DE3543908C1 - Einrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner eines Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerkes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Ober­ begriff des Anspruches 1 genannten Art.

Die Nachverbrennung bei Nebenstrom-Strahltrieb­ werken bereitet besondere Probleme dadurch, daß zwei Luftströme mit erheblich unterschiedlicher Temperatur nachverbrannt werden müssen. Neben älteren Verfah­ ren, bei denen die heiße Luft des Innenstroms und die kältere Luft des Nebenstroms zunächst vermischt wur­ den und der Brennstoff über ein am Ende der Misch­ strecke angeordnetes Brennersystem in die vermischte Luft eingespritzt wurde, ist es auch schon bekannt, dem Innenstrom und dem Nebenstrom jeweils über geson­ derte Brenner getrennt Brennstoff zuzuführen. Damit konnten gegenüber dem älteren System eine Verbesse­ rung des Nachbrennerwirkungsgrades sowie eine Ver­ ringerung des Triebwerksgewichtes und der Trieb­ werkslänge erreicht werden.

Es ist bereits eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, bei welcher der Nachbrenner-Brennstoff von einer Pumpe in eine Brennstoffleitung zu den Bren­ nern des Innenstroms und in eine Brennstoffleitung zu den Brennern des Nebenstroms gefördert wird, wobei von der ersteren Brennstoffleitung eine Brennstofflei­ tung zu den Zündbrennern abzweigt (siehe "Afterbur­ ning Regulation Concepts", insbesondere Seite 16.10 und 16.11 sowie Fig. 6-3; K. Robinson, Dowty Fuel Sy­ stems ltd., AGARD PAPER NO CP-151, Seiten 16-1 bis 16-17) in allen drei Brennstoffleitungen sind Zumeßein­ richtungen angeordnet, durch die den Zündbrennern, den Hauptbrennern des Innenstroms und den Brennern des Nebenstroms jeweils unterschiedliche Brennstoff­ mengen zugemessen werden. Die Zumeßeinrichtungen werden von einer Regeleinrichtung synchron verstellt, so daß auch eine Nachbrennerschubmodulation mög­ lich ist. Wegen der synchronen Verstellung aller Zumeß­ einrichtungen kann der Nachbrenner im wesentlichen jedoch nur für einen bestimmten Betriebspunkt, bei­ spielsweise für den Maximalschub optimal ausgelegt werden; bei allen anderen Betriebspunkten, beispiels­ weise bei einem heute mehr und mehr auch als operatio­ nelle Möglichkeit geforderten Teillastbetrieb des Nach­ brenners, fällt der Wirkungsgrad stark ab. Eine gewisse Verbesserung des Wirkungsgrades bei Teillastbetrieb wurde einmal dadurch erzielt, daß Teile der Brenner abgeschaltet werden und der Resttreibstroff dadurch besser aufbereitet werden konnte, zum anderen da­ durch, daß durch Einführung zusätzlicher Zumeßpara­ meter die Kraftstoffzumessung bei Nachbrennerteillast verbessert wurde.

