DE3009839C2

DE3009839C2 - Elektrische Brennstoffregelvorrichtung zum Anfahren einer Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE3009839C2
Application number: DE3009839A
Authority: DE
Inventors: Stephen R. Scottsdale Ariz. LaCroix
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1979-03-21
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1982-11-11
Also published as: GB2045471A; SE439339B; FR2451999A1; US4337615A; CA1143818A; FR2451999B1; DE3009839A1; JPS55125326A; GB2045471B; SE8002018L; JPS6020568B2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Brennsitoffregelvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Eine derartige Brennstoffregelvorrichtung ist aus der DE-OS 24 56 338 bekannt. Diese Vorrichtung ist so ausgelegt, daß sie eine Gasturbinenanlage fehlerfrei zündet. Während des Anfahrens der Anlage wird der Brennstoffdurchsatz von der Brennstoffregelvorrichtung so bemessen, wie dies einem Kaltstart entspricht, und der Brennstoffdurchs itz wii ' allmählich auf einen für einen Warmstart geeigneten We^rt vergrößert. Zu Beginn führt eine Signalerzeugi- -gsvorrichtung ein Signal ein, das den Kaltstart-Brennstoffdurchsatz über einen Schalter an einen Funktionsgenerator anzeigt. Der Ausgang des Funktionsgenerators und der Ausgang eines Regelsignalgenerators werden durch einen Summierverstärker kombiniert, der ein Ausgangssignal an einen Differentialverstärker gibt, welcher seinerseits mit einem Brennstoffregelventil über einen Verstärker verbunden ist. Ein Motordrehzahlmesser gibt ein Signal an einen zweiten Eingang des Differentialverstärkers, der ein negatives Rückkopplungssignal erzeugt, damit unerwünschte Änderungen in der Motordrehzahl möglichst vermieden werden. Eine Ansprechvorrichtung zeigt an, wenn die Maschine angelaufen ist, und gibt ein Signal an einen Schalter, der den Funktionsgenerator von der einen Signalerzeugungsvorrichturij? ab — und an eine andere Signalerzeugungsvorrichiui
anschaltet, welche ein konstantes Brennstoffzulührrcgelsignal erzeugt. Der Funktionsgenerator ergibt dabei einen Ausgang, der von dem für Warmstart benötigten Brennstoffdurchsatz auf den Leerlauf-Brennstoffdurchsatz der Maschine zunimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Brennsioffsteuervorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß der Brennstoffdurchsatz als Funktion eines Zeitsteuersignales gesteuert wird, das die ab Anlauf der Gasturbinenanlage verstrichene Zeitdauer anzeigt, und daß die Zeitsteüervorrichtung gesperrt wird, Wenn,der Brennstoffdurchsatz einen vorgegebenen Wert über^ steigt, damit die Drehzahl der Anlage entsprechend erhöht werden kaiin<

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit Hilfe einer Begrenzungsschaltung gelöst, die den zeilgesteuerten Funktionsgenerator anhält* solange das Änderungssignal einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet Der zeitgesteuerie Funktionsgenerator ist dabei vorzugsweise nur in einem vorbestimmten Drehzahlbereich wirksam.

Mit vorliegender Erfindung wird der Brennstoffdurchsau als Funktion der Zeit erhöht, wenn er einen vorbestimmten Wert für die festgestellte Motordrehzahl nicht übersteigt Wird dieser vorbestimmte Wert für die festgestellte Motorgeschwindigkeit überschritten, wird die Zeitsteüervorrichtung gesperrt, und die Motordrehzahl nimmt auf den dem Brennsioffdurchsatz entsprechenden richtigen Wert zu. Damit wird ein konstanter Brennstoffdurchsatz aufrechterhalten, um die Motordrehzahl auf einen programmierten Wert entsprechend dem Brennstoffdurchsatz zu erhöhen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Brennstoff regelvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Brennstoffregeivorrichtung nach der Erfindung, und

F i g. 3 eine graphische Darstellung des drehzahlabhängigen Brennstoffdurchsatzes.

