DE60131126T2 - Brennstoffzufuhrregelung - Google Patents

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DE60131126T2
DE60131126T2 DE60131126T DE60131126T DE60131126T2 DE 60131126 T2 DE60131126 T2 DE 60131126T2 DE 60131126 T DE60131126 T DE 60131126T DE 60131126 T DE60131126 T DE 60131126T DE 60131126 T2 DE60131126 T2 DE 60131126T2
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Michael Bromsgrove Griffiths
Trevor Stanley Sutton Coldfield Smith
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Goodrich Control Systems
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • F02C7/228Dividing fuel between various burners
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Regeln der Brennstoffversorgung zu einen Verbrennungsmotor mit zwei oder mehr Brennersätzen.
  • In Gasturbinenmotoren mit gestufter Verbrennung enthält die Brenneranordnung gewöhnlich einen Zündbrennersatz, dessen Brenner bei laufendem Motor immer eingeschaltet sind, einen Brennersatz im Ruhezustand, der bei Motorleerlauf einen stetigen Niedriggeschwindigkeitsbetrieb bereitstellt, und einen oder mehrere Hauptbrennersätze, die bei wachsendem Schubkraftbedarf stufenweise gezündet werden. Im Idealfall sollte das Regelsystem zur Regelung der Brennstoffversorgung zu den Brennern befähigt sein, die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem Brennersatz sogar dann aufrechtzuerhalten, wenn sich der Durchfluss zu anderen Sätzen ändert. Probleme können sich bei Einzelpumpen-Regelsystemen ergeben, da eine Durchflussminderung in der Brennstoffversorgung zu den Zündbrennern und den Brennern im Ruhezustand auftreten kann, wenn ein Hauptbrennersatz eingeschaltet ist.
  • In Gasturbinenmotoren mit gestufter Verbrennung ist es auch erforderlich, den Teil des Brennstoff-Versorgungswegs zu einem Brennersatz spülen zu können, der bei abgeschalteten Brennern hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist, sonst sind die Wege dafür anfällig, durch die sich im Restbrennstoff bildenden festen Rußpartikel blockiert zu werden. Sobald ein Weg gespült worden ist, ist es außerdem wünschenswert, die Verzögerung zu minimieren, die beim Nachfüllen des Wegs eintritt, wenn die Brenner das nächste Mal eingeschaltet werden. Es ist auch wünschenswert, dass das System eine Form von Backup oder Redundanz enthält, da ein Ausfall der Brennstoffversorgung dazu führt, dass der Motor mit potentiell gefährlichen Konsequenzen abgestellt wird.
  • WO 99/63271 beschreibt ein Regelsystem mit zwei durch jeweilige Motore betriebenen Pumpen zur Brennstoffversorgung für Brennersätze und Regelmitteln zum Regeln der Betriebsdrehzahlen der Motore.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffversorgungs-Regelsystem bereitzustellen, in dem mindesten eins dieser Erfordernisse erfüllt ist oder eins der vorher erwähnten Probleme vermindert ist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Regelsystem zur Verwendung in der Brennstoff-Versorgungsregelung zu mindestens zwei Brennersätzen eines Motors bereitgestellt, wobei das Regelsystem zwei oder mehr Brennstoffpumpen umfasst, wobei jede der Pumpen in Betrieb durch einen jeweiligen Regelmotor angetrieben wird, und ein Regelmittel zum Regeln der Drehzahl der Motore, um die Brennstoff Durchflussrate zu jedem der Brennersätze zu regulieren, und dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Brennersatz ein Zündbrennersatz ist, wobei ein Brennstoff-Durchflussweg, der dem Zündbrennersatz Brennstoff zuführt, mit einem druckerhöhenden Abschaltventil (PRSOV) ausgestattet ist, um einen Brennstoffdruck innerhalb des Systems zu überwachen, der über einem vorbestimmten Wert liegt, und zu verhindern, dass Brennstoff zum Zündbrennersatz fließt, falls der Brennstoffdruck unter einen vorbestimmten Wert fällt.
  • Vorzugsweise wird jede der Brennstoffpumpen durch einen elektrischen Regelmotor angetrieben.
  • In einer Ausführungsart kann das Regelsystem zwei Pumpen umfassen, wobei jede der Pumpen einen Einlass und einen Auslass hat;
    einen ersten Brennstoff-Durchflussweg, durch den in Betrieb Brennstoff vom Auslass einer ersten der Pumpen zum Zündbrennersatz und zu einem Brennersatz im Ruhezustand fließt;
    einen weiteren Brennstoff-Durchflussweg, durch den Brennstoff vom Auslass der anderen der Pumpen zu einem weiteren Brennersatz fließt; und
    den Brennersatz im Ruhezustand und jeden weiteren Brennersatz, wobei jeder vorzugsweise mit jeweiligen Stufenventilanordnungen assoziiert ist.
  • Die Stufenventilanordnungen können elektrisch betriebene Ventile sein. Als Alternative können druckbetriebene Ventile benutzt werden.
  • Das Regelsystem kann außerdem ein Mittel zur Betriebsregelung der Stufenventilanordnungen umfassen.
  • Vorzugsweise umfasst der weitere Brennersatz einen ersten Hauptbrennersatz und einen zweiten Hauptbrennersatz. Das Regelmittel kann die Form eines mit dem Flugzeugmotor assoziierten elektronischen Controllers annehmen.
  • Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass der Brennstoffdurchfluss durch die Pumpen für einen kurzen Zeitraum schnell auf ein höheres Niveau (d. h. „gezackt") gebracht werden kann, um die Brennstoff-Durchflussrate zu einem oder mehreren Brennersätzen im Wesentlichen aufrechtzuerhalten, wenn ein anderer oder andere der Brennersätze eingeschaltet werden (d. h. während der Voreinspritzung der frisch eingeschalteten Brenner). Zusätzlich sind die Regelungsalgorithmen einfacher, falls jeder Brennstoffweg mit Brennstoff von einer separaten elektrisch angetriebenen Pumpe versorgt wird.
