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Brennstoffspeise- und Leistungssteuer-Einrichtung für Gasturbinen,
Strahltriebwerke u. dgl.
Die Erfindung betrifft Bren:nstofspei@se- und |
Leis,tungsis;bau,eir-E.in,richtungen für Gasturb,i-nen, |
Strahlltriebweirke und ähnliche Kraftanlagen zur |
Ausnutzung jener Energne, diie durch Verbrennung |
mit vorv erdichteter Luft erzeugt wird; siie Ist ins- |
besondere für Sbralhltr,ieb-wie!rk@e für Flugzeuge |
geeignet, bei denen diie Luft in einer Kammer eines |
Triebgasierzeug°ns verdichtet wird. An dkser Stelle |
wird d;i@e Luft durch die Verbrennung des Brenn- |
stoffes erwärmt, und die Luft und die Verbrennungs- |
produlcte werden durch eine Turbine gelei:tet, wm |
einen Kompressor anzutreiben, und werden .dann |
durch eine Riiclcstoßdüs,e 'hineingedrückt, um das |
Flugzeug anzutreiben. D,i,e Erfindung ist außerdem |
insbesondere für Kraftanlagen für Flugzeuge ge- |
eignet, hei denen eine Gasturbine den Propeller dets |
Flugzeuges antreibt und zusätzlich einen Kom- |
presso@r antreiben kann, der Luft zu einem Treib- |
gaseirzeuger fördert, und bei denen auch,di,e Abgase |
der Turbine durch eine Realetionsdüse austreten |
und dabei einen den Propeller unterstützenden |
Vortri-db ergeben. |
Bei einer Gasturbiiienan;lage mit einem dyn.am:iseli |
arbeitenden, von der Turbine angetriebenen Ver- |
dichter ändiert sich bvi gegehener Dichte der ein- |
tretenden Luft,das Luftgewicht unigefäh,r li-neav mit |
der Dr@eihzahl, der Ver.dlichterd,rucle u,ngefä"li,r qua- |
dratisch mit der Drehzahl und die Verdichter- |
leiisituing ungefähr mit der dritten Potenz ;der Dx:eh- |
z2iih,l. Beim Steuern der Leisitu:ng durch Ändern der |
Bre:nnsto:ffz,ufuhr än:diert sich diese ungefähr mit dier |
dritten Potenz der Drehzahl, .so daß für eirre ge- |
gebene B;r ennstoffzufuhr die Tumbiinienidireihz:ahl ,sich |
so lange ändert (wächst oder abnimmt), biis die |
Drehzahl ,im Hiniblick auf die zu ihr gehörende |
Leiieitunig im Einklang mit der gegeiben:enBmemnstoff- |
zuf.uhr steht. |
Eine äußerst einfache Leiistu:ngssteuer-Aaord- |
aung für Gasturbinen und Strahilantriebe kann |
daduirch geschaffen werden, daß eiiin Leistunigs- |
steuerhebel oder ein Quadrant mit ei.niem Regerl- |
omgan in der B,rennstoffärd:er,lie@itung verbunden |
wird. Bei :einer :derartigen Anordnung bewegt der |
Pilot den Steuerhebel :oder den Quadranten nach |
vorwärts. oder rückwärts, "um eine ausgewälhlte |
Drehzahl zu erhalten, woraufhin die Maschine ihren |
Lauf beschleunigt oder verzögert, und: zwar auf eine |
Drehzahl, diiie de,ni Ausmaße der Erenmtoffzufu-r |
entspricht, die von dem Hebel oder dem Qiuiadranten |
eingestellt ist. Eine andere verhältnismäßig ein- |
fache Anordniu:ng kann erhalten werden., Indem |
antr iebismäß.ig ein maschinenangetriebener Regler |
finit dien |
in der Weise veribiun,d@en wiird, |
daß der Regler für die Hand vo,rgewähltie oder |
eingeisteldite Beeninstoffmenge oder Drehzähl einen |
Gleichigewichtszus,tand erreicht. Wäihreirnä :derartige |