Eine Antriebseinrichtung 10 eines Turbinenmotors nach F i g. 1 weist ein Hilfstriebwerk 12 auf, das mit einem Drehzahlsensor 14 zum Feststellen derTurbinenmotordrehzahl gekoppelt ist. Der Drehzahlsensor 14 seinerseits ist über eine Drehzahleinstellvorrichtung 15 mit der Brennstoffregelvorrichtung 16 nach der Erfindung gekoppelt. Die Vorrichtung 15 wandelt das Wechselstromsignal aus dem Drehzahlsensor 14 in ein Gleichstromsignal um. das an die Brennstoffregelvorrichtung 16 gegeben wird. Eine Bezugsspannung + V und drei Bezugsdrehzahlen, nämlich /Vl, Λ/2, Ν3, sind mit der Brennstoffregelvorrichtung 16 zusammen mit einer Temperatureinstellvorrichtung 18 gekoppelt, die das Signal aus einem Temperatursensor 20 verstärkt, welcher die Motortemperatur anzeigt. Schließlich ist der Ausgang der Brennstofiregelvo.Tichtung 16 über einen Brennstoffsteuerdrehmomentmolor 22 mit dem Hilfstriebwerk 12 gekoppelt. Die Brennstoffregelvorrichtung 16 überwacht die Motordrehzahl und die Temperatur und regelt den Brennstoffsteuerdrehmomentmotor 22 auf Abgabe der optimalen Brennstoffdurchsatzmenge zum Hilfstriebwerk 12.

F i g. 2 zeigt die Brennstoffregelvorrichtung 16 im einzelnen. Da'. Drehzahlsignal aus der Vorrichtung 15 wird über einen Widerstand 24 an eine Summierverbindung 26 zusammen mit einer Bezugsspannung (+V; über einen Widerstand 25 gelegt. Das Signal aus der Vorrichtung 18 wird über einen Widerstand 30 an die Summierverbindung 26 gelegt, die die beiden Signale summiert und die das summierte Signal über einen Verstärker 32 an einen ersten Eingang 33 eines Summierverstärkers 34 gibt. Das Drehzahlsignal aus der Vorrichtung 15 wird über einen Widerstand 36 an einen zweiten Eingang 37 zum Summierverstärker 34 gegeben.

Eine zeitgesteuerte Funktionsgeneratorschaltung 39 steuert die Brennstoffmenge zum Turbinenmotor zwischen den Bezugsdrehzahlen Ni Und Λ/2. Die Schaltung 39 weist eine Sümmierverbindung 38 auf, die das Drehzahlsignal über einen Widerstand 40, das Drehzahlbezugssignal Λ/l und das Ausgangssignal aus einem Funktionsgenerator 42 aufnimmt Das summierte Signal aus der Verbindung 38 ist mit einem dritten Eingang 43 zum Summierverstärker 34 über einen

Verstärker 44 gekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers 44 ist über einen Detektor 46 verbunden, der an eine Begrenzungsvoirichtung 48 zum Sperren des Funktionsgenerators 42 angeschlossen ist. Der Detektor 46 gibt ein Signal, das die Begrenzungsvorrichtung 48 beaufschlagt und damit den Funktionsgenerator 42 sperrt, wenn die Drehzahl von der gewünschten Lauflinie abweicht. Die Bezugsspannung (+V) wird Ober einen V/iderstand 50 an eine Summierverbindung 52 gegeben. Die Verbindung 52 summiert das Bezugssignal + V und das Signal aus der Begrenzungsvorrichtung 48; dieses Summensignal wird mit dem Funktionsgenerator 42 gekoppelt und begrenzt diesen, wenn die Begrenzungsvorrichtung 48 durch den Detektor 46 beaufschlagt wi'd. Der Funktionsgenerator 42 kann z. B. ein Betriebsverstärker mit einer Integratorrückkopplungsschleife, der Detektor 46 ein Betriebsverstärker und die Begrenzungsvorrichtung 48 ein Strombegrenzungswiderstand sein.

Eine Summierverbindung 54 summiert das Signal aus dem Funktionsgenerator 42 und einem zweiten Bezugsdrehzahlsignal Λ/2, so daß dann, wenn das Signal aus dem Funktionsgenerator 42 gleich dem Bezugssig nal /V 2 ist, ein Fehlersignal durch einen Verstärker 56 verstärkt und an die Begrenzungsvorrichturig 48 abgegeben wird, um diese zu beaufschlagen und damit den Funktionsgenerator 42 zu begrenzen.