  • Der erste Brennstoffweg kann mit einem ersten Durchflusserfassungsventil ausgerüstet sein zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten Brennstoff-Durchflussweg, wodurch das erste Durchflusserfassungsventil ein erstes Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, wobei das Regelmittel das erste Ausgabesignal empfängt, sodass die Drehzahl von mindestens einem der Motore als Antwort auf das erste Ausgabesignal geregelt wird.
  • Der weitere Brennstoff-Durchflussweg kann mit einem weiteren Durchflusserfassungsventil ausgerüstet sein zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren Brennstoff-Durchflussweg, wodurch das weitere Durchflusserfassungsventil ein weiteres Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, wobei das Regelmittel das weitere Ausgabesignal empfangt, sodass die Drehzahl von mindestens einem der Motore als Antwort auf das weitere Ausgabesignal geregelt wird.
  • Bequemerweise kann mindestens eins am dem ersten oder den weiteren Durchflusserfassungsventilen mit einem Positionssensor zum Überwachen der Position des assoziierten Durchflusserfassungsventils ausgerüstet werden, wobei der Positionssensor ein Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg anzeigt.
  • Ein linear variabler Differentialtransformator (LVDT) kann als der Positionssensor benutzt werden.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsart kann der weitere Brennstoff-Durchflussweg mit einer Abzweigventilanordnung zum Abzweigen des Brennstoffdurchflusses in erste und zweite gestufte Brennstoff-Durchflusswege ausgerüstet sein. In Betrieb fließt der Brennstoff durch die Abzweigventilanordnung in den ersten gestuften Brennstoff-Durchflussweg zu einem ersten Hauptbrennersatz und in den zweiten gestuften Brennstoff-Durchflussweg zu einem zweiten Hauptbrennersatz, wobei der zum ersten Hauptbrennersatz fließende Anteil des gesamten Brennstoffdurchflusses in das Abzweigventil durch Regelung der Position der Abzweigventilanordnung geregelt wird.
  • Jeder gestufte Brennstoff-Durchflussweg kann mit einem Durchflusserfassungsventil ausgerüstet sein zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen gestuften Brennstoff-Durchflussweg, wodurch das mit jedem gestuften Brennstoff-Durchflussweg assoziierte Durchflusserfassungsventil ein Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den assoziierten gestuften Brennstoff-Durchflussweg anzeigt.
  • Bequemerweise können die Pumpenauslässe miteinander verbunden werden, um für jeden Brennersatz eine gemeinsame Versorgung zu bilden. Beispielsweise kann die gemeinsame Versorgung für einen Motor mit drei Brennersätzen den mit den ersten, zweiten und dritten Brennersätzen assoziierten ersten, zweiten bzw. dritten Brennstoff-Durchflusswegen Brennstoff zuführen. Jeder der ersten, zweiten und dritten Brennstoff-Durchflusswege kann mit einem Durchflussregelventil und einem Durchflusserfassungsventil ausgerüstet sein, wobei das Regelmittel ein Mittel enthält zum Regeln der Durchflussregelventile als Antwort auf ein vom jeweiligen Durchflusserfassungsventil bereitgestelltes Ausgabesignal.
  • Es ist ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsart, dass der Ausfall einer der Pumpen nicht den völligen Verlust der Brennstoffversorgung zu allen Brennern zur Folge hat und den fortgesetzten Betrieb des Motors ermöglicht.
  • Jedes Durchflussregelventil kann einen Einlassport und einen Auslassport enthalten, wobei das Durchflussregelventil in eine offene Position beweglich ist, in der Hochdruck-Brennstoff durch den assoziierten Brennstoff-Durchflussweg zu dem assoziierten Brennersatz fließen kann.
  • Jedes Durchflussregelventil kann außerdem einen Niederdruckeinlassport und einen Niederdruckauslassport enthalten, wobei das Durchflussregelventil in eine geschlossene Position beweglich ist, in der Hochdruck-Brennstoffdurchfluss verhindert wird, aber Niederdruck-Brennstoff durch den Niederdruckeinlassport, durch den Niederdruckauslassport und in den assoziierten Brennstoff-Durchflussweg fließen kann, um die Voreinspritzung des assoziierten Brennstoff-Verteilerrohrsatzes mit Niederdruckbrennstoff zu ermöglichen.
  • Jedes Hauptverteilerrohr kann eine assoziierte Lüftungsventilanordnung haben, wobei die Lüftungsventilanordnung während der Voreinspritzung des jeweiligen Hauptverteilerrohrs geöffnet wird, sodass Luft und/oder andere Gase im jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg durch die Lüftungsventilanordnung entweichen können. Ein Niederdruckbrennstoff, der durch die Lüftungsventilanordnung entweichen kann, fließt in einen Niederdruckablass. Nach Beendigung der Voreinspritzung eines Brennersatzes wird die Lüftungsventilanordnung geschlossen, das jeweilige Durchflussregelventil bleibt geschlossen, und der Durchfluss des Niederdruckbrennstoffs zu den Hauptbrennern wird durch die Stufenventile verhindert, die geschlossen bleiben.
  • Bequemerweise kann das mit den Zündbrennern assoziierte PRSOV dazu verwendet werden, die Verteilerrohre und Brennstoff-Versorgungswege zwischen den Durchflussregelventilen und den assoziierten Brennern beim Abschalten zu spülen, indem dem Brennstoff im Brennstoff-Durchflussweg, durch den Brennstoff zu den assoziierten Brennersätzen fließt, ermöglicht wird, nach Abschalten der Brenner durch das PRSOV in den Niederdruckablass zu fließen.
  • Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln der Brennstoffversorgung zu mindestens zwei Brennersätzen eines Motors bereitgestellt, folgende Schritte umfassend:
    Bereitstellen von zwei oder mehr Brennstoffpumpen;
    Antreiben einer jeden der Brennstoffpumpen durch einen jeweiligen Regelmotor;
    Regeln der Drehzahl der Motore, um die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem der Brennersätze zu regulieren, und gekennzeichnet durch
    Bereitstellen eines druckerhöhenden Abschaltventils (PRSOV) in einem Brennstoff-Durchflussweg, der einem Zündbrennersatz Brennstoff zuführt, um einen Brennstoffdruck innerhalb des Systems über einem vorbestimmten Wert zu halten und zu verhindern, dass der Brennstoff zum Zündbrennersatz fließt, falls der Brennstoffdruck unter den vorbestimmten Wert fällt.
  • Es wird deutlich sein, dass die bevorzugten und/oder optionalen Merkmale des ersten erfindungsgemäßen Aspekts benutzt werden können, um bevorzugte und/oder optionale Schritte des zweiten erfindungsgemäßen Aspekts auszuführen.
  • Verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsarten werden jetzt mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von zwei elektrisch angetriebenen Pumpen gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von zwei elektrisch angetriebenen Pumpen gemäß einer alternativen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, wobei die Pumpenauslässe miteinander verbunden sind, um ein gemeinsame Versorgung zu bilden;
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von vier elektrisch angetriebenen Pumpen gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore mit gestufter Verbrennung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in der Voreinspritzung und Spülung der Brennersätze ausgeführt werden können.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird Niederdruck(LP)-Brennstoff den Einlässen von zwei Verdrängungspumpen 12a, 12b zugeführt, die durch elektrische Regelmotore 14a bzw. 14b angetrieben werden, wobei jede der Pumpen ein assoziiertes Überdruckventil 9a, 9b hat. Eine erste der Pumpen 12a führt dem Einlassverteilerrohr 16 eines Zündbrennersatzes 18 und eines Brennersatzes im Ruhezustand 22 durch einen Brennstoff-Durchflussweg 13 Hochdruck-Brennstoff zu, wobei der Brennstoffweg 13 mit einem Durchflusserfassungsventil 36 und einem druckerhöhenden Abschaltventil 34 ausgerüstet ist. Mit den Brennern im Ruhezustand sind Stufenventile 20 assoziiert, die betriebsfähig sind zwischen einer offenen Position, bei der Brennstoff im Durchflussweg den Brennern im Ruhezustand 22 zugeführt wird, und einer geschlossenen Position, bei der solche Brennstoffzuführung verhindert wird. Die andere Brennstoffpumpe 12b führt den Einlassverteilerrohren 17a, 17b weiterer Hauptbrennersätze 26, 28, die alle eine assoziierte Stufenventilanordnung 24 bzw. 25 haben, Hochdruckbrennstoff zu. Die Brennstoffversorgung zu den Hauptbrennersätzen 26, 28 ist durch eine Abzweigventilanordnung 40 verzweigt, deren Position durch einen Motor 42 geregelt wird, wobei die Abzweigventilanordnung 40 so angeordnet ist, dass die gemeinsame Brennstoffversorgung von der Pumpe 12b den ersten und zweiten Durchflusswegen 43a, 43b zugeführt wird, wobei der erste Durchflussweg 43a den Hauptbrennern 26 Brennstoff zuführt und der zweite Durchflussweg 43b den Hauptbrennern 28 Brennstoff zuführt. Jeder der Durchflusswege 43a, 43b ist mit einem Durchflusserkennungsventil 44a, 44b ausgerüstet zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den Durchflussweg 43a bzw. 43b.
  • Bequemerweise ist jedes der Durchflusserfassungsventile 36, 44a, 44b mit einem linear variablen Differentialtransformator (LVDT) 38, 46a bzw. 46b ausgerüstet zum Überwachen der Position eines Ventilglieds, das einen Teil des jeweiligen Durchflusserfassungsventils bildet, wobei jeder der LVDTs 38, 46a, 46b ein Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg anzeigt. Die von den LVDTs 38, 46a, 46b erzeugten Ausgabesignale werden an eine Regeleinheit 30 angelegt, bequemerweise einen Computer oder ein elektronisches Regelmittel mit einer Computerschnittstelle, wobei die Regeleinheit Regelsignale 27a, 27b zum Regeln der Drehzahl der Pumpenmotore 14a bzw. 14b als Antwort auf die LVDT-Ausgabesignale erzeugt. Die Regeleinheit 30 kann auch andere Bedarfssignale 32 vom Motor empfangen, womit Fachleute vertraut sind. Die Regeleinheit 30 ist auch dazu angeordnet, Regelsignale 33 bereitzustellen, um in der erwünschten Phase des Motorbetriebsverfahrens das Öffnen und Schließen der Stufenventile 20, 24, 25 zu regeln. Obwohl elektrisch betriebene Stufenventile 20, 24, 25 beschrieben werden, ist auch die Verwendung von druckbetriebenen Rückschlagventilen möglich.