Vorrichtungen den Vorteil dieir Einflachheit haben, |
besteht die Gefahr, .daß wühreind der Beschleunigung |
eine derart heiße Flamme erzeugt wird, daß die |
ß:rennerroh,re ausgeglüht oder diie Turhinen- |
schiaufeln beschädigt werden, während, beim Ver- |
zögern (Dirosseln) die Gefahr besteht, d:aß das |
Brenn stoffluftverihältinis bis zum Auslöschen der |
Brenniet absirslzit. Wird der die Brennetoffzufuihr |
behernischienide Drosiselquerischnitt sp:riunghaft ver- |
gr öß,ert, so'vermögen die unilaufende n Masch:inien- |
teile wiegen ihrer Masseniträgheit s,i,ch nicht gleich- |
falls sprunghaft ziu beschleunigen und die |
zugeführte Brennstoffmenge isst wesentlich größer |
als jener Wert, :de-r für die Luftmenge erforderlich |
ist, :diie zu den Brennern im Verhältnis zu der Ma- |
scli:iiienrdreihza'h,l zugeführt wird, nu rd als eine Folge |
li,iervon wird eine äußerst beiße Flamme erzeugt, |
die nicht nur dazu neigt, die Lebensdauer der |
U2us:chiirne und der Kraftanlage zu schädigen und |
zu verlcürzien, sondern diie auch eine B,re:nnistoff- |
verschwendunig darstellt. Andererseits hält die |
Maisohine zeitweilig, wenn der Querschnitt des |
IZ,eaelo-rga:n,s plötzlich vermindiert und die Bremm- |
stoffmenge dementsprechend verringert wiird, ihre |
Drehzahl infolge ihrer Massenträgheit,' und |
das Brennstoffluftverhältnis wird so mager, daß |
die Ausbreitung der Flamme verhindert wird, |
was sich in einem Versagen des Brenners aus- |
wirkt. |
Weiiter wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, d:aß |
Diidhbeänidierunigen der eiinbretend ienLuft unabhängig |
von der Art der jeweils benutzten Leistungs- |
steuerung berücksichtigt werden; dennbeiAbnahme |
der Dichte genügt weniger Brennstoff für den |
Antrieb der Turbine und des Verdichters mit |
gegebener Drehzahl: Wird also bei Abnahme der |
D:iclhbe diiie Brennstoffmenge nicht vermindert, so |
wii:ndi :d,as Brennstof£luftve@rhältnis noch ungünstiger |
und der Gefahr einer überhitzung des Treibgas- |
erzeiugeris noch mehr Vorschub geleiiistet. |
Eine Aufgabe der Erfirndiung besiteht diarin, eine |
Brennistoffspeise- und Leistungssteuer-Einrichtung |
für Kriatanliaigen der gekennzeichneten Art zu |
sohaffen, bei der die Brenn@stoffmienge auf einfache |
Weise diurch eiirren Hebel oder eiinen Quadranten |
gesteuert werden kann, der |
.mit einem |
Ventil veribundien ist, um den Regelquerschnitt edier |
den Brennistoffdiruck zu verändern, oh-nie Gefahr |
einer überhitzung des Treibgaserzeugers beim |
Beschlejunigen oder ein Versagen der Brenner beim |
Verzögern (Diroisseln). |
Eine andere Aufgabe besteht diarin, eine Brenn- |
stoffzufuhr- und Leistungssteuer-Einrichtung fiiir |
Kraftanlagen ,der gekennzeichneten Art zu sdhaffen, |
bei der die Brennstoffmenge im Verhältnis zu der |
Maschinendrehzahl be,i allen Stellungen. des Lei- |
s.tungs@s@teuerihebels aufrechterhalten wird. |
Andere Aufgaben schließen ein: Es soll eine |
oib:ere Grenze nach Maßgabe einer Beschleun:igungs- |
oder B:rennsitoffz,ufuhr@lmrve rnich,t überschritten |
