DE3835068A1

DE3835068A1 - Elektrisch betriebene treibstoffregelung fuer eine gasturbine

Info

Publication number: DE3835068A1
Application number: DE19883835068
Authority: DE
Inventors: Robert C White
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1989-04-27
Also published as: US4815278A; JPH01134031A; JP2718959B2

Description

Die Erfindung betrifft Regelungen für elektrisch angetrie bene Treibstoffpumpen von Gasturbinen, wobei ein genauer Gleichlauf der Treibstoffbedarfssignale wesentlich ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Regelung für elek trisch angetriebene Treibstoffpumpen von Gasturbinen, die Konstantfrequenzgeneratoren antreiben.

Treibstoffpumpen für Gasturbinen sind bekannt, die elek trisch betriebene Elemente zur Kraftstoffzuführung zur Gasturbine verwenden (vgl. US-PS′en 43 44 141, 44 23 592, 44 32 201, 44 41 156 und 46 25 510). Da die Geschwindigkeit einer elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe für eine Gasturbine sich nicht direkt mit der Leistungsbelastung der Gasturbine ändert, ist es bisher schwierig gewesen, eine Ansprechkennlinie einer elektrisch angetriebenen Treib stoffpumpe für eine Gasturbine zu erhalten, die eine opti mierte Gesamtleistungs-Charakteristik hat.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte elektrisch betä tigte Regelung für die Treibstoffpumpe einer Gasturbine angegeben, die eine Ansprechkennlinie hat, die derjenigen von Regelungen angenähert ist, die mechanisch durch einen Zapfwellenantrieb angetrieben werden. Gemäß der Erfindung wird ein erhöhter Treibstoffbedarf befriedigt, indem die der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe zugeführte Leistung der gewünschten Erhöhungsmenge direkt proportional erhöht wird, ein verringerter Treibstoffbedarf, der unter einer vorbestimmten Treibstoffverringerungsrate liegt, wird befriedigt, indem die der elektrisch angetriebenen Treib stoffpumpe zugeführte Leistung direkt proportional der gewünschten Verringerungsmenge verringert wird, und ein verringerter Treibstoffbedarf, der größer als die vorbe stimmte Verringerungsrate ist, wird befriedigt durch Anle gen einer Bremsfunktion an die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe.

Die elektrisch betriebene Treibstoffregelung nach der Er findung für eine Gasturbine ist gekennzeichnet durch eine elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe, die der Gasturbine Treibstoff aufgrund eines Leistungssignals zuführt, wobei die Treibstoffpumpe die Treibstoffzuführung erhöht, so daß die Turbine mehr Leistung erzeugt, und die Treibstoffzu führung verringert, so daß die Turbine weniger Leistung erzeugt, durch eine Einheit, die den Treibstoffbedarf der Turbine bestimmt, so daß die der Turbine zugeführte Treib stoffmenge selektiv erhöht bzw. verringert wird, wobei diese Einheit ein dem Treibstoffbedarf proportionales Treibstoffdurchflußbedarfssignal erzeugt, durch eine Erfas sungseinheit, die ein Signal erzeugt, das einer erfaßten Geschwindigkeit eines bewegten Organs in der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe proportional ist, eine Vor richtung zum Bremsen der Treibstoffzuführrate durch die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe aufgrund eines Bremssignals, und durch eine Regeleinheit, die aufgrund des Geschwindigkeitssignals und des Treibstoffdurchflußbedarfs signals das Leistungssignal erzeugt, das, wenn die den Treibstoffbedarf bestimmende Einheit eine Erhöhung der Treibstoffzuführmenge zur Turbine vorgibt, eine Erhöhung der der Turbine zugeführten Treibstoffmenge bewirkt, und Leistung zuführt, um eine Verringerung der der Turbine zu geführten Treibstoffzuführmenge, die kleiner als eine vor gegebene Verringerungsrate ist, zu bewirken, wenn die den Treibstoffbedarf bestimmende Einheit eine Verringerung der Treibstoffzuführmenge vorgibt, die kleiner als die vorge gebene Verringerungsrate ist, und das Bremssignal erzeugt, so daß die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe durch die Bremsvorrichtung gebremst wird unter Verringerung der Treibstoffzuführmenge zur Turbine, wenn die den Treibstoff bedarf bestimmende Einheit eine Verringerung der Treib stoffzuführmenge vorgibt, die größer als die vorgegebene Verringerungsrate der Zuführmenge ist.