Bei der bekannten Einrichtung müssen bereits beim Einschalten des Nachbrenners die Einspritzleitungen al­ ler Brenner vorgefüllt werden und auch bei den jeweils nicht aktiven Brennern vorgefüllt gehalten werden; da beim Vorfüllen jeweils große Brennstoffmengen in kur­ zer Zeit gefördert werden müssen, wäre ein Vorfüllen neu zuzuschaltender Brennersysteme wegen des plötzli­ chen Druckabfalls in den Brennstoffleitungen nicht oh­ ne schädliche Rückwirkung auf die bereits aktiven Bren­ ner möglich. Aus diesem Grund können auch die Ein­ spritzleitungen einzelner abzuschaltender Brenner erst ausgeblasen werden, wenn der gesamte Nachbrenner abgeschaltet werden soll. Das führt zu schlechten Aus­ brenngraden im Nachbrennerteillastbetrieb. Ein weite­ rer Nachteil der bekannten Einrichtung ergibt sich dar­ aus, daß das Vorfüllen der Einspritzleitungen aller Bren­ nersysteme gleichzeitig vor dem Zünden des Nachbren­ ners erfolgen muß, was eine verhältnismäßig lange Re­ aktionszeit, das ist die Zeit zwischen dem Einschalten des Nachbrenners durch den Piloten bis zum Zünden, zur Folge hat.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche bei geringem Bauaufwand eine Optimierung des Nachbrennerwir­ kungsgrades bei jedem beliebigen Nachbrennerbe­ triebspunkt zwischen maximaler und minimaler Nach­ verbrennung ermöglicht, welches gute Ausbrenngrade im Nachbrennerteillastbetrieb aufweist und welches kurze Reaktionszeiten besitzt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Es läßt sich zeigen, daß eine Optimierung des Nach­ brennerwirkungsgrades bei jedem beliebigen Nach­ brennerbetriebspunkt zwischen maximaler und minima­ ler Nachverbrennung möglich ist, wenn die einzelnen Brennersysteme individuell, das heißt völlig unabhängig voneinander geregelt werden können. Man kann dabei allerdings davon ausgehen, daß beim Einschalten des Nachbrenners und Hochfahren bis auf Vollast immer nacheinander zuerst der Zündbrenner, danach der Hauptbrenner im Innenstrom und zuletzt der Brenner im Nebenstrom eingeschaltet wird. Unter den Bezeich­ nungen Hauptbrenner, Brenner im Nachbrenner und Zündbrenner sind jeweils mehrere Einzelbrenner glei­ cher Funktion zu verstehen, die in geeigneter form über die Querschnittsfläche des Nachbrennereintritts verteilt sind. Zur Erzielung guter Ausbrenngrade und kurzer Reaktionszeiten soll ein Vorfüllen der Einspritzleitun­ gen einzelner Brennersysteme erst dann erfolgen, wenn diese eingeschaltet werden sollen, wobei Rückwirkun­ gen auf die jeweils bereits aktiven Brennersysteme, bei­ spielsweise eine kurzfristige Verminderung der Brenn­ stoffzufuhr zu diesen Systemen, nicht zugelassen wer­ den. Das Abschalten des Nachbrenners geschieht in um­ gekehrter Reihenfolge, d. h., daß zuerst der Brenner im Nebenstrom, dann der Hauptbrenner im Innenstrom, und zuletzt der Zündbrenner abgeschaltet wird. Wäh­ rend des Nachbrennerbetriebes sollen die einzelnen, je­ weils aktiven Brennersysteme unabhängig voneinander nach eigenen Zumeßgesetzen modulierbar sein, was beispielsweise auch die Möglichkeit einschließt, den Brennstoffzustrom zu einem oder zwei Brennersyste­ men zu erhöhen und gleichzeitig den Brennstoffzustrom zu dem oder den verbleibenden Brennersystemen zu verringern. Bei bestimmten Betriebsbereichen des Nachbrenners wird ein optimaler Wirkungsgrad dann erreicht, wenn entweder der Zündbrenner allein oder dieser zusammen mit dem Hauptbrenner im lnnenstrom betrieben wird, so daß auch diese Betriebsweisen mög­ lich sein sollen.

Es hat sich gezeigt, daß völlig getrennte Förder- und Regelsysteme für jedes einzelne Brennersystem wegen des hohen Baugewichtes und des großen erforderlichen Einbauraumes im allgemeinen ausscheiden müssen. Ge­ mäß vorliegender Erfindung werden zwei Brennstoff­ pumpen verwendet, von denen die erste die Brennstoff­ leitung zu den Brennern des Innenstroms, zu denen auch die Zündbrenner gehören, versorgt, während die zweite Brennstoffpumpe die Brennstoffleitung zu dem Brenner des Nebenstromes beschickt. Die beiden Brennstoff­ pumpen werden schaltungstechnisch und regelungs­ technisch so verknüpft, daß die weiter vorne aufgestell­ ten Forderungen erfüllt werden. Dazu ist in der Brenn­ stoffleitung zu dem Hauptbrenner des Innenstromes ein steuerbares Drosselventil angeordnet, welches den zu den Zündbrenner abgezweigten Teilstrom regelt, so daß eine gesonderte Brennstoffpumpe für den Zündbrenner entfallen kann. Die dem Hauptbrenner im Innenstrom zugeführte Brennstoffmenge ergibt sich aus der Diffe­ renz der von der ersten Brennstoffpumpe geförderten Gesamtmenge und der zu dem Zündbrenner abge­ zweigten Brennstoffmenge, so daß der Hauptbrenner im Innenstrom im wesentlichen durch eine Änderung der Liefermenge der ersten Brennstoffpumpe regelbar ist. Das Brennstoffördersystem für den Brenner im Ne­ benstrom ist weitgehend unabhängig von denen der bei­ den anderen Brennersysteme, so daß es für diese rück­ wirkungsfrei moduliert werden kann.

