DE363301T1 - Steuervorrichtung fuer gasturbinenanlagen. - Google Patents

Steuervorrichtung fuer gasturbinenanlagen.

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Juan A. Jupiter Florida 33458 Marcos
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Claims (27)

03633CM EP-Anmeldung Nr. 89630151.2 PATENTANSPRÜCHE
1. System zum Regeln der von einem Flugzeugtriebwerk abgegebenen Leistung, wobei das Triebwerk Gaswegverstellbauteile mit wählbaren Werten und einen Brenner zum Erzeugen von heißen Abgasen hat, wobei das System umfaßt:
eine Einrichtung zum Empfangen von Flugzeugparametersignalen;
eine Einrichtung zum Empfangen von Signalen, welche die Gaswegverstellbauteilwerte und die Brennerbrennstoffzufuhr angeben;
eine Steuereinrichtung, welche das Parametersignal empfängt, um auf das Signal hin, welches einen gewählten Triebwerksleistungswert angibt, Signale an die Bauteile abzugeben, welche die Größe der Brennerbrennstoffzufuhr synchron mit den Gaswegverstellbauteilwerten wählen.
2. System zum Regeln der von einem Flugzeugtriebwerk abgegebenen Leistung nach Anspruch 1, wobei das Triebwerk weiter eine Verstellschubdüse hat, wobei das System umfaßt:
eine Einrichtung zum Empfangen von Signalen, welche die Schubdüsenaustrittsfläche angeben; und wobei die Signale, welche durch die Steuereinrichtung an die Bauteile abgegeben werden, zusätzlich die Größe der Schubdüsenaustrittsfläche synchron mit den Gaswegverstellbauteilwerten wählen.
3. System nach Anspruch 2, wobei die Gaswegverstelltriebwerksbauteile einen Triebwerksfan umfassen, der einstellbar positionierte Schaufeln hat, die an einem Rotor befestigt sind, welcher durch eine Niederdruckturbine angetrieben
4. System nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung weiter einen Zeitgeber aufweist und eine Einrichtung zum Un-
terscheiden zwischen stationärem und transientem Triebwerksbetrieb und wobei die Steuereinrichtung weiter Signale liefert, um die Verdichter/Turbine-Drehzahl aufrechtzuerhalten, wenn ein erstes und ein zweites Triebwerksleistungswertsignal innerhalb einer gewählten Zeitgeberperiode empfangen werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung nach dem Verstreichen der Zeitperiode weiter Signale liefert, um das Triebwerk auf stationären Betrieb zu bringen.
6. System zum Regeln der von einem Zweiwellengasturbinentriebwerk eines Flugzeuges abgegebenen Leistung, wobei das Triebwerk eine Verstellschubdüse hat, einen Fan mit verstellbar positionierten Schaufeln, die an einem Rotor befestigt sind, der durch eine Turbine angetrieben wird, einen Hochdruckverdichter, der verstellbar positionierte Schaufeln hat, die an einem Rotor befestigt sind, welcher durch eine Hochdruckturbine angetrieben wird, und einen Brenner zum Erzeugen von heißen Abgasen, wobei das System umfaßt:
eine Einrichtung zum Empfangen von Parametersignalen, welche die Fanverstellschaufelposition (FW), die Hochdruckverdichterverstellschaufelposition (HCW), die Schubdüsenaustrittsfläche (AJ) und die Brennerbrennstoffzufuhr (WF) angeben; und
eine Steuereinrichtung, welche die Parametersignale empfängt, um auf Signale hin, welche einen gewählten Triebwerksleistung swert angeben, Signale zu liefern, welche die Größe der Fan- und der Hochdruckverdichterdrehzahl, die Brennerbrennstoffzufuhr und die Schubdüsenaustrittsfläche synchron mit der Fanverstellschaufelposition und der Hochdruckverdichterverstellschaufelposition wählen.
7. System nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung weiter einen Zeitgeber aufweist und eine Einrichtung zum Unterscheiden zwischen stationärem und transientem Triebwerksbetrieb, wobei die Steuereinrichtung weiter Signale liefert, um die Verdichterdrehzahl aufrechtzuerhalten, wenn
ein erstes und ein zweites Triebwerksleistungswertsignal innerhalb einer gewählten Zeitgeberperiode empfangen werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung nach dem Verstreichen der Zeitperiode weiter Signale liefert, um das Triebwerk auf stationären Betrieb zu bringen.