Das Drehzahlsignal aus der Vorrichtung 15 wird über einen Widerstand 58 an eine Summierverbindung 60 gegeben. Ein drittes Bezugsdrehzahlsignal /V3 wird ebenfalls durch die Verbindung 60 summiert, deren summiertes Signal durch einen Verstärker 62 geführt, dort verstärkt und in einen vierten Eingang 63 zum Summierverstärker 34 gegeben wird. Eine Klemmschaltung 64 ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 62 eingeschaltet. Das zweite Drehzahlbezugssignal Λ/2 ist ferner mit der Klemmschaltung 64 so verbunden, daß die Klemmschaltung 64 den Verstärker 62 auf einem Nullfehlersignal hält, bis die Drehzahl die Bezugsdrehzahl N 2 erreicht.

In Verbindung mit Fig. 3 wird die Erfindung im Betrieb erläutert; die Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Motorbrennstoffdurchsatzes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Die Linie »A« stellt eine maximale Brennstoffverbrauchslinie dar, die den maximalen zulässigen Brennstoffdurchsatz für eine gegebene Motordrehzahl anzeigt, ohne daß ein Oberhitzen oder Beschädigen des Motors auftritt. Deshalb muß der Motor unterhalb der Linie »A« arbeiten. Die Linie »R« stellt die gewünschte Lauflinie des Motors dar. die den minimalen Brennstoffdurcr^atz angibt, der erforderlich ist, um den Motor auf einer bestimmten Drehzahl zu halten. Die B>-ennstoffregelvnrrichtung 16 nach vorliegender Erfindung bewirkt, daß der Gasturbmenmolor längs dieser gewünschten Lauflinie beschleunigt, unabhängig von Änderungen in den Motorparametern, wie z. B.Temperatur, Druck oder Belastung.

Im Betrieb wird eine äußere Antriebsquelle, z. B. ein Elektromotor verwendet, um den Gasturbinenmotor anzulassen, und die Motordrehzahl beginnt sich zu erhöhen. Der Drehzahlsensor 14 stellt die Motordrehzahl fest, und das die Drehzahl angebende Signal wird über einen Widerstand 36 an den Summierverstärker 34 gegeben. Der Strom durch diese Leitung stellt die Mötordrehzahl dar; wenn die Drehzahl zunimmt, nimmt der Strom zu, wodurch mehr Brennstoff in den Motor fließt,

Beim Motoranlauf wird die MotortemDerätur über* wacht. Die Summierverbindung 26 summiert das Signal, das die Motortemperatur aus dem Temperatursensor 20 anzeigt, und das Signal, das die Motordrehzahl aus dem Drehzahlsencor 14 anzeigt. Ist die Temperatui für die jeweilige Drehzahl zu hoch, verringert das Fehlersignal

aus der Summierverbindung 26 den Brennstoffdurchsatz zum Motor, wodurch die Motortemperatur verringert wird.

Wenn der Motor die Bezugsdrehzahl N1 erreicht hat.

ίο erhöht die Funktionsgeneratorschaltung 39 die Geschwindigkeit des Brennstoffdurchsatzes zum Motor als Funktion der verstrichenen Zeitdauer aus dem MoCoranlauf. Aufgrund von Änderungen in den Belastungen und Änderungen in anderen Parametern wird jedoch der Brennstoffdurchsatz zum Motor aus der Motordrehzahl zu hoch und der Funktionsgenerator (der die Erhöhung des Brennstoffdurchsatzes steuert) muß begrenzt werden, bis die Motordrehzahl folgen kann. Wenn der Brennstoffdurchsatz den maximalen Brennstoffbedarf nach F i g. 3 übersteigt (Linie »A«), bewirkt der Detekto/ 46, daß der Funktionsgenerator 42 begrenzt wird, wodurch der Brenn?. >ffdurciisatz an einer Erhöhung gehindert wird, bis die M :tordrehzahi dem jeweiligen Brennstoffdurchsatz auf der maximalen Brennstoffbedarfslinie «.4« gefolgt ist.

Vom Motoranlauf bis zu der Phase, bei der der Motor die Bezug-,drehzahl N1 erreicht, sind nur die ersten und zweiten Eingänge 33 und 37 zum Summierverstärker 34 wirksam. Wenn der Motor die Drehzahl N 1 erreicht.

wird die Funktionsgeneratorschaltung 39 der Brennstoffregelvorrichtung 16 wirksam.