Das Vorfüllen der Einspritzleitungen der Zündbren­ ner erfolgt durch die erste Brennstoffpumpe, während die Einspritzleitungen zum Hauptbrenner im Innen­ strom noch abgeschaltet sind. Da die erste Brennstoff­ pumpe zur Versorgung beider Brenner des Innenstroms ausgelegt ist, ist die Vorfüllzeit und damit die Reaktions­ zeit des Nachbrenners bis zum ersten Zünden sehr kurz. Die Einspritzleitungen des Hauptbrenners im Innen­ strom können weitgehend gleichzeitig durch die zweite Brennstoffpumpe über die Vorfülleitung und das Vor­ füllumschaltventil vorgefüllt werden, während die Ein­ spritzleitungen zum Brenner des Nebenstroms noch ab­ gesperrt sind, so daß auch dieser Vorfüllvorgang in sehr kurzer Zeit erfolgt und keine Rückwirkung auf die Zu­ messung des Brennstoffstromes zum Zündbrenner hat. Nach dem Vorfüllen der Einspritzleitungen zum Haupt­ brenner im Innenstrom wird das Vorfüllumschaltventil geschlossen, so daß der gesamte von der ersten Brenn­ stoffpumpe gelieferte Brennstoffstrom zum Füllen der Einspritzleitungen für den Brenner des Nebenstroms zur Verfügung steht, so daß auch diese in kürzerster Zeit vorgefüllt werden können.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung können alle weiter vorne aufgestellten Forderungen erfüllt wer­ den, wie im folgenden noch genauer ausgeführt werden wird.

Die Ansteuerung der Brennstoffzumeßeinrichtungen erfolgt erfindungsgemäß durch einen elektronischen Regler nach festgelegten Zumeßgesetzen. Auch die An­ steuerung kann durch den elektronischen Regler erfol­ gen.

Die Brennstoffzumeßeinrichtungen sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung als Zumeßventile ausge­ bildet, deren Durchflußquerschnitt durch den Regler vorgegeben wird und deren Druckabfall über jeweils zugeordnete Druckabfallregler geregelt wird; der Druckabfallregler des in der Sammelleitung zu den Brennern des Innenstroms angeordneten Zumeßventils regelt dabei die Fördermenge der ersten Brennstoff­ pumpe, der Druckabfallregler des Zumeßventils für den Zündbrenner verstellt das Drosselventil, der Druckab­ fallregler des Zumeßventils für den Brenner des Neben­ stroms regelt die Förderleistung der zweiten Brenn­ stoffpumpe.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß in den Brennstoffleitungen zu dem Hauptbren­ ner des Innenstroms, zu dem Zündbrenner und zu dem Brenner des Nebenstromes jeweils vor diesen Brennern durch den elektronischen Regler individuell ansteuerba­ re Absperrventile angeordnet sind. Diese erlauben es, die einzelnen Brennersysteme je nach Vorgabe des Reg­ lers einzeln zu- oder abzuschalten. Dabei können in wei­ terer Ausgestaltung der Erfindung jedem Absperrventil jeweils ein Ausblaseventil zugeordnet sein, durch wel­ ches die Brennstoffleitungen stromab eines jeweiligen Abschaltventils nach dem Schließen der Absperrventile mit einer Ausblaseeinrichtung verbindbar sind. Das Ausblasen der Einspritzleitungen der jeweils nicht be­ nötigten Brennersysteme trägt wesentlich zur Verbes­ serung des Ausbrenngrades bei Teillastbetrieb bei, wo­ bei jederzeit bei Bedarf ein erneutes Vorfüllen dieser Einspritzleitungen in der vorne geschilderten Weise möglich ist.

Wenn die Brennersysteme jeweils als ganzes zu- oder abgeschaltet werden, können die Absperrventile erfin­ dungsgemäß als Auf/Zu-Ventile ausgebildet sein. Wenn demgegenüber einzelne Brennersysteme, beispielsweise der Hauptbrenner im lnnenstrom und/oder der Brenner im Nebenstrom, aus einzelnen nacheinander zu- oder abschaltbaren Düsengruppen bestehen, dann kommen dementsprechend ausgebildete Sequenzventile als Ab­ sperrventile zur Anwendung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Brennstoffleitung zu den Zünd­ brenner stromabwärts des Zumeßventils ein Druckauf­ bauventil angeordnet ist. Dieses hat die Aufgabe, auch bei geringem Brennstoffdurchfluß einen bestimmten Brennstoffdruck aufrechtzuerhalten, um beispielsweise durch den Brennstoff selbst wahrgenommene Servoauf­ gaben durchführen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrie­ ben. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Einrich­ tung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zum Nach­ brenner eines Nebenstrom-Strahltriebwerkes mit drei getrennten Brennersystemen.

Vom flugzeugseitigen Brennstoffsystem 2 wird Brennstoff dem triebwerkseitigen Brennstoffsystem 4 zugeführt. Von dort wird es über eine Vorpumpe 6 auf ein Druckniveau gebracht, das einen kavitationsfreien Betrieb der nachgeordneten Hochdruckpumpen für das Grundtriebwerk sowie für den Nachbrenner sicher­ stellt. Von der Vorpumpe 6 wird der Brennstoff über eine Brennstoffleitung 8 der Hochdruckpumpe 10 im Brennstoffsystem des Grundtriebwerkes zugeführt. Die bis hierher beschriebene Anlage ist bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Von der Vorpumpe 6 wird außerdem Brennstoff über Brennstoffleitungen 12, 14 den beiden Hochdruck­ brennstoffpumpen 16, 18 im Brennstoffsystem des Nachbrenners zugeführt.

