DE2751743C2 - Verfahren und Regeleinrichtung zum Zumessen strömender Medien - Google Patents

Verfahren und Regeleinrichtung zum Zumessen strömender Medien

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DE2751743C2 DE2751743A DE2751743A DE2751743C2 DE 2751743 C2 DE2751743 C2 DE 2751743C2 DE 2751743 A DE2751743 A DE 2751743A DE 2751743 A DE2751743 A DE 2751743A DE 2751743 C2 DE2751743 C2 DE 2751743C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zumessen strömender Medien mit Hilfe mehrerer, parallelgcschalteter Ein-Aus-Ventile, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Regeleinrichtung.
Aus der chemischen Verfahrenstechnik ist es bekannt, zum Steuern eines Mengenstromes mehrere Ein-Aus-Ventile parallel zu schalten, die dann entsprechend der jeweiligen Sollmenge entweder geöffnet oder gischlossen werden. Dabei können die Zumeßquerschnitte beispielsweise nach einer binären Reihe 2" abgestuft sein; mit steigender Anzahl η der Ventile verbessert sich dann das Auflösevermögen. Obwohl mit diesem binären Zumeßverfahren gewisse Vorteile verbunden sind, nämlich der relativ einfache Aufbau der Ventile und ihre nicht so häufig erforderliche Betätigung sowie die Möglichkeit, bei Versagen eines oder mehrerer Ventile die Redundanz der übrigen Ventile nutzbar zu machen, besitzt es IOr viele Anwendungszwecke, beispielsweise bei der Gasturbinenregelung den Nachteil, daß eine praktisch nicht realisierbare große Anzahl von Ventilen zum Erreichen einer !einstufigen Zumessung erforderlich ist.
In der DT-PS 19 19 489 ist eine Hinrichtung zum Zumessen von Kraftstoff für Gasturbinen beschrieben, bei der ein Zumeßvenlil vorgesehen ist, das nur zwei Stellungen einnimmt, nämlich eine für die minimal und die andere für die maximal erforderliche Kraftstoflmenge; bei gleichbleibender Schultfretiuen/ wird die
Zeit für die der maximal erforderlichen KraftstofTmenge zugeordnete Stellung entsprechend der gewünschten KraftstofTmenge verändert. Darüber hinaus sind veränderbare Anschläge für den Ventilstößel vorgesehen, um neben der pulsbreiten-modulierten Menge auch eine stetige Grundmenge einstellen zu können.
Zur Festlegung der absolut kleinsten Menge ist parallel zum Zumeßvcnlil eine einstellbare Drossel vorgesehen. Die absolute Höchstmenge wird durch eine weitere, ebenfalls einstellbare Drossel, die in Reihe mit dem pulsbreiten-modulierten Ventil geschaltet ist, begrenzt. Die lineare Zuordnung zwischen dem effektiven Zumeßquerschnitt und dem Durchfluß wird durch Konstanthalten der Druckdifferenz über dem Zumeßquerschnitt erreicht. In manchen Anwendungsfallen, is wie z. B. bei der Regelung von Gasturbinen, kann es erforderlich sein, die Grundmenge, und damit die Anschläge, selbsttätig zu verstellen, um den Zumeßbereich zu erweitern. Eine derartige Möglichkeit ist bei dem bekannten Vorschlag nicht vorhanden; die dazu als naheliegende Maßnahme zusätzlich vorzusehende Positioniereinrichtung würde jedoch ein komplexes, clektromechanisches System bilden, durch das der Vorteil des an sich sehr einfachen, pulsbreiten-modulierten Zumcßsystcms im wesentlichen zunichte gemacht würde. Darüber hinaus ist wegen mangelnder Redundanz der Sicherheitsfaktor bei diesem Zumeßsystem im Falle des Vcrsagens des Ventils äußerst gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen unter Vermeidung zusätzlicher Steuer-und Regel.maßnahmen bzw. -einrichtungen ein einfaches und dennoch inhärent sicheres und dabei gleichzeitig feinstufiges Zumessen möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ventil zur Lieferung eines kontinuierlich verstellbaren Teildurchflusses getaktet angesteuert wird, während die übrigen Ventile wahlweise zur Lieferung des aus Grundlastanteilen gebildeten Restdurchflusses diskontinuierlich zu- und/oder abgeschaltet werden. In überraschend einfacher Weise wird mit diesen Maßnahmen ein außerordentlich sicheres und fenistufiges Zumessen ermöglicht, da von mehreren der parallel geschalteten Ventilen, die sämtlich nur die möglichen Stellungen »Ein« oder »Aus« benötigen, eines pulsiercnd gesteuert wird und damit eine stufenlos veränderbare Teilmenge liefert und in dieser Eigenschaft nachfolgend als »Taktventil« bezeichnet wird, während die übrigen Ventile als sogenannte »Grundlastventile« eine grobstufige Grundmenge liefern. Durch geeignetes Steuern kann somit der Durchfluß mit Hilfe des Taktvcntils derart verändert werden, daß die grobstufige Grundmenge entsprechend der geforderten Sollmenge zu einer stetigen, feinstufig einstellbaren Gesamtmenge ergänzt wird.