Bevorzugt ist dabei die Bremsfunktion eine Rückgewinnungs bremsfunktion, die dadurch implementierbar ist, daß der die Treibstoffpumpe antreibende Elektromotor als Stromerzeuger betrieben wird. Wenn die Bremsfunktion regenerativ ist, werden an den Ausgang des Elektromotors ein Schalter und ein Stromverbraucher gekoppelt, um die vom Elektromotor, der als Stromerzeuger betrieben wird, erzeugte elektrische Energie abzuleiten.

Für Erhöhungen der Treibstoffmenge weist die Regelung einen Impulsbreitenmodulator auf, der aufgrund des Geschwindig keitssignals und des Treibstoffdurchflußbedarfssignals der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe das Leistungssi gnal zuführt, das aus einer Serie von Impulsen besteht, die eine bestimmte Folgefrequenz aufweisen und eine Breite haben, die der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchfluß bedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal propotional und ein Integral davon sind. Für Verringerungen der Treib stoffmenge, die kleiner als die vorbestimmte Verringerungs rate der Treibstoffördermenge sind, erzeugt der Impulsbrei tenmodulator Impulse des Leistungssignals, deren Breite der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal proportional und ein Integral davon ist. Die maximale Erhöhungsrate der Treibstofförder menge wird dadurch erzeugt, daß das Leistungssignal ständig einen EIN-Zustand hat.

Die Regelung umfaßt ferner einen Impulsbreitenmodulator, der der Bremsvorrichtung das Bremssignal zuführt, das aus einer Serie von Impulsen besteht, die eine bestimmte Folge frequenz aufweisen und eine Breite haben, die für Verrin gerungsraten, die größer als die vorbestimmte Veringerungs rate der Treibstoffördermenge sind, einer Differenz zwi schen dem verringerten Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal proportional ist. Die maximale Bremsrate kann dadurch erzeugt werden, daß das Bremssignal ständig einen EIN-Zustand hat.

Der hier verwendete Ausdruck "vorbestimmte Rate" bedeutet die Geschwindigkeit, mit der die Pumpe und ihr elektrischer Antrieb abgebremst werden, wenn elektrische Energie ver ringert wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Gasturbine mit einer elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe und einer Regelung nach der Erfindung;

Fig. 2 das Blockschaltbild einer elektrisch betrie benen Treibstoffregelung nach der Erfindung;

Fig. 3A bis 3C ein Schaltbild einer bevorzugten Implementie rung der Pumpenregelung von Fig. 1 gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Grafik der vom Motor und der zugehörigen Pumpe gelieferten bzw. daraus entnommenen Leistung gegenüber der Fehlerdifferenz zwi schen dem zugeführten Treibstoff und dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal; und

Fig. 5 verschiedene in der Regelung von Fig. 2 er zeugte Signale.