Die erste Brennstoffpumpe 16 versorgt eine Brenn­ stoffleitung 20, die zu den im Innenstrom des Strahl­ triebwerkes angeordneten Brennern, nämlich dem Zündbrenner 22 und dem Hauptbrenner 24 im lnnen­ strom, führt. Die zweite Brennstoffpumpe 18 versorgt eine Brennstoffleitung 26, die zum Brenner 28 im Ne­ benstrom führt.

Die Brennstoffleitung 20 teilt sich im Punkt 30 in eine Brennstoffleitung 32 zum Zündbrenner 22 sowie in eine Brennstoffleitung 34 zum Hauptbrenner 24 im Innen­ strom. Von der Brennstoffleitung 26 zum Brenner 28 im Nebenstrom zweigt im Punkt 36 eine Vorfülleitung 38 ab, die in die Brennstoffleitung 34 einmündet. Sie dient zum Vorfüllen der Brennstoffleitung 34 bzw. der mit dieser in Verbindung stehenden Einspritzleitungen des Hauptbrenners 24.

In den Brennstoffleitungen 32, 34 und 26 sind jeweils Absperrventile 40, 42 und 44 angeordnet, welche zum Absperren dieser Brennstoffleitungen bei Stillegung der zugeordneten Brennersysteme dienen. Wie die Figur zeigt, kann der Anschluß der Vorfülleitung 38 an die Brennstoffleitung 34 im Absperrventil 42 integriert sein.

In den Brennstoffleitungen 32, 34 und 26 sind jeweils Brennstoffzumeßeinrichtungen 46, 48 und 50 angeord­ net, welche jeweils den Brennstoffzufluß zum Zünd­ brenner 22, zum Hauptbrenner 24 im lnnenstrom sowie zum Brenner 28 im Nebenstrom regeln. Die Brennstoff­ zumeßeinrichtungen 46, 48 und 50 sind im wesentlichen gleich aufgebaut und umfassen jeweils ein Zumeßventil 52, 54, 56 und einen dem Zumeßventil zugeordneten Druckabfallregler 58, 60, 62. Die Zumeßventile 52, 54, 56 werden über zugeordnete Signalleitungen 66, 68, 70 vom elektronischen Regler 64 entsprechend vorgegebe­ nen Zumeßgesetzen angesteuert. Durch die in diesen Signalleitungen eingegebenen Sollwerte wird der Zu­ meßquerschnitt der Zumeßventile eingestellt; vom Druckabfallregler wird der Druckabfall im Zumeßventil überwacht und durch Variation der dem Zumeßventil zugeführten Brennstoffmenge auf einem bestimmten, vorgegebenen Wert gehalten.

Der Druckabfall in der Brennstoffzumeßeinrichtung 46 wird durch Verstellen eines in der Brennstoffleitung 34 hinter dem Abzweigpunkt 30 angeordneten Drossel­ ventils 72, welches mit dem Druckabfallregler 58 ver­ bunden ist, geregelt, wie weiter hinten ausführlich be­ schrieben wird. Der Druckabfall in der Brennstoffzu­ meßeinrichtung 48 wird durch Verändern der Förder­ menge der Brennstoffpumpe 16 geregelt, die mit dem Druckabfallregler 60 verbunden ist. Der Druckabfall in der Brennstoffzumeßeinrichtung 50 wird durch Verän­ dern der Förderleistung der Brennstoffpumpe 18 gere­ gelt, die mit dem Druckabfallregler 62 verbunden ist. Die Positionen der Zumeßventile 52, 54, 56 werden je­ weils über Signalleitungen 74, 76, 78 an den Regler 64 zurückgemeldet.

Die Absperrventile 40, 42, 44 werden durch eine elek­ tromechanische Ventilschalteinheit 80 betätigt, die über eine Signalleitung 82 vom Regler 64 angesteuert wird. Mit den Absperrventilen 40, 42, 44 können Ausblase­ ventile integriert sein, die ebenfalls von der Ventilschalt­ einheit 80 gesteuert werden und die eine Ausblasung der Einspritzleitungen der verschiedenen Brennersyste­ me über die Ausblaseleitung 84 ermöglichen.

In der Vorfülleitung 38 ist ein Vorfüll-Umschaltventil 86 angeordnet, durch welches die Vorfülleitung 38 ge­ öffnet oder geschlossen werden kann.

In der Brennstoffleitung 32 ist ein Druckaufbauventil 88 angeordnet, welches auch bei geringem Brennstoff­ durchfluß durch die Brennstoffleitung 32 für einen aus­ reichenden Brennstoffdruck sorgt, welcher zur Durch­ führung von Servoaufgaben durch den Brennstoff erfor­ derlich ist.

Die Funktionsweise der Einrichtung ist folgende: Geht man zunächst vom stationären Betrieb bei mini­ maler Nachverbrennung aus, so ist das Absperrventil 40 geöffnet, das Absperrventil 42 und das Absperrventil 44 sind geschlossen.