  • In Betrieb wird Brennstoff durch die Pumpe 12a dem Zündbrennersatz 18 zugeführt, der beim Start gezündet wird. Zu einem geeigneten Zeitpunkt erzeugt die Regeleinheit 30 ein Regelsignal 33, um zu verursachen, dass die mit dem Brennersatz im Ruhezustand 22 assoziierten Stufenventile 20 geöffnet werden, damit Brennstoff dorthin fließen kann, wobei der Zündbrennersatz 18 die Zündung der Brenner im Ruhezustand 22 verursacht. Der mit dem Durchflusserfassungsventil 36 assoziierte LVDT legt der Regeleinheit 30 ein Ausgabesignal an, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den Durchflussweg 13 anzeigt. Wenn die Stufenventile 20 geöffnet werden und als Antwort auf die gemessene Brennstoff-Durchflussrate, legt die Regeleinheit 30 ein Regelsignal 27a an den elektrischen Motor 14a an, wodurch die Drehzahl des elektrischen Motors 14a so variiert wird, dass der Brennstoffdurchfluss zu den Zündbrennern 18 und den Brennern im Ruhezustand 22 mit einer vorbestimmten erforderlichen Rate sichergestellt ist.
  • Nach Zündung der Brenner im Ruhezustand und als Antwort auf das passende Bedarfssignal 32 vom Motor erhöht die Regeleinheit 30 die Geschwindigkeit der zweiten Pumpe 12b und erzeugt ein weiteres Regelsignal 33, um mindestens eins der mit den Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 assoziierten Stufenventile 24, 25 zu öffnen, wodurch ermöglicht wird, dass Brennstoff von der zweiten Pumpe 12b durch die Durchflusswege 43a, 43b zu den Hauptbrennersätzen 26, 28 fließt, wobei die Hauptbrenner 26, 28 durch die Zündbrenner 18 gezündet werden. Die mit den Durchflusserfassungsventilen 44a bzw. 44b assoziierten LVDTs 46a, 46b überwachen die Brennstoff-Durchflussraten durch die Durchflusswege 43a, 43b und legen Ausgabesignale, die die Brennstoff-Durchflussraten zu jedem der Hauptbrennersätze 26, 28 anzeigen, an die Regeleinheit 30 an. Die Regeleinheit 30 legt ein Ausgabesignal an den Motor 42 an zum Regeln der Position der Abzweigventilanordnung 40 und stellt ein Ausgabesignal 27b zum Regeln der Drehzahl des mit Pumpe 12b assoziierten elektrischen Motors 14b bereit, um sicherzustellen, dass der Brennstoffdurchfluss zu den beiden Hauptbrennersätzen 26, 28 im Wesentlichen mit konstanter Rate aufrechterhalten wird.
  • Die Erfindung gewährt den Vorteil, dass die Brennstoff-Durchflussraten zu allen Brennersätzen während des Motorbetriebs im Wesentlichen aufrechterhalten werden können einschließlich der Perioden, während denen Voreinspritzung anderer Brennersätze ausgeführt wird, nachdem sie zum Einschalten ausgewählt wurden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verwendung von elektrisch angetriebenen Pumpen das Erfordernis einer Rücklaufschleife, wie sie bei mechanischen Pumpen verwendet wird, eliminiert und die Wärmeabfuhr des Systems reduziert. Die Erfindung ermöglicht auch die Auswahl von elektrisch angetriebenen Brennstoffpumpen mit verschiedenen Betriebsparametern, um an den für verschiedene Brennersätze erforderlichen Bereich der Brennstoff-Durchflussraten angepasst zu sein. Um Brennstoff-Durchflussraten in zwei oder mehr Brennstoff-Durchflusswegen zu regeln, ist es außerdem rechnerisch einfacher, die Regeleinheit 30 zum Regeln von zwei elektrisch angetriebenen Pumpen zu programmieren, als eine einzelne Pumpe zu regeln, um denselben Zweck zu erzielen.
  • Es wird deutlich sein, dass weitere Pumpen und weitere Durchflusswege in das System aufgenommen werden können, um, falls erforderlich, die Brennstoffversorgung zu weiteren Brennerätzen zu regeln.
  • Eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsart ist in 2 gezeigt, worin Niederdruck(LP)-Brennstoff den Einlässen von zwei Verdrängungspumpen 12a, 12b zugeführt wird, deren jede durch einen assoziierten elektrischen Regelmotor 14a bzw. 14b angetrieben wird. Die Auslässe der Pumpen 12a, 12b sind miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Versorgungsweg 15 zu bilden, der dem Verteilerrohr 16 eines Zündbrennersatzes 18 und den durch einen ersten Durchflussweg 19a mit Brennern im Ruhezustand 22 assoziierten Stufenventilen 20 Brennstoff zuführt. Der Durchflussweg 19a ist mit einem Durchflusserkennungsventil 36 ausgerüstet, das einen assoziierten LVDT 38 und ein PRSOV 34 hat. Wie vorhergehend beschrieben ist, legt der LVDT 38 ein Ausgabesignal an die Regeleinheit 30 an, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den Durchflussweg 19a anzeigt.
  • Der gemeinsame Versorgungsweg 15 führt auch den ersten und zweiten zusätzlichen Durchflusswegen 19b, 19c Brennstoff zu, die den Verteilerrohren 17a, 17b der weiteren mit Stufenventilen 24 bzw. 25 ausgerüsteten Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 Brennstoff zuführen. Die zusätzlichen Durchflusswege 19b, 19c sind auch mit Durchflusserfassungsventilen 44a, 44b ausgerüstet, wobei jedes Ventil 44a, 44b einen assoziierten LVDT 46a bzw. 46b hat, der eine Ausgabesignal an die Regeleinheit 30 anlegt, das die Brennstoff-Durchflussraten durch den assoziierten Durchflussweg 19b, 19c anzeigt. Jeder zusätzliche Durchflussweg 19b, 19c ist außerdem mit einem Durchflussregelventil 52a, 52b ausgerüstet, das durch eine assoziierte Motorenanordnung 54a, 54b betätigt wird. Die Regeleinheit 30 stellt Signale 33 bereit, die das Öffnen und Schließen der Stufenventile 20, 24, 25 regeln, und stellt auch Signale zum Regeln der Motorenanordnungen 54a, 54b und der elektrischen Motore 14a, 14b bereit als Antwort auf Signale 32 vom Motor und von den LVDTs 38, 46a, 46b.