Diese Vorteile, zu denen zusätzlich besonders die Tatsache zu zählen ist, daß keine mechanische oder hydraulische Rückmeldung erforderlich ist, machon die Erfindung insbesondere zum Zumessen von Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke besonders bedeutsam, wobei dann vorzugsweise ein elektronischer Regler aus einem von einer übergeordneten Triebwerksregelung erhaltenen Sollwert die Ansteuersignale für die vorzugsweise als Magnetventile ausgebildeten Ventile ableitet. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Druckdifferenz über den Kraftstoff-Magnetventilen, vorzugsweise durch einen Druckregler, konstant gehalten wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Zumeßquerschnitte derGrundlastventüe binär gestuft, d. h. die Durchflußmengen der Grundlastveniile entsprechen einer binären Reihe, wodurch für das Zu- bzw. Abschalten einzelner Ventile insofern ein Optimum erreicht wird, als mit einer möglichst kleinen Anzahl von Ventilen ein möglichst großer Grundmengenbereich erzielt werden kann.
Die Erfindung benötigt also nur ein analog, d. h. kontinuierlich wirkendes Ventil, und zwar für einen gewissen Teildurchfluß, während der Restdurchfluß durch die digital schaltenden Grundlastventile geliefert wird. Dadurch werden Feineinstellungen möglich, die andernfalls eine praktisch nicht mehr realisierbare Anzahl von digital arbeitenden Ventilen benötigte.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Taktventil pulsbreitenmoduliert angesteuert, d. h. bei konstanter Taktfrequenz kann der Durchfluß durch Verändern der Dauer des »Ein«-Zustandes verstellt werden, wobsi die Taktfrequenz so gewählt wird, daß die Zeitkonstante des Gasturbinen, ;ebwerkes den Summendurchfiuß im gewünschten ürrfang glättet. Auf diese Weise ist ein kontinuierliches Verstellen des zeitlichen Mittelwertes des Durchflusses möglich. Sofern der Differenzdruck über dem Ventil konstant gehalten vird - wie dies vorzugsweise geschieht - und das Ventil schnell genug ist, um den Ansteuerpulsen zu folgen, besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Mittelwert des Durchflusses und dem zeitlichen Mittelwert der Ansteuerimpuise, so daß bei diesem analogen Zumeßverfahren keine mechanische oder hydraulische Rückmeldung erforderlich ist.
Da das Ventil den Ansteuerimpulsen nicht beliebig schnell folgen kann, werden die Aussteuerbereiche des pulsbreitenmodulierten Ventils ausgespart, d. h. die Aussteuerränder der Pulsbreitmodulation werden vermieden, das ist der Bereich der sehr kleinen Pulsbreiten bzw. Pulslücken, so daß man den Vorteil der Linearität behält.