wenden, diami;t die Temperatur der expandierten |
Gase iinnerhalb einfies vorgegebenen Si:dherheits- |
bereidhes verbleibt. Sinngemäß sohl eine untere |
Grenze nadh Maßgaibe von Verzögerungskurven |
eingehalten werden, damit ei-nie ausreichende |
F1aimmenauis:breiitungsgeschwirrdigkeit gewahrt |
li@leiiilyt und idie Brenner gegen Auslöschen geschützt |
sind. |
Eiire Voirrichtun g zu dem ge@kennizeüchnieten |
Zwecke, die eine bestimmte elastische Versorgung |
an flüssigem Drennstoff zu einem B:ren :reit in rich- |
tigem Verhältnis zu der in dem Brenner wer dichteten |
Luft und in Übereinstimmung mit dien Lei.stungs- |
anforderuinigen edier bei allen Stellungen eines |
Le,iistu,ngs,s:teweriheibiels sich@erstelleri wied. - |
Eine Voir,ridhtung der gekennzeichneten Art, bei |
der flüssiger Brennstoff zu einem Brenner im Ver- |
hältnis ziu dien Leistungsanfarderu.ngen der Ma- |
scihiineoihne B.renai;s,toffvergeud,ung dosiert zugeführt |
wied, während gleichzeitig ein genügender Breani- |
stoff sidhergeistellt wird, um eine Flammen- |
ausbreitung bei geringer Leiistung und bei Ein- |
stellungen des Steuerhebels auf Leerlaufdrehzahlen |
sicherzustellen. |
Eine Brennstoffspeise- und Leiistungss teuer- |
Ei-nrichbung, inis:bes:andere für Strahltri!elrwerlce |
und Gasturbinen, bei dem eine Steuerung der Lei- |
stung durch Regelung de:r Zufuhr an flüssige-,in |
13,rennstoff erlangt werden kann, ohnie .diaß eine |
Einstellung der Luftzufuhr der Auspuffgase oder |
anderer Faktoren erfarderlidli iis.t, die sich in einem |
zeitweiligen Verlust an Lei:s-tung a.uiswi,rlze,n |
lzönnten. |
Eiire Brennstoffzufuhr- und Leiistu:ngssteuei-- |
Ginvichtumg für Flugzeitigstraliilantriebsmotore |
oder Gasturbinen, die ein bestimmtes Brennisto:ff- |
Luftvierhäl,tnis in dem Brennt:r bei sich verändernden |
Luftdichten und daher bei sich verändern:dien Höhen |
und Temperaturbedingungen aufrechterhalten werden.
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Einre Vorrichtung der gekennzeichneten Art, die verhältnismäßig einfach
im Aufbau und in der Wickunsgsweise ist; und um auf andere Weise die Brenastoffzufuhrcharakteristike:n
der Kraftanslagen Zu verbessern, die die Energie der expand-iesrten Gasse
durch die Hinzufügung durch Brennstoff und die Verbrennung in einem Brenner oder
einer Verbrennungskammer ausnutzen.
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Die vorstehenden und andere Aufgabeln und Vorteile der Erfindung ergeben
ssich gensauer aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen
zu verstehen i,st. In ihnen stellt dar Fig. i einen im wesentlichen zentrischen
Längsschnitt durch ein Strahltriebwerk, das eine Bren,nstoffzufuhsr- oder Kraftsteuservorrichtung
in Überei,nstimmunsg mit der Erfindung einsehsließst, Fing. 2 einen mehr ins einzelne
gehenden, bis zu einem gewissen Ausmaße schemati,saen Schnitt durch eine Brensnsstßffspei,se-
und Leistu.ngssteuereinheit, Fig.3 eine Kurvenschar zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Vorrichtung, Fig. 4 ,esine Kurvenschar zum Vergleich mit derjenigen der Fig.