  • In Betrieb arbeitet das System in 2 auf ähnliche Weise wie das vorher beschriebene, nur dass die Durchflussrate des Brennstoffs in jedem der Durchflusswege 19a, 19b, 19c geregelt wird durch Anlegen von Signalen von der Regeleinheit 30, als Antwort auf die Ausgabesignale von den LVDTs 38, 46a, 46b, an die Motorenanordnungen 54a, 54b für die Durchflussregelventile 52a, 52b sowie an die mit den Pumpen 12a, 12b assoziierten elektrischen Motore 14a, 14b. Es wird deutlich sein, dass der gesamte in den gemeinsamen Versorgungsweg 15 hineingehende Brennstoffdurchfluss durch Bereitstellen von Signalen 27a, 27b geregelt wird, um die Drehzahl der elektrischen Motore 14a, 14b zu variieren als Antwort auf die Ausgabesignale von den LVDTs 38, 46a, 46b.
  • Zusätzlich zu den hierin vorausgehend beschriebenen Vorteilen bietet die erfindungsgemäße Ausführungsart in 2 den weiteren Vorteil, dass, da die Pumpen 12a, 12b parallel angeordnet sind, die Brennstoffversorgung zum Motor im Wesentlichen aufrechterhalten werden kann, sogar dann, wenn eine der Pumpen 12a, 12b ausfallen sollte. Es wird deutlich sein, dass weitere Pumpen und weitere Durchflusswege in das System in 2 aufgenommen werden können, um, falls erforderlich, die Brennstoffversorgung zu weiteren Brennersätzen zu regeln.
  • Eine weitere alternative Ausführungsart der Erfindung ist in 3 gezeigt, in der Niederdruck(LP)-Brennstoff den Einlässen von vier Verdrängungspumpen 12a, 12b, 12c, 12d zugeführt wird, die durch assoziierte elektrische Regelmotore 14a, 14b, 14c bzw. 14d angetrieben werden. In dieser Anordnung werden die Zündbrenner 18 durch einen ersten Durchflussweg 13a von der Pumpe 12a mit Brennstoff versorgt, und die Brenner im Ruhezustand 22 werden durch einen zweiten Durchflussweg 13b von der Pumpe 12b mit Brennstoff versorgt. Jeder der zwei weiteren Hauptbrennersätze 26, 28 wird durch assoziierte dritte und vierte Durchflusswege 13c, 13d von assoziierten Pumpen 12c bzw. 12d mit Brennstoff versorgt. Der Betrieb ist ähnlich dem vorhergehend mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen, wobei die Motore 14a, 14b, 14c, 14d durch Signale von der Regeleinheit 30 geregelt werden, die als Antwort auf die Ausgabesignale von den mit den Durchflusserfassungsventilen 36a, 36b, 36c, 36d assoziierten LVDTs 38a, 38b, 38c, 38d erzeugt werden, sodass die Durchflussrate zu jedem Brennersatz während des Motorbetriebs im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Insbesondere kann die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem Brennersatz während der Perioden aufrechterhalten werden, in denen die Brennstoffversorgung zu anderen Brennersätzen ausgelöst wird, beispielsweise nach dem Öffnen der assoziierten Stufenventile.
  • Es wird deutlich sein, dass in dieser Ausführungsart der Durchfluss zu jedem Brennersatz unabhängig geregelt werden kann durch Variieren der Drehzahl des elektrischen Motors, der die assoziierte Pumpe antreibt, deren jede nur einen Brennersatz mit Brennstoff versorgt.
  • Eine weitere alternative Ausführungsart der Erfindung ist in 4 gezeigt, in der ähnliche Teile wie die vorher beschriebenen mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsart enthält das Regelsystem eine Ventilanordnung 60, die die Form eines PRSOVs annimmt; das auch dazu benutzt wird, beim Abschalten die Verteilerrohre zu spülen. Das PRSOV 60 hat einen mit dem Brennstoffversorgungs-Durchflussweg 19a verbundenen Einlassport 61 und einen mit einem Durchflussweg 69 verbundenen Auslassport 62, wobei der Durchflussweg 69 mit dem Einlassverteilerrohr 16 der Zündbrenner und Brenner im Ruhezustand 18, 22 verbunden ist.
  • Bei offenem PRSOV 60 kann Hochdruckbrennstoff vom Durchflussweg 19a in den Einlassport 61, durch das Ventil 60 und durch den Auslassport 62 hinaus in den Durchflussweg 69 fließen, um den Brennern 18, 22 zugeführt zu werden. Ist das PRSOV 60 in dieser Position, dann kann auch Brennstoff von einer Niederdruck-Brennstoffversorgung 84 durch das PRSOV 60 in einen Durchflussweg 75 durch einen Auslassport 64 fließen. Zusätzlich ist ein weiterer Port 63 des PRSOVs 60 mit einem Niederdruckablass 81 verbunden, wobei der weitere Port 63 auch mit einem gemeinsamen Durchflussweg 82 verbunden ist, der mit ersten und zweiten Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b ausgerüstet ist, die mit den Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 assoziiert sind.