Fig. 1 zeigt eine konventionelle Gasturbine 10 mit einer Regelung und einer elektrisch angetriebenen Treibstoff pumpe. Die Gasturbine 10 kann irgendeine konventionelle Gasturbine sein, z. B. zum Antrieb von Außenstromaggregaten oder kleinen Schubmaschinen ohne Schaltgetriebe. Die Gas turbine hat eine äußere Regelschleife, die aus einem Tur binendrehzahlmesser (nicht gezeigt) besteht, einen Dreh zahlregler 12, der einem Pumpenregler 14 ein Treibstoff bedarfssignal zuführt, und eine elektrisch angetriebene Verdrängerpumpe 17. Der Drehzahlregler 12 ist bekannt und dient der Erzeugung eines Treibstoffdurchflußbedarfssignals aufgrund eines Turbinendrehzahlsignals, das der Turbinen drehzahlmesser durch Erfassen der Drehzahl eines umlaufen den Elements in der Gasturbine erzeugt, und eines Treib stoffbedarfssignals. Das Treibstoffdurchflußbedarfssignal bestimmt die Durchflußmenge, mit der der Turbine Treibstoff zugeführt wird, und zwar einschließlich einer erhöhten Treibstoffzuführung, so daß die Turbine 10 mehr Leistung erzeugt, und einer verringerten Treibstoffzuführung, so daß die Turbine weniger Leistung erzeugt, was mit bekannten Regeltechniken durchgeführt wird. Die Turbine hat eine innere Regelschleife, bestehend aus einem Drehzahlmesser (Element 18 von Fig. 2), dem Pumpenregler 14 und der elek trisch angetriebenen Verdrängerpumpe 17. Der Pumpenregler 14 spricht auf das Ausgangssignal des Drehzahlmessers, der die Drehzahl der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe erfaßt, und das Treibstoffdurchflußbedarfssignal an. Das Ausgangssignal des Pumpenreglers 14 wird der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe 17 zugeführt.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Pumpenreglers 14 und der Verdrängerpumpe bzw. des Elektromotors 16. Der Pumpenregler 14 spricht auf das vom Turbinendrehzahlregler 12 von Fig. 1 erzeugte Treibstoffdurchflußbedarfssignal und ein von einem Drehzahlmesser 18 erzeugtes Treibstoffpumpengeschwindig keitssignal, das dem Treibstoffdurchfluß entspricht, an. Die Verdrängerpumpe bzw. der Elektromotor 16 wird von einem Leistungstreiber 20 angesteuert. Der Leistungstreiber 20 wird von einem Leistungssignal und einem Bremssignal ange steuert und legt ein Ausgangssignal an die Verdrängerpumpe und den Elektromotor an, so daß diese entweder im Lei stungs- oder im Bremsbetrieb arbeiten, wie nachstehend erläutert wird. Die Verstärkung des Leistungssignals und die Verstärkung des Bremssignals können in bezug aufein ander änderbar sein. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausfüh rungsform verstärkt der Leistungstreiber 20 das Leistungs signal um das Zweifache der Verstärkung des Bremssignals. Das Bremssignal bestimmt eine Rückgewinnungsbremsfunktion, die dem Elektromotor der Verdrängerpumpe bzw. des Elektro motors 16 zugeordnet ist, um deren Umlaufgeschwindigkeit direkt proportional einem Bremssignal zu bremsen. Das Bremssignal wird angelegt, wenn die erforderliche Verrin gerungsgeschwindigkeit der Treibstoffzuführmenge zur Gas turbine größer als eine vorgegebene Verringerungsrate ist (Fig. 4, Kurvenabschnitt CD). Das Leistungssignal bestimmt den Leistungspegel für den Elektromotor der Verdrängerpum pen bzw. des Elektromotors. Wenn die Treibstoffzuführmenge zur Gasturbine von einem momentanen Wert ausgehend erhöht werden soll, wird der an den Elektromotor geführte Lei stungspegel direkt proportional der gewünschten Erhöhungs rate des der Gasturbine 10 zuzuführenden Treibstoffs er höht. Zur Erhöhung der Menge des der Gasturbine 10 zuge führten Treibstoffs muß die Verstärkung des an den Elektro motor der Verdrängerpumpe angelegten Ansteuersignals rela tiv hoch sein (Fig. 4, Kurvenabschnitt EB), so daß ein schnelles Ansprechen zur Sicherstellung einer hohen Be schleunigungsrate erfolgt. Für eine bestimmte Verringe rungsrate der der Gasturbine zugeführten Treibstoffmenge, die unter der vorgegebenen Verringerungsrate der Treib stoffmenge liegt, was den Beginn der Aktivierung der Bremse 20 definiert, wird der Leistungspegel des Ansteuersignals direkt proportional zur vorgegebenen Verringerungsrate des Treibstoffdurchflußbedarfssignals verringert (Fig. 4, Kur vensegment DE).