3 zum Verdeutlichen der Unte@rschiedse in 4er Arsbseitsweissse zwischen der hierin
offenbartenVorrichtung und denjenigen .dies Standes der Technik, bei denen dde Leistung
gesteuert wird erstens dusrrh eine unmittellbare han:d:be.tätigte Verh,in,dung mit
einem Brennstoffventil ohne barometrische Korrektur und zweitens durch ein Rückstellen
eines Reglers, der arbeftsmäßisg mit einem Brennstoffventil verbunden ist auch ohne
baroinebrische Korrektur, Fig.5 einen ,bis zu einem gewissen Ausmaße schematischen
Sehni,tt durch eine andere Ausfüshru:ngsforin dser Brennstoffspeise- und Leistungssteuereinheit,
Fing. 6 eine Kurvenschar zur Verdeutlichung der Arbeitsweisse der in Fig. 5 gezeigten
Vorrichtung. In Fing. i isst ein Flugzeugtriebwerk mit io bezeichnet; in ihm ist
beispielsweise mittels eines Ringes ii und mittels Haltern 12 ein Strahltriebwerk
oder eine. Kraftmaschine gelagert, die allgemein mit 13 bezeichnet ist und ein äußeres
Geh=äuse 14 einschließt, das sich an seinem vorderen Ende nasch außen erweitert
oder zu einem Trichter ausgebildet ist, um seinen Lufteinlaß 15 zu begrenzen, und
des an seinse@m hinteren Ende kurvenförmig abgebogen ist, um eine Rückstoßdüse 16
zu bilden. Ein Rotationsluftkosmpressor 17 drückt Luft in ein ringförmiges Kopfstück
18, dass sie zu einer Mehrzahl von auf de.rn Umfange im Ahsta.nde angeordneten zvlindrischenBrennerkammern
i9 leitet, die Brenner 20 mit Lufteinla,ßlöchern 2o' in ihren Umfangswänden enthalten.
Die Brenner 2o fördern in einen Sammelring 21, der dsise heiße Luft und die Verbrennungsprodukte
durch einen Satz Leitschaufeln 22 gegen die Laufschaufeln 23' eines Tusrbsinenläufesrs
23 leitet. Die Turbine 23 und der Luftkompressor 17 .s:ind auf einer gemeinsamen
Welle 24 angeordnet, die in einem Lager 24 gelasgert ist. Die in .den Einlaß 15
eintretende Luft wird von -dem Kompressor angesaugt, der dlie Luft in diie Kammer
18 und die Treibgaserzeusger i9 und vorn dort durch die Löcher 20' in ctie: Brenner
2o fördert, wo Wärme .durch die Verbrennung des Brennstoffes zugesetzt wird. Die
expandierte Luft und die Verbrennungsprodukte strömen gegen die Schaufeln 23' der
Turbine 23, um den Kompressor anzutreiben, und entweichen dann durch die: Rücks.toß:düsse
16 unter Vosrtriebserzeugung in die Atmosphäre. Wenn gewünscht, kann ein Antrieb
des Flugzeuges auch durch einen Propeller bewerkstelligt werden, dessen Antrieb
von einer vorderen Verlängerung der Welle 24, vorzugsweisse über ein zweckmäßiges
Untersetzungsgetr.iebe, abgenommen wird.