In besonders einfacher Weise liefert die Erfindung ohne zusätzlichen Aufwand ein Notsystem, d. h. die vorgeschlagene Regelung ist inhärent sicher, wenn nämlich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Schaltzustand jedes Ventils überwacht und im Fehlerfall auch die Grundlastventile getakte* angesteuert werden. Zwar muß dabei dann eine größere Welligkeit des Gesamtdurchflusses in Kauf genommen werden, weil die Grundlastventile größere Mengen schalten und größere Schaltverzögerungen haben, und wird der Zumeßbereich durch den Ausfall eines Ventils entsprechend eingeengt, jedoch stellt diese Beeinträchtigung einen verschwindend kleinen Nachteil gegenüber dem enormen Vorteil der außerordentlich einfach zu erreichenden Notschaltung bzw. -steuerung dar.
Anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen fin bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel des Zumeßverfahrens für einen Zumeßbereich von etwa 1 : 50 dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes ffindungsgemäßes Regelschema,
Fig. 2 ein zweites ausführliches Regelschema einschließlich Notbetriebsschaltung,
Fig. 3 eine Tabelle der Ventilschaltstellungen in Abhängigkeit vom Eingangswert eines Analog-Digital-Wandlers (nachfolgend A/D-Wandler genannt) und die zugehörigen Bereich ,melderstellungen bei Verwendung eines Wandlers nach dem Bereichsdekodierungsprinzip,
Fig. 4 den·Kraftstoffdurchfluß und seine Verteilung auf die einzelnen Ventile in Abhängigkeit vom Sollwert.
Fig. 5 Ventilstellungen und Reglerverlauf bei Sollwertsprüngen und
Fig. 6 Ventilstellungen und Reglerverlauf im Notbetrieb.
In Fig. 1 ist das vereinfachte Regelschema eines Zumeßsystems mit vier Ein-Aus-Magnetventilen Vl bis V4 dargestellt, die zwischen der Kraftstoffeinlaßleitung 5 und der Kraftstoffauslaßleitung 6 liegen. Ein Druckregler 7 üblicher Bauart hält den Differenzdruck über den Ventilen konstant. Das elektrische Analogsignal Qx,,,, das von einer übergeordneten Triebwerksregelung vorgegeben wird, dient als Sollwert Tür den Kraftstoffdurchfluß B.
Der binär kodierte A/D-Wandler 8 bildet die Ansteuersignale i/2, i/3, i/4 Tür die Ventile Vl, Vi, V4, die die Grundmengenanteile zum Kraftstoffdurchfluß B addieren und daher im folgenden Grundlastventile genannt werden. In einer Kalibriereinrichtung 9 sind mit Hilfe von vier Potentiometern die elektrisch analogen Durchflußwerte Ql bis β 4 der einzelnen Ventile gespeichert. Eine Schaltereinheit 10 schaltet in Abhängigkeit von Ansteuersignalen i/l bis i/4 die Kalibrierwerte der eingeschalteten Ventile auf einen Istwertsummationspunkt 11. so daß das Signal Q1,, die elektrische Analogie des Durchflusses B darstellt. Dabei können Fertigungstoleranzen im Durchfluß der Ventile durch die elektrische Kalibrierung ausgeglichen werden.
Die Differenz aus Q&„ und Qhl beaufschlagt einen integrierenden Regler 12, der wiederum eine Modulationsschaltung 13 aussteuert, die die Ansteuerpulse i/l für das pulsierend steuerbare Taktventil Vl liefert. Abhängig vom Sollwert werden also Grundmengenanteile eingeschaltet und der »Rest« über ein analog zu messendes Taktventil addiert.
Die Maximalmenge des getakteten Ventils muß also zumindest so groß sein wie die kleinste Grundmenge, um kontinuierlich den gesamten Zumeßbereich einstellen zu können.
Der A/D-Wandler muß mit Schalthysteresen behaftet sein, um zu verhindern, daß eine geringe Sollwertwelligkeit zum unerwünschten dauernden Umschalten der Grundlastventile fuhrt. Diese Hysterese wird auch noch im Zusammenhang mit dem Notbetrieb benutzt. Da hier im Falle von drei Grundlastventilen nur ein 3-bit-Wandler benötigt wird, an den darüber hinaus keine besonderen Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, weil Schaltpunktverschiebungen vom analog zumessenden Taktventil Vl ausgeglichen werden können, bietet sich ein diskret aufgebauter AD-Wandler nach dem Bereichsd'ikodierungsprinzip an, bei dem die so Hysteresen leicht verwirklicht werden können.