Die Bezugsspannung + V setzt sich über den Widerstand 50 fort und bewirkt, daß ein Bezugsslrom in der Summierverbindung 52 zusammen mit dem Signal aus der Bezugsvorrichtung 48 summiert wird. Wenn das Signal aus der Begrenzungsvorrichtung den Bezugsstrom übersteigt, erzeugt die Verbindung 52 ein Fehlersignal, das den Funktionsgenerator 42 begrenzt. Das Signal aus dem Funktionsgenerator 42 wird mit dem ersten Bezugsdrehzahlsignal Λ/l und mit Jem Drehzahlsignal an der Summierverbindung 38 summiert, und wenn die Drehzahl gleich oder größer der Bezugsdrehzahl N 1 ist. läuft der Funktionsgenerator 42 und die Drehzahl wird mit der verstrichenen Zeitdauer erhöht. Wenn der Ausgangsstrom aus dem Funktionsgenerator größer ist als der Strom aus dem Drehzahlsensor, verringert ein Fehlersignal aus der Summier\erbindung38die Brennstoffmenge zum Motor.
Wenn der Zeitsteuerstrom (oder Ausgang) die Summe des ersten Bezugsdrehzahlsignals oder Stromes (N \) und des Drehzahlsignals übersteigt, wird ein Fehlersignal aus der Summierverbindung 38 abgegeben, das bewirkt, daß der Detektor 46 die Begrenzungsvorrichtung 48 beaufschlagt u.id damit der Funktionsgeneratc 41 begrenzt. Dies bedeutet, daß an den Motor im Vergleich zu der Drehzahl, mit der der Motor gerade läuft, zu viel Brennstoff geliefert wird, so Jaß der Funktionsgenerator 42 begrenzt wird, wodurch die Motordrehzahl Zeil erhält, zu folgen.

In den F i g. 2 und 3 steuert die den Widerstand 36 enthaltende Leitung 37 den Brennstoffdurchsatz von Motoranlauf (Nullgeschwindigkeit) bis zum Erreichen der Bezugsdrehzahl N1, da die Drehzahl die, Brenn* stöffmenge zum Motor entsprechend vergrößert.

Wenn mehr Zeit verstrichen ist, und die Molordrehzahl sich auf die Bezug'drehzahl N1 erhöhl hat, wird die Fünktiönsgeneratorschaltung 39 beaufschlagt und steuert den Brennstoffdurchsatz, bis der Motor die

Bezugsdrehzahl Λ/2 erreicht hat. Zwischen den Be/ugsdrehzahlen von /Vl und Λ/2 erzeugt die Funklionsgeneratorschallurig 39 ein proportionales Fehlersignal, wenn die Vorrichtung nicht der maximalen Brennstofflinie »A «folgt.

Wenn weitere Zeit verstrichen ist und der Motor die Bezugsdrehzahl Λ/2 erreicht hat, wird der Absehnitt der Brennstoffregelvorrichtung wirksam, der die Summierverbindung 60, den Verstärker 62 und die Klemmschaltung 64 aufweist. Die Klemmschaltung 64 hält das Fehlersignal aus der Verbindung 60 auf Null, bis der Motor die Bezugsdrehzahl Λ/2 erreicht hat. Aufgrund des zu hohen Drehmomentes, das bei diesen höheren Drehzahlen zur Verfugung steht, kann der Brennstoffdurchsatz rascher vergrößert werden (raschsre Motor-

ί beschleunigung), und trotzdem niedrige Turbinentempefaiufet! zwischen de« Bezugsdrehzahlefi N2 und /V3 beibehalten. Die Bezugsdrehzahl A/3 stellt die maximale gewünschte Drehzahl dar, so daß der Brennstoffdurchsatz so geregelt wird, daß die Geschwindigkeit daran

in gehindert wird, den Wert von /V3 zu übersteigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Brennstoffregelvorrichtung zum Anfahren einer Gasturbinenanlage, mit einem zeitgesteuerten Funktionsgenerator, dessen Ausgangssignal ein von der Drehzahl der Gasturbine abgeleitetes Signa! entgegenwirkt, wobei das resultierende Änderungssignal zur Steuerung der für die Beschleunigung der Gasturbine erforderlichen Brennstoffmenge verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzungsschaltung (46, 48, 50, 52) vorgesehen ist, die den zeitgesteuerten Funktionsgenerator (42) anhält, ,solange das Änderungssignal einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet

2. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitgesteuerte Funktionsgenerator (42) nur in einem vorbestimmten Drehzahlbereich wirksam ist.

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