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In der Fig. 2 ist d,ie Brennstoffspeise- und Leis,tungssteusersei.nheit
gezeigt, die allgemein mit 25 bezeichnet ist und die den Strom des flüssigen Brenastoffes
zu den Brennern 2o regelt; sie weist ein Geihättse 25' auf, -das mixt einer Brennsstoffeinlaßle:iitung
26 versehen isst, in der eine maschinellangetriebene Brennstoffpumpe 27 angeordnet
ist, die Brennistoff aus einer Versorgungsquelle, beispielsweise einen nicht gezesigtenBrennsstoffbehälter,
saugt und ihn unter Druck zu einer Kammer 28 fördert. Ein üherdiruckventil 29 steuert
einen Ausslaß 30 zu einem Kanal 3d, der zum Einlaß (Niederd,rucks:eite)
der Pumpe zurückführt. Das Ventil ist an einer Membran 31 angeordnet, deren Kammer
32 einte Schliie13fed-e.r 33 aufnimmt. Die Kammer 32 wird vom Brennstoffdruck am
Reglerausgang oder all der Einspritzdüse mittels einer Leitung oder eines Kanals
34 heaufschlasgt. Die wirksame Fläche der M@esmiri-ail 31 ist vorzugsweise im wesentlichen
die gleiche wie diejenige des Ventils 29, und daher wird der Brennstoffdruck in
der Kammer 28 auf einem gleichbleibenden Wert über d'em Druck des geregelten Brenilstoffes
oder der Einspritzdüse gehaltnen, wie er durch d,ie Kraft der Felder 33 bestimmt
ist.
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Brensnetoff voll der Kammer 28 strömt :durch einen Dusrchlaß 35 in
die Kammeer D für :den im-,geregelten Brennstoff Brennstoff und von dort über einen
Kanal 36 zu einer Regelöffnung 37 sowie weiter durch einen Kanal 38, der in eine
Leitung 68 (Fig. i) zu einem Verteilerrohr 69 einsm:ündet. An dsiesess sind über
Leitungen 70 Einsp,ri,tzdüse,it 71 für die Brenner angeschlossen. Der Durchlaß
35 wird voll einem Tellerventil 39 gesteuert, das eine Spindel 39' hesitzt, die
arbeitsmäßig mit den Mesmbratien 4o und 4i verbunden ist, die bewegbare `@7äirde
für die Kammer C für den geregelten Brennstoff, die Differentialsteuerkam.mer A
und für die: Kammer D für den ungeregelten Brennstoff bilden. Die Fläche des Regelquerschnittes
37 wird durch eine Nadel 42 geregelt, die auf eine noch zu beschreibende Weise gesteuert
wird.
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Ein hait.al 43 führt von der Kammeer C zu einer Zentrifugalpumpenka.mmer
44, wobei die letztere mit der Kammer A über einen Kanal 45, eine Offnung mit veränderlichem
Ouerschnitt, und einen
KaniaJ47 in Verbindung steht. Ein Zen:trifüga.lp@umpe:ni@äufer
48 ist auf einer Walle 49 angeordnet, die in Anbni,ab.sba.etri:eibevc,rlri(rnduing
mit der Welle 24 für die Turbine und den Kompressor steht, wie .in Fiig. i dargestellt
ist. Infollge@dessen wird der Läufer 48 in direkter Bezidhu:ng zu der Drehzahl der
@ur@binre unid des Koimpr,esso-ps angetrieben und wird bei einer -gegebenen Fläche
der Öffnung 4.6 einiem DiffeT'eiizd1ruck zwischen der Kammer C und A erzeugen, der
dem Quadrat dieser Drehzahl und dem Quadrat der Maschinendrehzahl proportional ist,
wobei witer dem Wort »MasChiirne:«, wie es im nachfolgenden gebraucht wird, die
Kraftanlage einschließlich der Turbine und des Kompressors verstanden wird.
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Ein Kanal 50 mit einer Drossel 51 verbindet die Kammer A mit
dem Kanal 38 für den geregelten Brennstoff.
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Die Membranen 4o und 41 können die gleiche wirksame Fläche besitzen,
und eine Feder 52, die sich gegen eine Einstellschraube 53 legt, steht mit
dem rückwärtigen Endabschnitt der Spindel 39' des Tellerventils in Verbindung und
dient zum Einstellen des wirksamen Differenzdruckes über die Membran 4o und daher
über die Regelöffnung 37 innerhalb bestimmter Grenzen mit Bezug auf den Differenzdruck
über die Membran 41. Diese Feder stellt eine Konstant. dar, die sich in Übereinstimmung
mit den Anforderungen von verschiedenen Typen von Maschinen oder Gasturbinen an
den Leerlauf brennstoff oder den Brennstoff bei niedriger Drehzahl verändern kann;
sie kann dazu dienen, den wirksam-°n Differenzdruck zu verändern, der von der Pumpe
oder dem Läufer 48 erzeugt wird.