Der Schaltungsaufbau zur Regelung der Erzeugung des Lei stungssignals ist wie folgt. Für eine Verringerungsrate der Treibstoffmenge, die unter der vorbestimmten Verringerungs rate der Treibstoffmenge liegt, und für alle Erhöhungsraten der Treibstoffmenge (Fig. 4, Kurvenabschnitt D-B) gibt der Impulsbreitenmodulator 28 Impulse aus, deren Dauer direkt proportional der Summe der Ausgangssignale von einem Inte grierglied 22 und einem Proportionalverstärker 26 ist, wobei die Impulse am Punkt D von Fig. 4 aufhören, wie nach stehend beschrieben wird, und ihre Breite bei Wegführung vom Punkt D im Abschnitt DB der Fig. 4 zunimmt. Das Inte grierglied 22 integriert die Differenz zwischen dem Treib stoffdurchflußbedarfssignal, das vom Turbinendrehzahlregler 12 erzeugt wird, und dem Ausgangssignal eines Frequenz- Spannungs-Wandlers 24, der ein Ausgangsgeschwindigkeits signal erzeugt, dessen Gleichspannungspegel direkt propor tional der Frequenz der vom Drehzahlmesser 18 ausgegebenen Impulse ist. Ein Proportinalverstärker 26, der ein Diffe renzverstärker sein kann, erzeugt ein Ausgangssignal, das der Differenz zwischen dem vom Turbinendrehzahlregler 12 erzeugten Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem vom Frequenz-Spannungs-Wandler 24 erzeugten Ausgangsgeschwin digkeitssignal proportional ist. Der Impulsbreitenmodulator 28 erzeugt einen Ausgangsimpulszug mit Impulsen einer Brei te, die sich direkt proportional der Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale des Integrierglieds 22 und des Proportionalverstärkers 26 ändert. Ein Taktgeber 30 liefert ein Taktsignal, das zur Synchronisierung der Zeitbasis des Impulsbreitenmodulators 28 genützt wird, so daß das von diesem erzeugte Ausgangssignal die gleiche Frequenz wie das Ausgangssignal des Taktgebers 30 hat. Ein Flipflop 32, das ein konventionelles D-Flipflop sein kann, erzeugt das impulsbreitenmodulierte Leistungssignal, das dem Leistungs treiber 20 zugeführt wird, der den Elektromotor der Ver drängerpumpeneinheit 16 ansteuert. Ein Brems-Grenzwertglied 34 erzeugt ein Paar Ausgangssignale mit entgegengesetzten Zuständen Q und Q, deren Zustand jedesmal geändert wird, wenn das Ausgangssignal des Proportionalreglers 26 durch Null geht. Das Brems-Grenzwertglied 34 kann ein Nulldurch gangsdetektor sein. Das Ausgangssignal Q wird auf Leitung 36 an den Dateneingang des Flipflops 32 geführt. Der Aus gang des Flipflops 32 kann hoch sein, solange Q hoch ist. Das Ausgangssignal des Taktgebers 30 taktet das Flipflop 32. Das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 28 bestimmt den Punkt, an dem das Leistungssignal während jeder Periode des Taktsignals rückgesetzt wird, wie unten beschrieben wird. Das Ausgangs-Treibersignal vom Flipflop 32 ist für Treibstoffdurchflußbedarfssignale, die eine maximale Erhöhung des zuzuführenden Treibstoffdurchflusses bezeichnen, ständig im EIN-Zustand. Wenn der Ausgang Q des Brems-Grenzwertglieds 34 hoch ist, ist die Dauer der vom Flipflop 32 ausgegebenen Einzelimpulse proportional der Dauer der vom Impulsbreitenmodulator 28 ausgegebenen Im pulse. Die Dauer jedes vom Impulsbreitenmodulator ausge gebenen Impulses ist gleich der Zeit zwischen dem Hochwer den des Ausgangsimpulses vom Taktgeber 30 und dem Hochwer den des Ausgangsimpulses des Impulsbreitenmodulators.