Vom elektronischen Regler 64 werden sowohl das Zumeßventil 52 als auch das Zumeßventil 54 über die Leitungen 66 bzw. 68 angesteuert. Der Druckabfallre­ gler 60 hält den Druckabfall über das Zumeßventil 54 dadurch konstant, daß er die Liefermenge der Brenn­ stoffpumpe 16 variiert. Wenn nur dem Zündbrenner 22 Brennstoff zugeführt werden soll, wird das Drosselven­ til 72 durch den Druckabfallregler 58 in seiner geschlos­ senen Stellung gehalten. ln diesem Betriebszustand kon­ trolliert das Zumeßventil 54 den Brennstoffstrom in der Brennstoffleitung 32.

Wenn zur Erhöhung des Nachbrennerschubes die Zu­ schaltung des Hauptbrenners 24 gefordert wird, so wird zunächst das Absperrventil 42 geöffnet. Der gesamte, für den Zündbrenner 22 und dem Hauptbrenner 24 ge­ forderte Brennstoffstrom wird durch das Zumeßventil 54 in Abhängigkeit von einem über die Signalleitungen 68 vom Regler 64 vorgegebenen Sollsignal zugemessen; der davon zum Zündbrenner 22 abgezweigte Anteil wird durch das Zumeßventil 52 in Abhängigkeit von dem über die Signalleitung 66 vorgegebenen Sollsignal zugemessen.

Der Druckabfallregler 60 hält den Druckabfall über das Zumeßventil 54 dadurch konstant, daß er die Liefer­ menge der Brennstoffpumpe 16 variiert.

Der Druckabfallregler 58 hält den Druckabfall über das Zumeßventil 52 dadurch konstant, daß er die Ein­ stellung des Drosselventils 72 steuert. Daraus resultiert eine Änderung des Druckes in der Leitung zwischen Drosselventil (72) und Zumeßventil (54), die über den Druckabfallregler (60) durch entsprechende Korrektur der Fördermenge der Pumpe (16) korrigiert wird. Die dem Hauptbrenner 24 über die Brennstoffleitung 34 zu­ geführte Brennstoffmenge ergibt sich damit nach wie vor als Funktion der Position des Zumeßventils 54 und dem geregelten Druckabfall.

Soll beispielsweise der Brennstoffstrom zu dem Zündbrenner vergrößert werden, so wird zunächst der Zumeßquerschnitt im Zumeßventil 52 vergrößert; der Druckabfallregler 58 gleicht den resultierenden Druck­ abfall durch eine Verkleinerung des Drosselquerschnitts im Drosselventil 72 aus. Die Position des Zumeßventils 54 für den Gesamtbrennstoff zum Innenstrom bleibt unverändert.

Die Verringerung des Drosselquerschnitts hat eine Reduzierung des Druckabfalls über das Zumeßventil (54) zur Folge, die durch den Druckabfallregler (60) da­ durch ausgeregelt wird, daß die Fördermenge der Pum­ pe (16) erhöht wird. Somit wird der zugemessene Kraft­ stoff zu dem Hauptbrenner (24) unabhängig von einer Modulation des Kraftstoffs zu dem Zündbrenner kon­ stantgehalten.

Um nun die Brennstoffmenge zum Hauptbrenner 24 zu erhöhen, ohne dabei die Brennstoffmenge zum Zünd­ brenner 22 zu verändern, wird zunächst der Zumeß­ querschnitt des Zumeßventils 54 vergrößert und der daraus resultierende verminderte Druckabfall über den Druckabfallregler 60 durch Erhöhung der Liefermenge der Brennstoffpumpe 16 ausgeglichen. Daraus resultiert zunächst wiederum ein Anstieg des Druckabfalls über das Zumeßventil 52. Der wird dadurch korrigiert, daß der Druckabfallregler 58 die Position des Drosselventils 72 solange verändert, bis der Druckabfall über das Zu­ meßventil 52 wieder den korrekten Wert hat.

Auf diese Weise ist demnach sowohl eine gegensinni­ ge Änderung der Brennstoffströme zu den Brennern 22 und 24 als auch eine gleichsinnige Anderung mit glei­ cher oder unterschiedlicher Änderungsrate möglich, in­ dem über das Zumeßventil 54 jeweils der gesamte Brennstoffstrom eingestellt und über das Zumeßventil 52 die gewünschte Verteilung auf die Brennstoffleitun­ gen 32 und 34 eingeregelt wird.

Die Regelung des Brennstoffstromes zum Brenner 28 im Nebenstrom ist von der Zumessung des Brennstoffes zum Innenstrom völlig unabhängig. Wird in Abhängig­ keit von einem über die Signalleitungen 70 eingegebe­ nen Sollsignal der Zumeßquerschnitt des Zumeßventils 56 verändert, so wird die daraus resultierende Änderung des Druckabfalls über das Zumeßventil 56 durch eine Anderung der Liefermenge der Brennstoffpumpe 18 je­ weils ausgeglichen.