Das ausführlichere Regelschema in Fig. 2 zeigt das Prinzip des A/D-Wandlers. Das vom Soliwert abgeleitete Signal QL</ w'rd einem siebenstufigen Bereichsmelder 14 zugeleitet, der aus sieben Komparatorschal- tern mit Hysteresen besteht. Ein Dekodierer 15 verarbeitet die Ausgänge K 2 bis K 8 des Bereichsmelders und steuert über Endstufen 17,18,19 mit den Signalen i/2, i/3, i/4 die Magnetsysteme der Grundlastventile Vl, V3, VA an.
Die Tabelle gemäß Fig. 3 erläutert die Dekodierung und zeigt die Bereichsmeldersteüungen Kl bis KS sowie die Schaltstellungen der Ventile Vl bis V4 in Abhängigkeit vom Eingangswert Q1^n des A/D-Wandlers, wobei zur Vereinfachung die Schalthysteresen nicht berücksichtigt sind. Aus der Wertetabelle kann mit den bekannten Methoden der Booleschen Algebra die Dekodierung ermittelt werden.
Die Rückmeldungen (J 1 bis t/4 in F i g. 2 werden vom Stromfiuß durch die Spulen der Magnetventile abgeleitet. Damit ist der Vorteil verbunden, daß auch Leitungsunterbrechungen und Fehler in den Endstufen sofort erkannt werden können. Eine noch weilergehende Sicherheit könnte durch Verwendung einer hydraulischen Rückmeldung erreicht werden, die allerdings einigen Mehraufwand verursacht. Dazu muß jedem Ventil ein eigener Durchflußmeßfühler zugeordnet werden, z. B. ein Hitzdrahtfühler, mit dem lediglich festgestellt werden soll, ob Durchfluß vorhanden ist oder nicht. Die elektrische Rückführung wird allerdings auch in diesem Fall benötigt, weil die hydraulische Rückmeldung wegen ihrer Zeitkonstanten die Regelung verlangsamen bzw. zu Umschaltstößen führen würde.
Die Pulsbreitenmodulation des Ventils V\ wird mit Hilfe einer von einem Generator 20 gelieferten Dreieckhilfsspannung Un von konstanter Frequenz und Amplitude durcngefuhrt. Die Frequenz bestimmt die Taktfrequenz des Ventils Vl und wird so hoch gewählt, daß die Welligkeit des Kraftstoffdurchflusses von der Zeitkonstanten des Gasturbinentriebwerks genügend gut geglättet wird. Die Amplitude entspricht dem Maximaldurchfluß, der mit dem Ventil Vi zugemessen werden soll.
Die Differenz des Ausgangssignals UK des integrierenden Reglers 12 und der Dreieckhilfsspannung Un wird einem Komparator 21 zugeführt, d. h. das Reglersignal Un wird mit U0 geschnitten. Die sich ergebende Impulsfolge Kl steuert über die Endstufe 16 mit dem Signal i/l das Ventil Vl an.
Wie bereits erwähnt, sollen die Aussteuerränder der Pulsbreitenmodulation ausgespart bleiben, um Linearität zu erhalten. Das bedeutet jedoch, daß das Ventil Vl immer eine gewisse Mindestmenge liefert. Wird V] z. B. mit der Periodendauer Tgetaklet und arbeitet bis zu einer Pulsbreite Tmm linear, dann ergeben sich die Minimalmenge Q„,„, die Maximalmenge Q11111, und der Aussteuerbereich g, wobei Ql der Durchfluß bei ständig geöffnetem Ventil Vl ist.
Q_ I mm . /-)« min ~ j. V 1 >
ε _ Qm.n _ T„„„
Qmax muß mindestens so groß sein wie die kleinste Grundmenge, die nach Fig. 3 12,5% betragt. Für das Beispiel
T= 21 ms, T„„„ = 3 ms
ergibt sich dann
g = 1:6, Qmax = 12,5%, Q„„„ = 2,1%, Q1 = 14,6%.