  • Das Durchflussregelventil 52a ist beweglich zwischen einer Position, in der Hochdruckbrennstoff vom Durchflussweg 19b durch das Ventil 52a und in einen mit dem Einlassverteilerrohr 17a des Hauptbrenners 26 verbundenen Durchflussweg 77a fließen kann, und einer Position, in der durch PRSOV 60 fließender Niederdruck-Brennstoff durch den Durchflussweg 75 in den Voreinspritz-Durchflussweg 76a fließen kann. Das Durchflussregelventil 52b ist auf ähnliche Weise betriebsfähig, um entweder Hochdruck-Brennstoff vom Durchflussweg 19c durch das Ventil 52b zu einem mit dem Einlassverteilerrohr 17b der Brenner 28 verbundenen Durchflussweg 77b fließen zu lassen, oder durch PRSOV 60 fließenden Niederdruck-Brennstoff durch den Durchflussweg 75 in den Voreinspritz-Durchflussweg 76b fließen zu lassen.
  • Ist das PRSOV 60 in einer offenen Position und sind die Ventile 52a, 52b geschlossen, dann wird Niederdruck-Brennstoff durch den Durchflussweg 75 den Voreinspritz-Durchflusswegen 76a, 76b zugeführt, die mit den Einlassverteilerrohren 17a, 17b der Brenner 26 bzw. 28 verbunden sind.
  • Das in 4 gezeigte Regelsystem kann auch dazu benutzt werden, in die Durchflusswege 77a, 77b vor Zündung der assoziierten Brenner Niederdruck-Brennstoff voreinzuspritzen und die Durchflusswege 77a, 77b, 69 beim Abschalten zu spülen.
  • Wenn die Zündbrenner 18 gezündet werden sollen, wird das PRSOV 60 in eine Position bewegt, in der Hochdruck-Brennstoff durch den Einlassport 61, durch das PRSOV 60 und durch den Auslassport 62 hinaus in den Durchflussweg 69 fließen kann.
  • Wenn die Brenner im Ruhezustand gezündet werden sollen, dann werden die mit den Brennern im Ruhezustand assoziierten Stufenventile (in 4 nicht gezeigt) geöffnet, wie vorher beschrieben wurde, damit den Brennern im Ruhezustand Hochdruck-Brennstoff zugeführt werden kann.
  • Vor ihrer Zündung wird in die Hauptverteilerrohre 17a, 17b Niederdruck-Brennstoff voreingespritzt, indem das PRSOV 60 in eine Position bewegt wird, in der Niederdruck-Brennstoff durch das PRSOV in den Durchflussweg 75 fließen kann. Sind die Durchflussregelventile 52a, 52b in ihren geschlossenen Positionen, dann kann Niederdruck-Brennstoff aus dem Durchflussweg 75 in die Voreinspritz-Durchflusswege 76a, 76b und in die Einlassverteilerrohre 17a, 17b fließen. Außerdem werden die Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b geöffnet, sodass Luft und/oder andere Gase entweichen können, wenn der Brennstoff die Verteilerrohre 17a, 17b und daher die Durchflusswege 77a, 77b befüllt. Durch die Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b entweichender Brennstoff wird durch Durchflussweg 82 zum Niederdruckablass 81 durch das PRSOV 60 zurückgeleitet.
  • Vor Zündung der Hauptbrenner 26 wird die mit den Hauptbrennern 26 assoziierte Stufenventilanordnung 24 geöffnet, die Lüftungsventilanordnung 80a wird geschlossen, und das Ventil 52a wird geöffnet, sodass Hochdruck-Brennstoff durch das Ventil 52a in den Durchflussweg 77a fließen kann, um den Brennern 26 zugeführt zu werden. Es wird deutlich sein, dass unter solchen Umständen die Zuführung von Niederdruck-Brennstoff durch das PRSOV 60 zum Einlassverteilerrohr 17a der Brenner 26 verhindert wird.
  • Vor ihrer Zündung wird in die Hauptbrenner 28 auf ähnliche Weise voreingespritzt, wie vorher für die Hauptbrenner 26 beschrieben wurde.
  • Beim Abschalten der Hauptbrenner 26 werden die damit assoziierten Stufenventile geschlossen, und die assoziierten Durchflusswege bleiben mit Niederdruck-Brennstoff aus der Niederdruck-Brennstoffversorgung 84 angefüllt, vorausgesetzt das PRSOV 60 ist offen. Die Betätigung des Durchflussregelventils 52a zum Abschalten des Durchflusses von Hochdruck-Brennstoff zum Einlassverteilerrohr 17a ermöglicht dem Brennstoff, von der Versorgung 84 durch das PRSOV 60 zum Verteilerrohr 76a zu fließen. Beim Abschalten der Hauptbrenner 28 werden die assoziierten Durchflusswege auf ähnliche Weise mit Niederdruck-Brennstoff befüllt.
  • Wenn der Motor läuft und die Hauptbrennersätze 26 und/oder 28 abgeschaltet sind, dann wird die Spülung der Einspritzventile hinter den Stufenventilen ausgeführt unter Verwendung von Verbrennungsluft mittels eines herkömmlichen Verfahrens, mit dem Fachleute vertraut sind. Die Hauptverteilerrohre 17a, 17b bleiben mit LP-Brennstoff angefüllt.
  • Beim Abschalten der Brenner im Ruhezustand und der Zündbrenner 18, 22 werden die damit assoziierten Stufenventile geschlossen, und die assoziierten Durchflusswege werden durch Schließen des PRSOVs 60 gespült, sodass die Versorgung der Zündbrenner und Brenner im Ruhezustand mit Hochdruck-Brennstoff verhindert wird und Brennstoff im Einlassverteilerrohr 16 durch das PRSOV 60 fließen kann, um die Verteilerrohre 16, 17a, 17b wie folgt zu spülen.