9. Für ein Gasturbinentriebwerk zum Antreiben eines Flugzeuges, das zwei Wellen hat, die eine Hochdruckverdichter/Turbine-Kombination und eine Fan/Niederdruckverdichterund Turbine-Kombination umfassen, welche lediglich aerodynamisch gekoppelt sind, einen Brenner zum Verbrennen von Brennstoff und Luft zum Antreiben der Turbinen, eine Brennstoffeinstelleinrichtung zum Einstellen der Zufuhr von Brennstoff zu dem Brenner und Verstellschaufeln zum Einstellen der Luftströmung zum dem Fan/Niederdruckverdichter, eine Einrichtung zum Steuern des Triebwerks derart, daß es auf einer stationären Niederdruckverdichterbetriebskennlinie arbeitet, beinhaltet die Verbesserung eine Steuereinrichtung, die auf die Position des Leistungshebels hin schnelle Beschleunigungen und Abbremsungen aufgrund eines vorgewählten Niederdruckverdichterdrehzahl (N1)-Parameters einstellt, um die Verstellschaufeln und die Brennstoffeinstelleinrichtung zu steuern, eine erste Einrichtung, die auf mehrere Triebwerks- und Flugzeugvariable hin ein verlangtes N-^-Signal erzeugt, eine Einrichtung, die auf die Differenz zwischen der Leistungshebelposition und dem gemessenen N1 anspricht, einen PI-Regler zum Einstellen der Verstellschaufeln, um das Triebwerk längs einer konstanten Niederdruckverdichterdrehzahl bis zu dem durch die Leistungshebelposition gewählten Zielwert zu beschleunigen oder abzubremsen, und eine zusätzliche Steuereinrichtung, die auf den ^-Parameter anspricht, zum Steuern der Brennstoffeinstelleinrichtung und der Verstellschaufeln, um das Triebwerk zu dem Betrieb auf der stationären Niederdruckverdichterbetriebskurve zurückzubringen, und eine Zeitgebereinrichtung zum Betätigen der zusätzlichen
03633(M
Steuereinrichtung beim Erreichen eines vorbestimmten Zeitintervalls.
10. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 9 beansprucht, wobei der Niederdruckverdichterdrehzahlparameter eine Funktion der Leistungshebelposition und einer Triebwerksbetriebsvariablen ist.
11. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 10 beansprucht, wobei die Triebwerksbetriebsvariable der an dem Fan/Niederdruckverdichter-Einlaß gemessene Gesamtdruck ist.
12. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 10 beansprucht, wobei die Triebwerksbetriebsvariable die an dem Fan/Niederdruckverdichter-Einlaß gemessene Gesamttemperatur ist.
13. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 10 beansprucht, wobei der Niederdruckverdichterdrehzahlparameter auch eine Funktion einer Flugzeugbetriebsvariablen ist.
14. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 13 beansprucht, wobei die Flugzeugbetriebsvariable die Mach-Zahl ist.
15. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 14 bean= sprucht, wobei die Flugzeugbetriebsvariable die Höhe ist=
16. Für ein Gasturbinentriebwerk wie im Anspruch 9 beansprucht, wobei der Niederdruckverdichterdrehzahlparameter eine Funktion der Flugzeug-Mach-Zahl und der Höhe, des Triebwerksgesamtdruckes und der -temperatur, die an dem Fan/Niederdruckverdichter-Einlaß gemessen werden, und der Leistungshebelposition ist.
17. Für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 16, wobei sich das Zeitintervall als Funktion der Flughöhe und der Mach-Zahl verändert.
0363304
18. Für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 17, mit einer Einrichtung, die auf die gemessene Niederdruckverdichterdrehzahl anspricht, um die Minimal- und die Maximalposition der Verstellschaufeln zu begrenzen.
19. Für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 18, wobei die Steuerung für die Brennstoffeinstelleinrichtung auf eine Funktion der verlangten Drehzahl N1 und der gemessenen Hochdruckverdichterdrehzahl anspricht, um ein W^/Pg-Signal zu erzeugen, und eine Einrichtung vorgesehen ist zum Multiplizieren des W^/Pg-Signals und des gemessenen Brennerdruckes, um ein W^-Signal zum Steuern der Brennstoffeinstelleinrichtung zu erzeugen.
20. Steuerung zum Steuern eines Gasturbinentriebwerks zum Antreiben eines Flugzeuges während Betriebsarten schneller Beschleunigung und schneller Abbremsung, wobei das Gasturbinentriebwerk wenigstens einen Verdichter und eine den Verdichter antreibende Turbine hat, einen Brenner, eine Brennstoffzuführeinrichtung, die die Zufuhr des Brennstoffes zu dem Brenner einstellt, einen Leistungshebel, eine Steuereinrichtung, die auf den Leistungshebel anspricht, um das Triebwerk gemäß einer vorbestimmten Betriebskennlinie zu steuern, eine Verstellgeometriesteuereinrichtung zum Steuern der Luftströmung zu dem Verdichter, eine Einrichtung für Betriebsarten schneller Beschleunigung und Abbremsung, die auf die Leistungshebelposition anspricht, um ein erstes Signal zu erzeugen, eine Einrichtung, die auf das erste Signal anspricht, um eine feste Drehzahl des Verdichters zum Beschleunigen oder Abbremsen des Verdichters auf einen Zielwert einzustellen, eine Einrichtung, die auf einen Triebwerksparameter anspricht, um ein zweites Signal zu liefern, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, zum synchronen Einstellen der Brennstoffzufuhreinrichtung und der Verstellgeometriesteuereinrichtung, um die Drehzahl des Verdichters von dem Zielwert wieder zurück auf die vorbestimmte Betriebskennlinie zu trimmen.