In der Praxis wird Q1 etwas größer gewählt, um durch den erweiterten Zumeßbereich von Vl Toleranzen der übrigen Ventile sowie die Schaithysleresen der Bereichsmelder ausgleichen zu können, z. B.
g = 1 : 6, Qmax - 15%, Qmin - 2,5%, Ql - 17,5%.
Um diese Mindestmenge Q1,,,,, auszugleichen, wird durch ein Potentiometer 22 in 1- ig. 2 der Eingangswort
Q's„„ des Bcreichsmcldcrs 14 entsprechend verschoben, so dall die Schaltpunkte des Bereichsmelders, sofern kein Notbctricb vorliegt, jetzt statt bei einem Sollwert von 12,5%, 25%, 37,5% usw. bei 15%, 27,5%, 40% usw. liegen.
F i g. 4 zeigt für dieses Beispiel mit 2,5% Verschiebung den Kraftstoffdurchfluß und seine Verteilung auf die einzelnen Ventile in Abhängigkeit vom Sollwert, wobei die Schalthysterese vernachlässigt ist. In den Bereichen 0% bis 2,5% und 102,5% bis 105% besteht keine Linearitat mehr, weil die Pulsbreiten bzw. PulslUckeii des Taktventils V\ zu klein werden. Das ist hier jedoch ohne Bedeutung, weil diese Bereiche im Betrieb nicht benötigt werden.
Fig. 5 zeigt die Ventilstellungen und den Verlauf der Reglerspannung UR bei Sollwertsprüngen, wobei die zuvor genannten Zahlenwerte für die Ventildurchflüsse angenommen sind. Bei einem Sollwert Q^,, von 18% werden 12,5% vom Ventil Vl zugemessen, uie Regierspannung i/Ä. deren Schnittpunkte mit der Dreieckhilfsspannung Un die Ansteuerpulse fur das Ventil V\ ergeben, verstellt sich solange, bis der zeitliche Mittelwert des Durchflusses durch V\ den restlichen 5,5% entspricht
Bei einem kleinen Soilwertsprung auf 21% verändert sich nur das Aussteuerverhältnis, während bei einem großen Sprung auf 89% ebenfalls die Grundlastventile geschaltet werden.
Die Integriergeschwindigkeit des Reglers wird so groß gewählt, daß UK etwas flacher verläuft als t/„, weil es sonst zu mehreren Schnittpunkten innerhalb einer Periode und damit zu unerwünschten Zwischentaktungen kommen würde. Mit dem so eingestellten Regler ist es dann möglich, jeden gewünschten Durchflußwert innerhalb einer Taktperiode einzustellen.
Der Notbetrieb soll an Fig. 6 erläutert werden, wobei wieder die gleichen Veniildurchfüissc und ein Scüwcrt von 24% angenommen sind. Die Reglerspannung UR bewegt sich im Normalbetrieb im Amplitudenbereich der Dreieckhilfsspannung Un. Wenn aber z. B. das (irundlastventil Vl durch einen Fehler abfällt, dann wird der Regler versuchen, die Pulsbreitenmodulation weiter auszusteuern, um mit dem Taktventil den Verlust zu kompensieren. Reicht jedoch der Maximaldurchfluß des Taktventils hierzu nicht aus, dann läuft LJR aus dem Bereich von Un heraus und leitet damit den Notbetrieb ein.
UR wird, wie aus Fig. 2 hervorgeht, zusätzlich über eine »Tote Zone« 23 zum Bereichsmeldereingangswert Q'^,11 addiert. Die »Tote Zone«, die im einfachsten Fall aus zwei gegeneinander geschalteten Zenerdioden besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie für Eingangswerte innerhalb der Schwellenspannung ±£/r das Ausgangssignal Null liefert, für Werte außerhalb ±£/raber den Eingangswert vermindert und diese Schwellenspannung durchläßt. UT wird etwas größer als die Amplitude der Dreieckhilfsspannung UD gewählt, so daß sichergestellt ist, daß im Normalbetrieb das Reglersignal vom Bereichsmelder entkoppelt ist.
