der Schließstellung gehalten, bis in der Leitung 52 ein vorgegebener Druck P₂ erreicht wird. Dann öffnet der Ventilkörper 152 und läßt Brennstoff in die Leitung 56 eintreten. Wird nun der Gashebel 136 in die dem Leerlauf der Gasturbine entsprechende Stellung weitergeschoben, so nimmt das Absperrventil 58 die Offensiellung ein und erlaubt ein Durchtreten von Brennstoff durch den Auslaß 44 und die Leitung 46 zur Verteilerleitung 26. Damit werden die Einspritzdüsen 24 mit unter Druck stehendem Brennstoff versorgt. Der in der Leitung 56 herrschende Druck Pi wird über die Leitung 155 an die Kammer 154 weitergegeben. Dort wirkt er auf den Ventilkörper 152 in entgegengesetzter Richtung ein wie der Druck P2, wodurch der Ventilkörper 152 in Schließrichtung bewegt wird. Damit wird der am Ventilkörper 152 anliegende Druckunterschied P₂-Pi vergrößert, bis er einen vorgegebenen Wert erreicht und dann durch die Druckbeaufschlagung der effektivdruckbeaufschlagten Flächen des Ventilkörpers 152 eine Kraft erhalten wird, die gleich der entgegengerichteten Kraft der Druckfeder 156 ist. Der Ventilkörper 152 spricht auf eine Änderung des Druckes P2 oder Pi derart an, daß er wieder auf die Gleichgewichtsstellung zustrebt, wobei der Ventilkörper 152 so weit in Richtung auf die Schließstellung oder die Offenstellung verlagert wird, wie dies zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen Druckunterschiedes Pi—Pi am Druckauf bau ventil erforderlich ist.

Die Stellung des Potentiometers 204 erfolgt durch den Gashebel 136. Damit wird ein entsprechendes Ausgangssignal an die elektronische Steuereinheit 36 abgegeben. Diese erhält ferner ein weiteres elektrisches Eingangssignal, das — wie oben schon ausgeführt — die momentane Drehzahl N der Turbine darstellt. Der befohlene Schub und das der Turbinendrehzahl zugeordnete Signal werden miteinander verglichen, und man erhält ein Geschwindigkeitsfehlersignal, das an den Elektromagneten 92 weitergegeben wird. Dieser wird dann erregt, wodurch der Ventilkörper 90 proportional zum Fehlersignal in Schließrichtung bewegt wird. Durch die entsprechende Erhöhung des Druckes P₅ wird das Druckgleichgewicht am Stellkolben 66 gestört und dieser in der Richtung verlagert, in der der Ventilkörper 62 des Drosselventiles in Öffnungsrichtung verlagert wird. Hierdurch wird der Brennstoffstrom durch die zwischen Ventilkörper 62 und Ventilsitz 50 gebildete Drosselstelle vergrößert, und dies führt zu einer Zunahme des Druckes P₂ in der Leitung 52 und damit zu einer Abnahme des Druckunterschiedes Px-Pi an der Drosselstelle zwischen Ventilkörper 62 und Ventilsitz 50 und zugleich zu einer Zunahme des Druckabfalls P2—P3 an der durch den Ventilkörper 152 und den Ventilsitz 54 gebildeten Drosselstelle. Die Scheibe 188 wird gemäß der Bewegung des Ventilkörpers 62 in axialer Richtung durch den ringförmigen Abschnitt 192 des Deckels 194 bewegt. Hierdurch wird ein elektrisches Stellungssignal erzeugt, das zu der elektronischen Steuereinheit 36 zurückgeführt wird. Dieses Rückführsignal wird mit dem Ausgangssignal verglichen, das dem Elektromagneten 92 übermittelt wird, und so wird sichergestellt, daß der Ventilkörper 62 die gewünschte Stellung einnimmt. Nimmt der Druck P₂ zu, so wird das Bypassventil 106 durch die Membran 112 in Richtung auf die Schließstellung zu bewegt. Hierdurch wird der Bypasstrom vermindert und damit der Druck P\ so erhöht, wie dies zum Wiedereinstellen des vorgegebenen Druckunterschiedes P\ — Pt erforderlich ist. Durch das Anwachsen des Druckes P₂ wird der Ventilkörper 152 des Drosselventils in Richtung auf die Offenstellung zu verlagert, und hierdurch wird der Drosseleffekt auf den Brennstoffstrom durch den Ventilkörper 152 vermindert. Dies führt zu einem Anwachsen des im Kanal 56 herrschenden Drukkes Pi, bis der vorgegebene Druckabfall Pi-Pi am Drosselventil wieder hergestellt ist.

Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Druckänderungen verhältnismäßig kurz andauern; damit können die Druckunterschiede P\ — Pi und Pz-Pi im wesentlichen als konstant angesehen werden ungeachtet der Änderung des Strömungsquerschnittes an der durch den Ventilkörper 62 und den Ventilsitz 50 gebildeten Drosselstelle. Die Zunahme des Brennstoffstromes durch das Absperrventil 58 und den Auslaß 44 zur Gasturbine 10 führt zu einer Erhöhung der Drehzahl N. Diese Erhöhung wird an die elektronische Steuereinheit zurückgemeldet. Nähen sich die anwachsende Drehzahl N der gewünschten Leerlaufdrehzahl, so nimmt das von der elektronischen Steuereinheit 36 an den Elektromagneten 92 abgegebene Geschwindigkeitsfehlersignal ab und wird schließlich Null, wenn sich die Turbinendrehzahl bei der gewünschten Leerlaufdrehzahl einpendelt.

Wird der Gashebel 136 in höheren Schubwerten zugeordnete Stellungen gestellt, d. h. ein Beschleunigen der Gasturbine befohlen, so läuft die gleiche Folge von Steuerschritten ab. Wird dagegen der Gashebel 136 aus einer hohem Schub zugeordneten Stellung in eine niederem Schub zugeordneten Stellung verschoben, also eine Drehzahlverminderung der Gasturbine befohlen, so führt dies zur Abfolge der Steuerschritte in umgekehrter Reihenfolge.

Vorzugsweise werden die Drosselstellen 72, 76, 80 mit gleichem effektivem Strömungsquerschnitt gewählt, so daß der Druckabfall an der Drosselstelle 80 P₂-Pi' gleich dem Druckabfall an der Drosselstelle 76 Pi' — Pi oder gleich dem halben Gesamtdruckabfall über beide Drosselstellen 80,76 P₂- Pi ist. Der zwischen den Drosselstellen 80, 76 herrschende Druck /V, mit dem der Stellkolben 66 beaufschlagt ist, wird somit derart in der Mitte zwischen den Drucken P2 und Pi gehalten, daß zum Antrieb des Stellkolbens 66 stets ein verhältnismäßig hoher Druckunterschied P₅-Pi' zur Verfugung steht, falls der Stellkolben 66 verklemmt

Fällt die elektrische Stromversorgung aus, so wird die Erregung des Elektromagneten 92 unterbrochen. Der Elektromagnet ist so konstruiert, daß dann der Ventilkörper 90 in die voll geöffnete Stellung bewegt wird.

Hierdurch wird der Druck P₅ vermindert und das Druckgleichgewicht am Stellkolben 66 gestört. Hierdurch wird der Ventilkörper 62 des Zumeßventiles in die Stellung verlagert, in der die geringste Brennstoffmenge

durch das Zumeßventil strömt. Durch das Ausfallen der Stromversorgung wird zugleich die Erregung des Elektromagneten 220 unterbrochen, und hierdurch wird der Ventilkörper 218 in die Stellung bewegt, in der er die Leitung 226 völlig freigibt. Der Brennstoffstrom durch die Leitung 226 wird dann durch den effektiven Strömungsquerschnitt zwischen Ventilkörper 230 und Ventilsitz 228 vorgegeben. Die Stellung des Ventilkörpers 230 hängt von der Stellung der Nocke 248 ab, deren Winkelstellung durch die Stellung des Gashebels 260 vorgegeben ist, und deren axiale Stellung von dem atmosphärischem Druck P_A, d. h. vom Druck der Luft am Verdichtereinlaß abhängt. Damit wird für Notfälle ein Brennstoffstrom durch die Leitung 234 erhalten, der von der Stellung des Gashebels 260 modifiziert gemäß dem atmosphärischen Druck Pa abhängt.

Es sei darauf hingewiesen, daß am Ventilkörper 152 des Drosselventils ein verhältnismäßig großer Druckabfall Pi-Pz erhalten wird, der zum Antrieb des Stellkolbens des Zumeßventils dient. Der Hub des Ventilkörpers 62 des Zumeßventils kann darüber hinaus verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß die Empfindlichkeit des Zumeßventiles bezüglich des Verstärkungsfaktors vermindert wird, was zu hoher Genauigkeit führt.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffsteuereinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, mit

— einer von einer Brennstoffpumpe (30) zu einer Verbrennungseinrichtung (16) des Gasturbinentriebwerks (10) führenden Zufuhrleitung (48,52, 56).

— einem in der Zufuhrleitung angeordneten Brennstoffzumeßventil (50,62,64) das durch einen Stellkolben (66) betätigbar ist, dessen beide Seiten mit unterschiedlichen, vom Brennstoffdruck in der Zufuhrleitung über Steuerleitungen (70,82,88; 74) abgeleiteten Drücken beaufschlagt sind,

— einer auf Betriebsparameter des Gasturbinentriebwerks ansprechenden Steuereinrichtung (92) zur Beeinflussung der Druckdifferenz in den Steuerleitungen, und

— einem stromabwärts des Brennstoffzumeßventils in der Zufuhrleitung angeordneten Drosselventil (54,152), das einen konstanten Druckabfall erzeugt,