Die Bremsfunktion wird durch die folgenden Elemente von Fig. 2 erzeugt. Für sämtliche Verringerungsraten der Treib stoffzuführungsmenge, die größer als die vorbestimmte Ver ringerungsrate sind (Fig. 4, Kurvenabschnitt CD), gibt der Impulsbreitenmodulator 40 Impulse aus, deren Breite direkt proportional dem Ausgangssignal des Proportionalverstärkers 26 sind, wobei die Impulse am Punkt D von Fig. 4 aufhören und ihre Breite zunimmt, wenn der Betrieb an vom Punkt D im Abschnitt CD von Fig. 4 wegführenden Punkten stattfindet. Das Signal, das der Differenz zwischen dem Treibstoffdurch flußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal vom Pro portionalregler 26 proportional ist, wird an den Brems- Impulsbreitenmodulator 40 geführt, der eine Serie von Aus gangsimpulsen erzeugt, die die gleiche Grundfolgefrequenz wie die vom Taktgeber 30 erzeugten Ausgangsimpulse haben. Wie oben beschrieben, ist die Breite der Impulse der Dif ferenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal direkt proportional. Ein Flip flop 42, das wie das Flipflop 32 ausgelegt ist, hat die Funktion, das Bremssignal für die Bremse 20 auszugeben. Bevorzugt wird die Bremsfunktion als Rückgewinnungsbrems funktion implementiert. Es ist aber zu beachten, daß die Erfindung auch realisierbar ist, wenn der Verdrängerpum pen-Einheit eine Bremse zugeordnet ist. Wie allgemein bekannt, kann ein Elektromotor als Bremse wirken, indem er im Generatorbetrieb läuft, der dem zu bremsenden System durch Ableitung der erzeugten elektrischen Energie Leistung entnimmt. Bevorzugt wird, wenn die Bremsfunktion als Rück gewinnungsbremsfunktion implementiert ist, ein Feldeffekt transistor bzw. FET, an den der Impulszug des Bremssignals geführt wird, um wahlweise die Source-Drain-Strecke in Reihe mit einem Widerstand kurzzuschließen, mit dem Elek tromotor verbunden und bewirkt, daß erzeugter Strom durch den FET und einen zugehörigen Widerstand während einer Zeitdauer fließt, die der Dauer der Impulse des Bremssi gnals direkt proportional ist. Die Größe der Bremsung, die an die Treibstoffpumpe angelegt wird, wenn der Elektromotor als Generator arbeitet, ist der Dauer der vom Flipflop 42 ausgegebenen Impulse direkt proportional. Wenn das Aus gangssignal Q vom Brems-Grenzwertglied 34 hoch ist, ist die Dauer der vom Flipflop 42 ausgegebenen Einzelimpulse pro portional der Dauer der vom Impulsbreitenmodulator 40 aus gegebenen Impulse. Die Dauer jedes Impulses ist gleich der Zeitdauer zwischen dem Hochwerden des Ausgangssignals des Taktgebers 30 und dem Hochwerden des Ausgangsimpulses des Impulsbreitenmodulators 40. Das Ausgangssignal Q des Brems- Grenzwertglieds 34 wird auf Leitung 37 an den Dateneingang des Flipflops 42 geführt. Das Ausgangssignal des Flipflops 42 kann hoch sein, solange Q hoch ist.

Der vorgegebene Punkt D in Fig. 4, an dem das Leistungs signal und die Bremssignale damit beginnen, Impulse an den Leistungstreiber 20 auszugeben, ist durch verschiedene Systemparameter bestimmt. Die Treibstoffdurchfluß-Gesamt charakteristik der Gasturbine während Leistungssteigerungen und -verminderungen sowie die Trägheit und die Kapazität der Pumpe bestimmen effektiv, wo der Punkt D auf der X-Achse liegt. Die Erfindung ist weder auf irgendein spe zielles Treibstoffdurchflußsystem noch auf die Wahl einer speziellen Kraftstofferhöhungs- oder -verminderungsrate, wie sie durch den Kurvenabschnitt CB bezeichnet ist, be schränkt.