  • Brennkammerluft des Motors strömt durch die Zündbrenner 18 in das Verteilerrohr 16 und über den Durchflussweg 68 zum PRSOV 60. Bei geschlossenem PRSOV 60 ist der Durchflussweg 68 mit dem Durchflussweg 82 verbunden, und Luft kann über die Lüftungsventilanordnungen 80a bzw. 80b in die Verteilerrohre 17a, 17b strömen. Luft strömt durch die Durchflusswege 76a, 76b, durch die Ventile 52a, 52b und in den Durchflussweg 75, der über das PRSOV 60 mit dem Niederdruckablass 81 verbunden ist. Auf diese Weise werden die Verteilerrohre 16, 17a und 17b mit Luft gespült, wenn der Motor abgeschaltet wird.
  • Es sollte beachtet werden, dass einige Motore keine gespülten Verteilerrohre erfordern, sodass die obigen Schritte nicht notwendig wären.
  • Die Vorteile dieses Systems bestehen darin, dass Voreinspritzung bei Motorstart ausgeführt wird, wodurch sichergestellt wird, dass keine Verzögerung entsteht, wenn den Brennern beim Einschalten die erforderliche Brennstoff-Durchflussrate zugeführt wird. Jene Teile des Brennstoff-Versorgungswegs zu einem Brennersatz, die hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, werden auch gespült, wenn die Brenner abgeschaltet werden.
  • Es wird deutlich sein, dass das Regelsystem der vorliegenden Erfindung erweitert werden kann, um eine größere Anzahl von Pumpen und eine größere Anzahl von Brennersätzen und assoziierten Ventilen aufzunehmen, wobei die vorerwähnten Vorteile der vorliegenden Erfindung immer noch erzielt werden. Es wird außerdem deutlich sein, dass in jeder der erfindungsgemäßen Ausführungsarten die Geschwindigkeit der Pumpe(n) nicht als Antwort auf die gemessene Brennstoff-Durchflussrate zu den Brennern geregelt werden muss, sondern als Antwort auf andere Bedarfssignale vom Motor geregelt werden kann. Es wird außerdem deutlich sein, dass das beschriebene Regelsystem in Verbindung mit jedem Pumpentyp benutzt werden kann, der eine Antriebsanordnung mit variabler Geschwindigkeit hat.

Claims (15)

  1. Regelsystem zur Verwendung in der Brennstoff-Versorgungsregelung zu mindestens zwei Brennersätzen (18, 22, 26, 28) eines Motors, wobei das Regelsystem zwei oder mehr Brennstoffpumpen (12a, 12b) umfasst, wobei jede der Pumpen in Betrieb durch einen jeweiligen Regelmotor (14a, 14b) angetrieben wird, und ein Regelmittel (30) zum Regeln der Drehzahl der Regelmotoren, um die Durchflussrate des Brennstoffs zu jedem der Brennersätze (18, 22, 26, 28) zu regulieren, und dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Brennersatz ein Zündbrennersatz (18) ist, wobei ein Brennstoff-Durchflussweg, der Brennstoff an den Zündbrennersatz (18) liefert, mit einem druckerhöhenden Abschaltventil (PRSOV) (34, 60) ausgestattet ist, um einen Brennstoffdruck innerhalb des Systems über einem vorbestimmten Wert zu halten und zu verhindern, dass Brennstoff zum Zündbrennersatz (18) fließt falls der Brennstoffdruck unter einen vorbestimmten Wert fällt.
  2. Regelsystem nach Anspruch 1, worin jede der Brennstoffpumpen (12a, 12b) durch einen elektrischen Regelmotor (14a, 14b) angetrieben wird.
  3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, worin das Regelsystem zwei Pumpen (12a, 12b) umfasst, wobei jede der Pumpen einen Einlass und einen Auslass hat, einen ersten Brennstoff-Durchflussweg (13), durch den in Betrieb Brennstoff vom Auslass einer ersten der Pumpen (12a) zu einem Zündbrennersatz (18) des Motors und zu einem im Ruhezustand befindlichen Brennersatz (22) des Motors fließt, einen weiteren Brennstoff-Durchflussweg, durch den Brennstoff vom Auslass der anderen der Pumpen (12b) zu einem oder mehr weiteren Brennersätzen (26, 28) des Motors fließt, wobei der Brennersatz (22) im Ruhezustand und jeder weitere Brennersatz (26, 28) jeweils mit einer Stufenventilanordnung (20, 24, 25) und einem Mittel (30) zum Regeln des Betriebs der Stufenventilanordnungen (20, 24, 25) assoziiert ist.
  4. Regelsystem nach Anspruch 3, worin der erste Brennstoff-Durchflussweg (13) mit einem ersten Durchflusserfassungsventil (36) zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten Brennstoff-Durchflussweg (13) ausgestattet ist, wodurch das erste Durchflusserfassungsventil (36) ein erstes Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, worin das Regelmittel (30) zum Empfang des ersten Ausgabesignals so angeordnet ist, dass die Drehzahl von mindestens einem der Regelmotoren (14a, 14b) als Antwort auf das erste Ausgabesignal geregelt wird.
  5. Regelsystem nach Anspruch 4, worin der weitere Brennstoff-Durchflussweg mit einem weiteren Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren Brennstoff-Durchflussweg ausgestattet ist, wodurch das weitere Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) ein weiteres Ausgabesignal bereitstellt, das eine Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, worin das Regelmittel (30) zum Empfang des weiteren Ausgabesignals so angeordnet ist, dass die Drehzahl von mindestens einem der Regelmotoren (14a, 14b) als Antwort auf das weitere Ausgabesignal geregelt wird.
  6. Regelsystem nach Anspruch 5, worin mindestens eins des ersten oder der weiteren Durchflusserfassungsventile (36, 44a, 44b) mit einem Positionssensor (38, 46a, 46b) zum Überwachen der Position des assoziierten Durchflusserfassungsventils (36, 44a, 44b) ausgestattet ist, wobei der Positionssensor (38, 46a, 46b) dazu angeordnet ist, ein Ausgabesignal bereitzustellen, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg anzeigt.