Das Einschalten des Nachbrenners und Hochfahren bis auf Vollast erfolgt stets in der Weise, daß zunächst der Zündbrenner 22, dann der Hauptbrenner 24 im In­ nenstrom und zuletzt der Brenner 28 im Nebenstrom eingeschaltet werden. Vor dem Einschalten der Bren­ nersysteme müssen die zugeordneten Eispritzleitungen möglichst schnell vorgefüllt werden. Danach muß in möglichst kurzer Zeit der vom elektronischen Regler aufgrund des vom Piloten vorgewählten Betriebspunk­ tes vorgegebene Zumeßquerschnitt in den Zumeßventi­ len eingestellt werden.

Ausgangszustand ist der Betrieb des Grundtriebwer­ kes ohne jede Nachverbrennung. Wird nun der Nach­ brenner vom Piloten gewählt, so wird zunächst entspre­ chend einem über die Signalleitungen 68 eingegebenen Sollsignal das Zumeßventil 54 voll geöffnet; parallel da­ zu wird entsprechend einem über die Signalleitungen 66 eingegebenen Sollsignal das Zumeßventil 52 auf die Vorfüllposition gestellt, die einen Ventilquerschnitt frei­ gibt, der außerhalb des normalen Modulationsbereiches des Zumeßventiles 52 liegt und nur zum Vorfüllen be­ nutzt wird. Außerdem wird das Absperrventil 40 geöff­ net und, falls vorgesehen, das optionell integrierte Aus­ blaseventil geschlossen.

Beim Öffnen des Zumeßventils 54 wird die Brenn­ stoffpumpe 16 in Nachbrennerbetriebszustand ge­ bracht. Der Druckabfallregler 60 bewirkt, daß die Brennstoffpumpe 16 auf hohe Liefermenge gefahren und dadurch die gewünschte Vorfüllung des Einspritzsy­ stems des Zündbrenners 22 durchgeführt wird.

Nach einer im Regler 64 vorgegebenen Zeit werden die Zumeßventile 52 und 54 so eingestellt, daß dem Zündbrenner 22 der geforderte Brennstoff zugemessen wird. Dabei wird entsprechend der Verkleinerung des Zumeßquerschnittes im Zumeßventil 54 durch den Druckabfallregler 60 die Liefermenge der Brennstoff­ menge 16 so eingeregelt, daß der gewünschte Druckab­ fall über das Zumeßventil 54 sich einstellt. Das Zumeß­ ventil 52 wird ebenfalls so positioniert, daß der für den Zündbrenner 22 geforderte Brennstoff zugemessen wird. Solange nur dem Zündbrenner 22 Brennstoff zu­ geführt wird, wird das Drosselventil über den Druckab­ fallregler 58 in die geschlossene Position verfahren und dort gehalten.

Um den Hauptbrenner 24 im Innenstrom zuzuschal­ ten, wird das Zumeßventil 56 auf Vorfüllposition gestellt und damit die Brennstoffpumpe 18 in Betriebszustand gebracht. Das Absperrventil 42 für den Brennstoff zum Hauptbrenner 24 im Innenstrom wird geöffnet und, so­ fern vorhanden, das damit optionell integrierte Ausbla­ seventil geschlossen.

Das Vorfüllumschaltventil 86 wird geöffnet, so daß über die Zumeßeinrichtung 50 für den Brennstoff des Nebenstroms die Einspritzleitungen zu dem Haupt­ brenner 24 im Innenstrom mit der vollen Leistung der Brennstoffpumpe 18 vorgefüllt werden können.

Falls nicht unmittelbar folgend der Brenner 28 im Nebenstrom aktiviert werden soll, wird nach Ablauf der Vorfüllzeit das Zumeßventil 56 geschlossen und damit über den Druckabfallregler 62 die Brennstoffpumpe 18 zuruckgefahren. Dabei schließt automatisch das Vor­ füllumschaltventil 86. Durch eine Positionierung des Zu­ meßventils 54 und des Drosselventils 72 in Abhängigkeit von den Vorgaben des Reglers 64 wird dem Zündbren­ ner 22 und dem Hauptbrenner 24 im Innenstrom der geforderte Brennstoff zugemessen.

Soll das Brennersystem im Nebenstrom zugeschaltet werden, so wird zunächst das Zumeßventil 56 in Vorfüll­ position und die Brennstoffpumpe 18 in Betriebsbereit­ schaft gebracht und über den Druckabfallregler 62 auf die Vorfülleistung hochgefahren. Gleichzeitig wird das Absperrventil 44 geöffnet und, falls vorhanden, das op­ tionell integrierte Ausblaseventil geschlossen. Nach Ab­ lauf der Vorfüllzeit wird das Zumeßventil 56 in Abhän­ gigkeit von dem über die Signalleitung 70 vorgegebe­ nen Sollsignal in Betriebsstellung gebracht und über den Druckabfallregler 62 die Liefermenge der Brennstoff­ pumpe 18 so eingestellt, daß der Druckabfall über das Zumeßventil 56 seinen Sollwert erreicht.