21. Steuerung zum Steuern eines Gasturbinentriebwerks zum Antreiben eines Flugzeugs während Betriebsarten schneller Beschleunigungen und Abbremsungen, wobei das Gasturbinentriebwerk eine erste Welle hat, die einen Hochdruckverdichter und eine den Hochdruckverdichter antreibende erste Turbine umfaßt, und eine zweite Welle, die einen Niederdruckverdichter und eine den Niederdruckverdichter antreibende zweite Turbine umfaßt, wobei die erste Welle und die zweite Welle allein aerodynamisch gekoppelt sind, eine Brennstoff zumeßeinrichtung zum Einstellen der Zufuhr von Brennstoff zu dem Triebwerk und Verstellschaufeln für den Hochdruckverdichter zum Einstellen der zu diesem strömenden Luft, eine Einrichtung zum Steuern des Triebwerks, um es auf einer vorbestimmten stationären Hochdruckverdichterbetriebskurve zu betreiben und die Drehzahl der ersten Welle und der zweiten Welle in einer vorbestimmten Beziehung zu haben, einen Leistungshebel, wobei die Steuerung eine Einrichtung aufweist, die auf die Position des Leistungshebels anspricht, um einen Schubwert zum Einstellen des Triebwerks festzulegen, damit es schnell beschleunigt und abbremst, wobei die Steuerung eine zusätzliche Steuereinrichtung hat, die auf Triebwerks- und Flugzeugbetriebsvariable anspricht, zum Erzeugen eines ersten Signals, das eine gewünschte korrigierte Niederuckverdichterdrehzahl (N^) verlangt, eine Einrichtung, die auf das erste Signal und auf eine vorgewählte, feste korrigierte Hochdruckverdichterdrehzahl (N2) anspricht, um . eine gewünschte Luftströmung aus den Verstellschaufeln zu erzeugen, eine Einrichtung, die auf den Leistungshebel anspricht, um ein konstantes N2 zu wählen, eine Einrichtung, die auf die Differenz zwischen dem gewählten konstanten N2 und dem gemessenen N2 anspricht, mit einem PI-Regler zum Einstellen der Verstellschaufeln, um das Triebwerk auf den durch den Leistungshebel festge= legten Wert zu beschleunigen oder abzubremsen, und eine Einrichtung, die auf ein zeitgesteuertes Signal anspricht, um sowohl die Brennstoffzumeßeinrichtung als auch die Verstellschaufeln als eine Funktion der gewünschten korrigier-
ten Niederdruckverdichterdrehzahl einzustellen und das Triebwerk zurück in den Betrieb auf der stationären Hochdruckverdichterbetriebskurve zu bringen.
22. Steuerung nach Anspruch 21, mit einer Einrichtung, die auf das gemessene N2 anspricht, um einen Maximal- und einen Minimalwert für die durch die Verstellschaufeln hindurchgehende Luftströmung durch Begrenzen der geöffneten und der geschlossenen Position der Verstellschaufeln festzulegen.
23. Steuerung nach Anspruch 22, wobei die Triebwerks- und Flugzeugbetriebsvariablen für die zusätzliche Steuereinrichtung die Flugzeug-Mach-Zahl und den Gesamtdruck an dem Einlaß des Hochdruckverdichters beinhalten.
24. Steuerung nach Anspruch 23, beinhaltend den zusätzlichen Triebwerksbetriebsparameter der Gesamttemperatur an dem Einlaß des Hochdruckverdichters.
25. Steuerung nach Anspruch 24, mit einer Einrichtung, die auf die Flugzeughöhe und die Mach-Zahl sowie den Gesamtdruck und die Gesamttemperatur, gemessen an dem Einlaß des Hochdruckverdichters, anspricht, um die Verstellgeschwindigkeit der Verstellschaufeln zu begrenzen.
26. Steuerung nach Anspruch 25, wobei das Triebwerk einen Brenner aufweist und wobei die Einrichtung, die auf das zeitgesteuerte Signal zum Einstellen der Brennstoffzufuhr anspricht, eine Einrichtung umfaßt, die auf eine Funktion des verlangten N-, und des gemessenen N2 anspricht, um ein zweites Signal (W^/Pg) zu erzeugen, sowie eine Einrichtung, die auf den Multiplikand Wf/Pß und den gemessenen Druck des Brenners anspricht, um die Brennstoffzumeßeinrichtung zu steuern.
27. Steuerung nach Anspruch 22, wobei das Zeitsignal als eine Funktion der Flugzeughöhe und der Mach-Zahl modifiziert wird.
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