Die Fig. 3A-C zeigen ein elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Implementierung des Pumpenreglers 14 von Fig. 2. Konventionelle integrierte Schaltkreise sind durch ihre in der Industrie üblichen Bezeichnungen gekennzeichnet. Eine Reihe von Strichlinien-Kästchen, die mit den in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen versehen sind, korrelieren die elektrische Schaltung nach Fig. 3 mit den bezeichneten Blöcken von Fig. 2. Selbstverständlich sind bei der prakti schen Anwendung der Erfindung andere Implementierungen mög lich. Widerstands- und Kapazitätswerte wurden nicht ein gesetzt.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der der Motor/Pumpen einheit 16 zugeführten bzw. daraus entnommenen Leistung und die Differenz zwischen dem zugeführten und dem angeforder ten Treibstoff. Die positive Y-Achse bezeichnet das Lei stungssignal, das zum Ansteuern der elektrisch betätigten Verdrängerpumpe bzw. Motor-Einheit 16 dient, und die nega tive Y-Achse bezeichnet die durch Bremsen aus dem System entnommene Leistung. Die Abszisse ist die Differenz zwi schen zugeführtem und angefordertem Treibstoff. Der Null punkt auf der X-Achse bezeichnet einen Treibstoffdurchfluß bedarf im Gleichgewichtszustand. Wenn das dem Turbinendreh zahlregler 12 von Fig. 1 zugeführte Treibstoffbedarfssignal sich von einem Gleichgewichtszustand am Nullpunkt auf der X-Achse ändert, verschiebt sich das Treibstoffbedarfssignal längs der Kurve CB entlang der X-Achse in positiver oder negativer Richtung.

Das Leistungssignal wird der den Elektromotor 16 und die Verdrängerpumpe umfassenden Einheit zugeführt, wenn die durch das Treibstoffdurchflußbedarfssignal bezeichnete Änderungsrate der Kraftstoffzuführung im Abschnitt DB liegt, der sowohl Verminderungen der Zuführungsrate, die unter der vorgegebenen Verminderungsrate liegen, als auch sämtliche Erhöhungen der Zuführungsrate umfaßt. Es ist zu beachten, daß zwar in Fig. 4 eine gerade verlaufende Kurve gezeigt ist, bei der Erfindung aber auch andere Treibstoff durchfluß-Kennlinien verwendet werden können. Wenn der Pumpenregler 14 im Abschnitt DB arbeitet, ist die Impuls folgefrequenz des Ausgangsleistungssignals vom Flipflop 32 gleich der Impulsfolgefrequenz des Taktgebers 30, und seine Impulsbreite ist proportional der Summe der Ausgangssignale des Integrierglieds 22 und des Proportionalverstärkers 26. Die Ausgabe von Impulsen hört auf, wenn sich der Betrieb zum Punkt D verschiebt, und nimmt direkt proportional zu, wenn sich der Treibstoffbedarf vom Punkt D weg entlang dem Abschnitt DB verschiebt. Das Bremssignal wird an die Ver drängerpumpe bzw. den Elektromotor 16 vom Leistungstreiber 20 angelegt, wenn die Verringerungsrate der Treibstoffzu führung größer als Punkt D im Kurvenabschnitt CD ist. Wenn der Pumpenregler 14 entlang dem Abschnitt CD arbeitet, ist die Impulsfolgefrequenz des Ausgangsbremssignals gleich der Frequenz des Taktgebers 30, und seine Impulsbreite ist der Größe des Ausgangssignals, des Proportionalverstärkers 26 proportional.

Fig. 5 zeigt das zeitliche Auftreten von Signalen, die zur Erzeugung des Brems- oder des Leistungssignals für die Ver drängerpumpe bzw. den Elektromotor 16 dienen. Die Signale von Fig. 4 bezeichnen die bei der Erzeugung eines Ausgangs signals vom Flipflop 32 oder vom Flipflop 42 verwendeten Signale. Das Taktsignal ist in Fig. 5A gezeigt und ist ein Impulszug mit fester Frequenz. Die Fig. 5B bzw. 5C bezeich nen die Ausgangssignale des Impulsbreitenmodulators 40 bzw. des Impulsbreitenmodulators 28 für einen Betriebsablauf, der entlang dem Abschnitt BC für ein Fehlersignal entspre chend Fig. 5D läuft. Der Gleichgewichtszustand ist durch den Nullpunkt bezeichnet, wobei die Bewegung vom maximalen positiven Wert des Fehlersignals nach Null proportional kleineren Änderungsraten des Treibstoffbedarfs entspricht. Eine Bewegung vom größten negativen Wert des Fehlersignals nach Null entspricht proportional kleineren Erhöhungsraten des Treibstoffbedarfs. Es ist zu beachten, daß das Tast verhältnis der Impulse gemäß Fig. 5B bei einem positiven Fehlersignal infolge der Lage des Punkts D in Fig. 4 nach Null geht und daß ein Null-Fehlersignal die Einführung von Leistung in das System entsprechend dem ersten Impuls von Fig. 5C bedeutet.