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Der Regeldifferenzdruck kann abhängig von der Höhe oder der Luftdichte
mittels einer Dose 54 berichtigt werden, die auf D'ruc'k- und Temperaturänderungen
anspricht und an einer Stelle angeordnet ist, wo sie der Luft ausgesetzt ist, die
zu der Maschine oder zu der Atmosphäre strömt. Vorzugsweise ist sie an einer Stelle
angeordnet, wo sie der Staudruckwirkung ausgesetzt ist, die sich als Folge der Vorwärtsbewegung
dies Flugzeuges während des Fluges ergibt. Eine Nadel 55 ist mit dem bewegbaren
Ende der Kapsel 54 verbunden und erstreckt sich in die Öffnung 56 hinein, um die
wirksame Fläche. dieser letzteren und damit den wirksamen Differenzdruck über die
Membran 41 und so auch den Differenzdruck über die Membran 4o und die Regelöffnung
37 zu verändern.
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Von der Welle 49 wird ein Fliehkraftpendal 56 mit Gewichten 56' angetrieben,
die an einer Muffe angreifen, die vers.chlebbar auf einer im Durchinesser abgesetzten
Verlängerung dieser Welle angeordnet ist. Ein Hebel 58 ist bei 59 schwenkbar gelagert;
und an seinem einen Ende ist dieser Hebel mit einer kugelköpfigen Gabel 6o versehen,
die in eine ringförmige Aussparung eingreift, die in dem äußeren Ende der Nadel
42- vorgesehen ist, und an seinem entgegengesetzten Ende ist der Hebel 58 mit einer
anderen Gabel 61 versehen, die in eine ähnliche Aussparung eingrieift, die in einer
Verstärkung der Muffe' 57 vorgesehen ist. Ein einziger Leistungssteüerhebel6.z steht
über ein°n Lenker 63 und einen Winkelhebel 64 mit dem äußeren freien Ende der Feder
65 in Verbindung, die sich an ihrem inneren Ende gegen das angrenzende Ende der
Muffe 57 legt. Die voll zu.rückgezo.-genen und vorbewegten Stellungen des Hebels
62
(und daher der Nadel 42) können endgültig durch einen Quadranten
62' bestimmt werden, was auch für die Zwischensbellun.gen dieses Hebels und
der ?N adel gilt.
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Die Arbeitsweise ist, allgemein betrachtet, wie folgt: Die Anlage
kann z. B. mittels eines elektrischen Startermotors angefahren wurden, der eine
Antriebsverbindung mit der Hauptantriebswelle besitzt, um den Brenn.eir zu starten
und die Turbine auf eine Drehzahl zu bringen, wo sie sich ohne äußere Hilfe beschleunigen
wird. Die Regelvorrichtung wird gewöhnlich mit Brennstoff gefüllt sein. Sollte sie
aber leer sein, dann -wirkt auf die Membranen 40 und 41 kein Diffeirenzdruck, und
die Feder 52 hält das Ventil 39 offen. Wenn die BrennstOffPuinp!e
27 anläuft, werden sich die Kammern D,
C und A nacheinander füllen,
und Brennstoff wird auch durch die Leitungen 38 und 68 zu dem Verteilerring 69 und
von dort durch die Brennstoffleitungen 70 zu den Brenneedüsen 71 strömen.
Für den Leerlaufbereich wird der Differenzdruck über die Membranen 4o und 41 einen
geringen Wert haben; wobei das Ventil 42 genügend offen ist, um ausreichend Brennstoff
hindu,rchströmen zu lassen, um die Flammenausbreitung in den Brenner i9 aufrechtzuerhalten.