Die Reglerspannung UR (abzüglich der Schwellspannung Ur) vergrößert nun Q'^,, so lange, bis der nächste Schaltpunkt des Bereichsmelders erreicht ist. Dadurch wird ein zusätzlicher Grundlastanteil addiert. Im Beispiel gemäß Fig. 6 ist jetzt der Gesamtdurchfluß größer als der Sollwert Qx.// un" damit läuft die Reglerspannung zurück. Da aber am Bereichsmelder eine Hysterese vorgesehen ist, bleibt die zusätzliche Grundlast so lange eingeschaltet, bis Q'^, die untere Hysterese erreicht.
Es bildet sich also eine freie Schwingung um den Bereichsmelderschaltpunkt aus. Die Frequenz hängt von der Schalthysterese, der Reglergeschwindigkeit und der zum Erreichen des geforderten Sollwerts benötigten Aussteuerung ab. Sie ist bei mittlerer Aussteuerung maximal und verringert sich bei kleiner und großer Aussteuerung.
Damit die Trägheit der Grundlastventile die Linearität der Zumessung nicht gefährdet, muß die minimale Pulsbreite begrenzt werden. Da die Hysteresen des Bereichsmelders nicht zu groß gewählt werden sollten, weil sonst der Maximaldurchfluß Ql des Taktventils und damit auch der nichtlineare Zumeßbereich bei Normalbetrieb entsprechend vergrößert werden muß, ist eine Umschaltung der Integriergeschwindigkeit des Reglers vorgesehen. Sobald der Komparator 24 in Fig. 2, der das Ausgangssignal der »Toten Zone« 23 überwacht, eine Abweichung vom Null-Pegel feststellt, gibt er eine Meldung »Notbetrieb« an die zentrale Triebwerksregelung und verlangsamt über einen Umschalter 25 die Integriergeschwindigkeit des Reglers 12, so daß sich eine genügend große Mindestpulsbreite ergibt.
Mit diesem Notsystem, das nur einen sehr geringen zusätzlichen Elektronikaufwand benötigt, ist es also möglich, den Durchflußanteil von fehlerhaft abgefallenen oder angezogenen Ventilen durch Takten der übrigen Ventile zu ersetzen. Je nach Bereichsmelderschaltpunkt takten dabei ein oder mehrere Grundlastventile, während das Taktventil selbst dauernd entweder ein- oder ausgeschaltet ist.
Die Welligkeit des Kraftstoffdurchflusses ist größer als im Normalbetrieb, weil größere Teilmengen mit niedrigerer Frequenz geschaltet werden, aber der zeitliche Mittelwert entspricht immer noch dem Sollwert QSnll. Allerdings wird der Zumeßbereich durch den
AUSlail VOiI Twmabii witigvviigt, u. it. Wi ινιπνιιιαη
abgefallenen Ventilen läßt sich der entsprechende obere, bei fehlerhaft angezogenen Ventilen der entsprechende untere Zumeßbereich nicht mehr einstellen. In diesem Fall läuft der Regler 12 auf seinen positiven oder negativen Maximalwert. Daraus leitet ein Komparator 26 eine Fehlermeldung für die zentrale Triebwerksregelung ab, so daß dort geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
Das bisher beschriebene System geht von einem analogen Sollwert Q&,; aus. Wenn die zentrale Triebwerksregelung aber einen digitalen Sollwert vorgibt, muß entweder ein handelsüblicher Digital-Analog-Wandler zwischengeschaltet oder aber das beschriebene Steuerverfahren mit einem Mikroprozessor verwirklicht werden. Der Mikroprozessor berechnet dann ausgehend vom Sollwert und den gespeicherten Kalibrierwerten der einzelnen Ventile die Ansteuersignale, führt den Vergleich mit den Ventilrückmeldungen durch und schaltet im Fehlerfall auf ein Notprogramm um.