  7. Regelsystem nach Anspruch 3, worin der weitere Brennstoff-Durchflussweg mit einer Abzweigventilanordnung (40) zum Aufteilen des Brennstoffdurchflusses in erste und zweite Stufen-Brennstoff-Durchflusswege (43a, 43b) ausgestattet ist und wodurch in Betrieb Brennstoff durch die Abzweigventilanordnung (40) in den ersten Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43a) zu einem ersten Satz von Hauptbrennern (26) und in den zweiten Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43b) zu einem zweiten Satz von Hauptbrennern (28) fließt, wobei der Anteil des Gesamtdurchflusses des Brennstoffs in die Abzweigventilanordnung (40), der zum ersten Satz von Hauptbrennern (26) fließt, durch Regelung der Position der Abzweigventilanordnung (40) geregelt wird.
  8. Regelsystem nach Anspruch 7, worin jeder Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43a, 43b) mit einem Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) zum Überwachen der Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43a, 43b) ausgerüstet ist, wobei das mit jedem Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43a, 43b) assoziierte Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) ein Ausgabesignal bereitstellt, das die Durchflussrate des Brennstoffs durch den assoziierten Stufen-Brennstoff-Durchflussweg (43a, 43b) anzeigt.
  9. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die Auslässe der Pumpen (12a, 12b) miteinander verbunden sind, um eine gemeinsame Versorgung (15) zu bilden, wodurch ein Durchflussweg (19a, 69, 19b, 77a, 19c, 77b) zur Brennstoffversorgung an jeden Brennersatz (18, 22, 26, 28) bereitgestellt ist, zwei Sätze von Hauptbrennern eingeschlossen.
  10. Regelsystem nach Anspruch 9, worin jeder Durchflussweg (19b, 19c) zur Brennstoffversorgung an jeden Satz von Hauptbrennern (26, 28) mit einem durchflussregulierenden Ventil (52a, 52b) und einem Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) ausgestattet ist, wobei das Regelmittel (30) ein Mittel zum Regeln eines jeden der durchflussregulierenden Ventile (52a, 52b) einschließt als Antwort auf ein Ausgabesignal, das durch das jeweilige Durchflusserfassungsventil (44a, 44b) bereitgestellt wird.
  11. Regelsystem nach Anspruch 10, worin jedes durchflussregulierende Ventil (52a, 52b) außerdem einen Niederdruck-Einlassport (73a, 73b) und einen Niederdruck-Auslassport (74a, 74b) enthält, wobei das durchflussregulierende Ventil (52a, 52b) in eine geschlossene Position beweglich ist, um Hochdruck-Brennstoffdurchfluss an den assoziierten Satz von Hauptbrennern (26, 28) zu verhindern und um Brennstoff zu ermöglichen, unter Niederdruck durch den Niederdruck-Einlassport (73a, 73b), den Niederdruck-Auslassport (74a, 74b) und einen assoziierten Brennstoff Durchflussweg (76a, 76b) zu fließen, um die Voreinspritzung eines assoziierten Brennstoff-Verteilerrohrs (17a, 17b) mit Niederdruck-Brennstoff zu ermöglichen.
  12. Regelsystem nach Anspruch 11, worin das assoziierte Brennstoff-Verteilerrohr (17a, 17b) ein Hauptbrenner-Verteilerrohr ist, wobei jedes Hauptbrenner-Verteilerrohr (17a, 17b) eine assoziierte Lüftungsventilanordnung (80a, 80b) hat, wobei das Regelsystem dazu angeordnet ist, die Lüftungsventilanordnung (80a, 80b) während der Voreinspritzung des assoziierten Hauptbrenner-Verteilerrohrs (17a, 17b) zu öffnen, damit Luft und/oder andere Gase im assoziierten Brennstoff-Durchflussweg (76a, 76b) durch die Lüftungsventilanordnung (80a, 80b) entweichen können.
  13. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das System ein Mittel enthält zum Regeln des mit den Zündbrennern (18) assoziierten PRSOV (60), um Verteilerrohre (17a, 17b) und Brennstoff-Durchflusswege eines assoziierten Satzes von Hauptbrennern (26, 28) beim Abstellen zu spülen, indem Brennstoff in den assoziierten Brennstoff-Durchflusswegen (77a, 77b) ermöglicht wird, durch das PRSOV (60) in einen Niederdruckablass (81) zu fließen, nachdem die Brenner (26, 28) ausgeschaltet wurden.
  14. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Regelmittel (30) die Form eines mit dem Motor assoziierten elektronischen Steuergeräts annimmt.
  15. Verfahren zur Brennstoff-Versorgungsregelung zu mindestens zwei Brennersätzen (18, 22, 26, 28) eines Motors, folgende Schritte umfassend: zwei oder mehr Brennstoffpumpen (12a, 12b) bereitstellen; Antreiben einer jeden der Brennstoffpumpen (12a, 12b) durch einen jeweiligen Regelmotor (14a, 14b); Regeln der Drehzahl des Regelmotors (14a, 14b), um die Brennstoff Durchflussrate zu jedem der Brennersätze zu regeln und dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Brennersatz ein Zündbrennersatz ist und durch folgenden Schritt: Bereitstellen eines druckerhöhenden Abschaltventils (PRSOV) (34, 60) in einem Brennstoff-Durchflussweg, der dem Zündbrennersatz (18) Brennstoff liefert, um einen Brennstoffdruck innerhalb des Systems über einem vorbestimmten Wert zu halten und zu verhindern, dass der Brennstoff zum Zündbrennersatz (18) fließt, falls der Brennstoffdruck unter einen vorbestimmten Wert fällt.
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