Die oben beschriebenen Einschaltvorgänge der drei Zumeßsysteme werden überlappend ausgeführt, wenn der Pilot vom normalen Betrieb des Grundtriebwerkes sofort die maximale Nachverbrennung vorwählt. Der vom elektronischen Regler gesteuerte Ablauf ist dann folgender:
Die Vorfüllvorgänge für die Einspritzleitungen des Zündbrenners 22 und des Hauptbrenners 24 laufen un­ mittelbar nacheinander oder überlappend ab. Der Vor­ füllvorgang für die Einspritzleitungen des Brenners 28 schließen sich unmittelbar an, indem das Zumeßventil 56 und die Brennstoffpumpe 18 nach Vorfüllung der Ein­ spritzleitungen für den Hauptbrenner 24 auf Vorfüllpo­ sition bzw. Vorfülleistung gehalten werden und das Vor­ füllumschaltventil 86 automatisch beim Öffnen des Ab­ sperrventils 44 bzw. infolge eines entsprechenden Si­ gnals vom Regler 64 geschlossen wird. Auf diese Weise kann die Zeit vom Einschalten des Nachbrenners durch den Piloten bis zum Zünden und die Zeit zum Hochfah­ ren des Nachbrenners auf maximale Nachverbrennung in sehr kurzer Zeit erfolgen.

Vom Konzept des Gesamtsystems her wäre es mög­ lich, jede beliebige Abschaltsequenz der drei Brennersy­ steme über den elektronischen Regler 64 zu erzeugen. Es kann jedoch gezeigt werden, daß unter dem Aspekt des optimalen Nachbrennerwirkungsgrades die Ab­ schaltsequenz umgekehrt zur Einschaltsequenz ablau­ fen sollte, wie vorne schon ausgeführt wurde. Dabei müssen die einzelnen Schritte der Abschaltsequenz kei­ neswegs unmittelbar aufeinanderfolgen, vielmehr kann beispielsweise nach Abschalten des Brenners 28 im Ne­ benstrom ein Nachbrennerbetrieb mit beliebig modu­ lierten Brennstoffströmen zu den beiden Brennersyste­ men des Innenstroms aufrechterhalten werden; ebenso kann nach Abschalten des Hauptbrenners 24 im Innen­ strom ein Nachbrennerbetrieb mit dem Zündbrenner allein durchgeführt werden.

Das Abschalten des Brennstoffes zu den Brennern 28 erfolgt durch das Schließen des Zumeßventils 56 und das daraus resultierende Umstellen der Brennstoffpum­ pe 18 in eine Konfiguration, die dem abgeschalteten Zustand des Brenners 28 entspricht. Gleichzeitig wird vom Regler 24 über die Ventilschalteinheit 80 das Ab­ sperrventil 44 geschlossen und gegebenenfalls das op­ tionell integrierte Ausblaseventil geöffnet.

Zum Abschalten des Hauptbrenners 24 im Innen­ strom werden über den Regler 64 die Zumeßventile 54 und 52 so verstellt, daß der für den Betrieb des Zünd­ brenners noch geforderte Brennstoff zugemessen wird. Gleichzeitig wird das Absperrventil 42 geschlossen und gegebenenfalls das optionell integrierte Ausblaseventil geöffnet. Wie weiter vorne schon beschrieben wurde, übernimmt in diesem Betriebszustand das Zumeßventil 54 die Zumessung des Brennstoffes zum Zündbrenner 22. Zum Abschalten des Zündbrenners werden über den Regler 64 die Zumeßventile 52 und 54 geschlossen und die Brennstoffpumpe 16 in die Konfiguration verstellt, die den abgeschalteten Brennern 22 und 24 entspricht. Gleichzeitig wird auch das Absperrventil 40 geschlossen und gegebenenfalls das mit diesem optionell integrierte Ausblaseventil geöffnet.