Bei Verwendung eines Mikroprozessors lassen sich ohne großen Mehraufwand auch komplexere Algorithmen für den Notbetrieb verwirklichen, z. B- könnten niedrige Taktfrequenzen dadurch verhindert werden, daß beim Ausfall eines Ventils ein Grundlastventil mit einer festen Aussteuerung von 50% bzw. 25% und zusätzlich das Pulsventil getaktet werden.
Die Erfindung ist überall dort mit Vorteil einzusetzen, wo eine stetige Zumessung mit inhärenter Redundanz über einen großen Zumeßbereich gefordert wird oder erwünscht ist.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zumessen strömender Medien mit Hilfe mehrerer, parallelgeschalteter Ein-Aus-Ventile, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil zur Lieferung eines kontinuierlich verstellbaren Teildurchflusses getaktet angesteuert wird (Taktventil), während die übrigen Ventile wahlweise zur Lieferung des aus Grundlastanteilen gebildeten Restdurchflusses diskontinuierlich zu- und/oder abgeschaltet werden (Grundlastventile).
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Zumessen von Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Regler aus einem von einer übergeordneten Triebwerksregelung erhaltenen Sollwert die Ansteuersignale für die vorzugsweise als Magnetventile ausgebildeten Ventile ableitet.
3. Verfahren aach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz über den Kraftstoff-Magnetventilen konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch binäre Abstufung der Durchflußmengen der Grundlastventile.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktventil pulsbreitenmoduliert angesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteuerbereiche des pulsbreitenmodulierten Ventils aifc-gespaii werden, in denen keine Linearität mehr zwischen dem Durchfluß und dem zeitlichen Mittelwert der / ^Steuerimpulse besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Durchflußmenge des pulsbreitenmodulierten Ventils so groß gewählt wird, daß die kleinste Grundlastmenge und ein zusätzlicher Anteil zum Ausgleich der Schalthysteresen in der Elektronik und der Toleranzen in der Kalibrierung der anderen Ventile noch innerhalb des linearen Bereichs des pulsbreitenmodulierten Ventils eingestellt werden können.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Stromfluß durch die Spule jedes Magnetventils als Rückmeldung für den Schaltzustand jedes Ventils verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der so Ansprüche 1 bis 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ventil entsprechend seinem Durchfluß ein elektrischer Kalibrierwert zugeordnet wird und daß diese Werte entsprechend den Ventilrückmeldungen zum elektrischen Summenistwert zusammengefaßt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines analogen Sollwerts ein binär kodierter A/D-Wandler mit Schalthysterese die Grundlastventile abhängig vom Sollwert schaltet und ein integrierender Regler entsprechend der SoIlwert-lstwert-Differenz das Taktventil ansteuert.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall eines oder mehrerer Ventile durch Takten der Grundlustventile bzw. der übrigen Grundlastventile ein Notbetrieb aufrechterhalten wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des integrierenden Reglers zusätzlich über eine »Tote Zone« zum Eingangssignal des A/D-Wandlers addiert wird, und daß diese »Tote Zone« den Regler im Normalbetrieb entkoppelt, im Notbetrieb jedoch, bei dem der Regler aus dem Bereich der »Toten Zone« herausläuft, den Eingriff auf den Analog-Digital-Wandler ermöglicht, wobei sich eine freie Schwingung um einen der Schaltpunkte des Wandlers ergibt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriergeschwindigkeit des Reglers im Notbetrieb durch Umschaltung verkleinert wird, so daß sich eine genügend große minimale Pulsbreite für die sich einstellende freie Schwingung ergibt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines digitalen Sollwerts ein Mikroprozessor benutzt wird, der ausgehend vom Sollwert und den gespeicherten Kalibrierwerten der einzelnen Ventile die Ansteuerungssignale berechnet, den Vergleich mit den Ventilrückmeldungen durchführt und im Fehlerfall ein Notprogramm fährt, bei dem Grundlastventile getaktet werden, dk dann die Funktion der fehlerhaften Ventile mit übernehmen.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den oder anstelle der elektrischen Rückmeldungen zur Überwachung hydraulische Rückmeldungen verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15 unter Verwendung je eines Fühlers für jedes Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils überwacht wird, ob im Ventil Durchfluß besteht oder nicht.
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