Claims

1. Elektrisch betriebene Treibstoffregelung für eine Gas turbine, gekennzeichnet durch

(a) eine elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe, die der Gasturbine Treibstoff aufgrund eines Leistungssignals zuführt, wobei die Treibstoffpumpe die Treibstoffzu führung erhöht, so daß die Turbine mehr Leistung er zeugt, und die Treibstoffzuführung verringert, so daß die Turbine weniger Leistung erzeugt;
(b) eine Einheit (12), die den Treibstoffbedarf der Turbine bestimmt, so daß die der Turbine zugeführte Treibstoff menge selektiv erhöht bzw. verringert wird, wobei diese Einheit ein dem Treibstoffbedarf proportionales Treib stoffdurchflußbedarfssignal erzeugt;
(c) eine Erfassungseinheit (18), die ein Signal erzeugt, das einer erfaßten Geschwindigkeit eines bewegten Organs in der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe proportional ist;
(d) eine Vorrichtung zum Bremsen der Treibstoffzuführmenge durch die elektrisch betriebene Treibstoffpumpe auf grund eines Bremssignals; und
(e) eine Regeleinheit (14), die aufgrund des Geschwindig keitssignals und des Treibstoffdurchflußbedarfssignals das Leistungssignal erzeugt, das, wenn die den Treib stoffbedarf bestimmende Einheit eine Erhöhung der Treibstoffzuführmenge zur Turbine vorgibt, eine Erhö hung der der Turbine zugeführten Treibstoffmenge be wirkt,
und Leistung zuführt, um eine Verringerung der der Turbine zugeführten Treibstoffzuführmenge, die kleiner als eine vorgegebene Verringerungsrate ist, zu bewir ken, wenn die den Treibstoffbedarf bestimmende Einheit eine Verringerung der Treibstoffzuführmenge vorgibt, die kleiner als die vorgegebene Verringerungsrate ist, und
das Bremssignal erzeugt, so daß die elektrisch ange triebene Treibstoffpumpe durch die Bremsvorrichtung gebremst wird unter Verringerung der Treibstoffzuführ menge zur Turbine, wenn die den Treibstoffbedarf be stimmende Einheit eine Verringerung der Treibstoffzu führmenge vorgibt, die größer als die vorgegebene Ver ringerungsrate der Zuführmenge ist.

2. Treibstoffregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bremsen der Treibstoffzuführmenge eine Rückgewinnungsbremsvorrichtung ist.

3. Treibstoffregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (14) aufweist: einen auf das Geschwindigkeitssignal und das Treibstoff durchflußbedarfssignal ansprechenden Impulsbreitenmodulator (28), der der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe das Leistungssignal zuführt, das eine Serie von Impulsen umfaßt, die eine bestimmte Folgefrequenz aufweisen und eine Breite haben, die als integrale Funktion einer Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Ge schwindigkeitssignal sowie als eine Funktion der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal zunimmt.

4. Treibstoffregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (14) aufweist:

(a) einen auf das Geschwindigkeitssignal und das Treib stoffdurchflußbedarfssignal ansprechenden Impulsbrei tenmodulator (28), der der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe das Leistungssignal zuführt, das eine Serie von Impulsen umfaßt, die eine bestimmte Folge frequenz haben und die für Erhöhungen der Treibstoff zuführmenge und für Verringerungen der Treibstoffzu führmenge unterhalb der vorbestimmten Rate eine Breite haben, die als eine integrale Funktion der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal sowie als eine Funktion der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindigkeitssignal zunimmt; und
(b) einen auf das Geschwindigkeitssignal und das Treib stoffdurchflußbedarfssignal ansprechenden Impulsbrei tenmodulator (40), der der Bremsvorrichtung das Brems signal zuführt, das eine Serie von Impulsen umfaßt, die eine gegebene Folgefrequenz aufweisen und eine Dauer haben, die für Verringerungen der Zuführmenge, die größer als die vorgegebene Verringerung der Zuführmenge sind, als eine Funktion der Differenz zwischen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Geschwindig keitssignal zunimmt.

5. Treibstoffregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dadurch, daß das Bremssignal ständig einen EIN-Zustand hat, eine maximale Bremsrate erzeugt wird.

6. Treibstoffregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dadurch, daß das Leistungssignal ständig einen EIN- Zustand hat, eine maximale Erhöhungsrate des Treibstoff bedarfs erzeugt wird.

7. Treibstoffregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bremsen der Treibstoffzuführmenge eine Rückgewinnungsbremsvorrichtung ist.

8. Treibstoffregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnungsbremsvorrichtung umfaßt:

(a) einen Elektromotor (16), der die elektrisch angetrie bene Treibstoffpumpe antreibt und als Stromerzeuger betrieben wird;
(b) einen Widerstand, der mit einem Ausgang des als Strom erzeuger betriebenen Elektromotors gekoppelt ist; und
(c) einen elektrisch betätigten Schalter mit einem Steuer anschluß, dem das Bremssignal zugeführt ist, wobei der Schalter zwei Anschlüsse aufweist, durch die bei An legen des Bremssignals Strom fließt, und der eine An schluß des Anschlußpaars mit dem Widerstand gekoppelt ist, um den Stromfluß durch den Widerstand nach Maßgabe des Bremssignals zu regeln.

9. Treibstoffregelung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein FET ist, dessen Source-Drain-Strecke mit einem Ausgang des Elektromotors gekoppelt ist, wobei das von der Regeleinheit erzeugte Bremssignal an eine Steuerelektrode des FET geführt ist, so daß der FET in den EIN-Zustand geschaltet wird.

10. Treibstoffregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit das Leistungssignal mit höherer Ver stärkung als der Verstärkung des Bremssignals zuführt.

11. Treibstoffregelung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgrade eine Funktion der Differenz zwi schen dem Treibstoffdurchflußbedarfssignal und dem Ge schwindigkeitssignal sind.

12. Elektrisch betriebene Treibstoffregelung für eine Gas turbine, gekennzeichnet durch

(a) eine elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe, die der Gasturbine Treibstoff aufgrund eines Leistungssignals zuführt, wobei die Treibstoffpumpe die Treibstoffzu führung erhöht, so daß die Turbine mehr Leistung er zeugt, und die Treibstoffzuführung verringert, so daß die Turbine weniger Leistung erzeugt;
(b) eine Einheit (12), die den Treibstoffbedarf der Turbine bestimmt, so daß die der Turbine zugeführte Treibstoff menge selektiv erhöht bzw. verringert wird, wobei diese Einheit ein dem Treibstoffbedarf proportionales Treib stoffdurchflußbedarfssignal erzeugt;
(c) eine Erfassungseinheit (18), die ein Signal erzeugt, das einer erfaßten Geschwindigkeit eines bewegten Organs in der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe proportional ist;
(d) eine Vorrichtung zum Bremsen der Treibstoffzuführmenge durch die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe auf grund eines Bremssignals; und
(e) eine Regeleinheit (14), die aufgrund des Geschwindig keitssignals und des Treibstoffdurchflußbedarfssignals das Bremssignal und das Leistungssignal zur Regelung der elektrisch angetriebenen Treibstoffpumpe bzw. der Bremsvorrichtung nach Maßgabe einer drei Abschnitte aufweisenden Ansprechkennlinie regelt: in einem ersten Abschnitt wird die Bremsvorrichtung durch das Brems signal für Treibstoffverringerungsmengen aktiviert, die größer als eine von der den Treibstoffbedarf bestim menden Einheit bestimmte vorgegebene Verringerungsrate ist; in einem zweiten Abschnitt wird die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe durch das Leistungssignal für Treibstoffverringerungsmengen aktiviert, die klei ner als die von der den Treibstoffbedarf bestimmenden Einheit bestimmte vorgegebene Verringerungsrate sind; und in einem dritten Abschnitt wird die elektrisch angetriebene Treibstoffpumpe durch das Leistungssignal für Treibstofferhöhungsmengen, die von der den Treib stoffbedarf bestimmenden Einheit bestimmt sind, akti viert.