Es ist ersichtlich, daß durch die individuelle Modulier­ barkeit der Brennstoffströme zu den verschiedenen Brennersystemen entsprechend individuellen, vom Reg­ ler vorgegebenen Zumeßgesetzen ein optimaler Nach­ brennerwirkungsgrad bei jedem beliebigen Nachbren­ nerteillast- oder Nachbrennervolllastbetriebspunkt des Triebwerkes erreicht werden kann. Die im elektroni­ schen Regler 64 gespeicherten Zumeßgesetze sind für das jeweilige Triebwerk, den jeweiligen Nachbrenner und den geforderten Nachbrennerbetriebsbereich eines Flugzeuges zu definieren und dahin zu optimieren, daß der optimale Nachbrennerwirkungsgrad erreicht wird. Diese Zumeßgesetze sind nicht Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner eines Nebenstrom-Gasturbinen­ strahltriebwerkes, umfassend eine Brennstoff-Pum­ penanordnung und an diese anschließend eine Brennstoffleitung zu den Brennern des Innenstro­ mes, die sich in je eine Brennstoffleitung zu dem Hauptbrenner des Innenstromes und dem Zünd­ brenner des Innenstromes teilt, sowie eine Brenn­ stoffleitung zu dem Brenner des Nebenstromes, wobei in den Brennstoffleitungen zu den Brennern des Innenstromes, zu dem Zündbrenner und zu dem Brenner des Nebenstromes jeweils eine steu­ erbare Brennstoffzumeßeinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine erste Brennstoffpumpe (16) zur Versorgung der Brennstoffleitung (20) zu den Brennern (22, 24) des Innenstromes und eine zweite Brennstoffpumpe (18) zur Versorgung der Brennstoffleitung (26) zu dem Brenner (28) des Nebenstromes vorgesehen ist, deren För­ dermenge unabhängig voneinander regelbar ist,
• - daß in der Brennstoffleitung (34) zu dem Hauptbrenner (24) des lnnenstromes ein von der Brennstoffzumeßeinrichtung (46) in der Brennstoffleitung (32) zu dem Zündbrenner (22) ansteuerbares Drosselventil (72) angeord­ netist,
• - und daß von der Brennstoffleitung (26) zu dem Brenner (28) des Nebenstromes eine in die Brennstoffleitung (34) zu dem Hauptbren­ ner (24) des lnnenstromes mündende Vorfül­ leitung (38) führt, in welcher ein Vorfüllum­ schaltventil (86) zum wahlweisen Verbinden der Vorfülleitung (38) mit der Brennstofflei­ tung (26) zu dem Brenner (28) des Nebenstro­ mes angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein elektronischer Regler (64) zur in­ dividuellen Ansteuerung der Brennstoffzumeßein­ richtungen (46,48, 50) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzumeß­ einrichtungen (46, 48, 50) als Zumeßventile (52, 54, 56) ausgebildet sind, deren Durchflußquerschnitt durch den Regler (64) vorgegeben wird und deren Druckabfall über jeweils zugeordnete Druckabfall­ regler (58, 60, 62) geregelt wird, wobei der Druck­ abfallregler (60) des Zumeßventils (54) in der Brennstoffleitung (20) zu den Brennern (22, 24) des Innenstromes die Förderleitung der ersten Brenn­ stoffpumpe (16), der Druckabfallregler (58) des Zu­ meßventils (52) in der Brennstoffleitung (32) zu dem Zündbrenner (22) den Durchflußquerschnitt des Drosselventils (72) in der Brennstoffleitung (34) zum Hauptbrenner (24) des Innenstromes, und der Druckabfallregler (62) des Zumeßventils (56) in der Brennstoffleitung (26) zum Brenner (28) des Ne­ benstromes die Förderleistung der zweiten Brenn­ stoffpumpe (18) steuert.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brennstofflei­ tungen (34, 32, 26) zu dem Hauptbrenner (24) des Innenstromes, zu dem Zündbrenner (22) und zu dem Brenner (28) des Nebenstromes jeweils vor den Brennern durch den Regler (64) individuell an­ steuerbare Absperrventile (42, 40, 44) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Absperrventilen (40, 42, 44) je­ weils ein Ausblaseventil zugeordnet ist, durch wel­ ches die stromabwärts von dem jeweiligen Ab­ schaltventil befindlichen Abschnitte der zu den Brennern (22, 24, 28) führenden Brennstoffleitun­ gen nach dem Schließen der Absperrventile (40, 42, 44) individuell mit einer Ausblaseeinrichtung ver­ bindbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Absperrventile (40, 42, 44) aus Auf/Zu-Ventile ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Absperrventil (42) in der Brennstoffleitung (34) zu dem Hauptbrenner (24) des Innenstromes und/oder das Absperrventil (44) in der Brennstoffleitung (26) zu dem Brenner (28) des Nebenstromes als Sequenzventile zum aufein­ anderfolgenden Zu- oder Abschalten einzelner Brennerdüsengruppen der zugeordneten Brenner ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstofflei­ tung (32) zu dem Zündbrenner (22) stromabwärts des Zumeßventils (52) ein Druckaufbauventil (88) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorfüllumschalt­ ventil (86) abhängig von systeminternen Drücken kraftstoffhydraulisch betätigt wird und in der ge­ schlossenen Position hydraulisch verriegelt werden kann.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorfüllumschalt­ ventil (86) durch den Regler (64) elektrisch ange­ steuert wird.