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Die Drehzahl der Zentrifugalpumpe 48 steht in einem gegebenen Verhältnis
zur Drehzahl von Turhine und Verdichter. Für einen gegebenen Querschnitt der Regelöffnung
37 und der Öffnung 46 für die Steuerung der- Höhe oder der Luftdichte wird sie einen
Differenzdruck zwischen den Kammern C und A erzeugen-, der dem Quadrat der Maschinendrehzahl
proportional und bestrebt ist, das Ventil 39 zu öffnen. Wenn sich das Ventil 39
öffnest, erhöht sich der Druck in der Kammer D, bis der DifeTen2-druck über die
Membran. 4o der Kraft auf die Membran 41 das Gleichgereicht hält. Unter der Annahme,
daß die Membranen 4o und 41 eine gleiche wirksame Fläche haben, wird der Druck in
der Kammer C ausbalanciert sein, und irgendeine Veränderung des Druckes in der Kammer
A wird den Differenzdruck über die Membran 41 verändernund demgemäß den Druck in
der Kammer D erhöhen oder vermindern.
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Der Differenzdruck zwischen den Kammern D und C wird über die Regelöffnung
37 gelegt, und da dieser Differenzdruck im wesentlichen dem Quadrat der Maschinendrehzahl
proportional ist, werden für irgendeine gegebene Stellung der Nadel 4z die Geschwindigkeit
und daher das Gewicht der Brennstoffströmung durch die Öffnung proportional der
Quadratwurzel dieses Differenzdruckes oder direkt der Drehzahl sein.
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Der Differenzdruck über die Regelöffnung 37 erzeugt eine Kraft auf
die Membran 40, die bestrebt ist, das Ventil 39 zu schließen, während die Zentrifugalpumpe
4.8
eine Kraft auf die Membran .41t erzeugt, die bestrebt ist, daß Ventil zu öffnen,
und für irgendeine gegebene Stellung der Nadel 42 werden diese eiinander entgegenwirkenden
Kräfte ausgeglichen., so, daß die Brennstc-ftzufuhr in unmittelbarer Beziehung zu
der -i#,laschinendr,ehzahl steht. Wenn die Nadel 4.? zurückgezogen wird, ist der
Differenzdruck über die Membran .4o bestrebt, sich zu vermindern. Das Ventil 39
bewegt sich in seine o:ffe.neStellung, um denDifferenzdruck wieder aufzub !a:uen,
und die Brennstoffzufuhr zu. den Brennern wird erhöht, worauf die Maschine oder
Turbine die Drehzahl erhöht, wodurch der Regeldifferenzdruck und die Brennstoffströmung
weiter erhöht werden. Dies setzt sich fort, bis eine- Gleichgewichtsdrehzahl erreicht
ist, wie sich weiter unten klarer durch die Beschreibung der Fi.g. 3 ergeb°n wird.
Eine Bewegung der Nadel 4.2 nach innen oder in eine Richtung, um di-e Speiseöffnung
37 einzuschnüren, erhöht zeitweilig den Differenzdruck über dieser Meml:-raii, worauf
sich das Ventil 39 in seine geschlossene Stellung bewegt, um die Brennstoffströmung
zu vermindern, und die, Turbinen- oder Maschinendrehzahl wird vermindert @verden,
bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist.
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Um die Maschine zu beschleunigen, wird der Leistungs.steuerhebel 62
in eine Richtung bewegt, um die Feder 65 zusammenzudrücken und die Muffe 57 nach
aufwärts oder einwärts auf der Welle 49 zu bewegen, woraufhin die Nadel 42 die!
Regelöffnung 37 vergrößert, das Fliehkraftpendel56 zurückgestellt wird und die Pendelgewichte
5.6' zeitweilig ihren Anschlag vermindern. Die Brennstoffströmung zu den Brennern
wird nun erhöht, und die Maschine beschleunigt sich bis zu einem Punkte, bei dem
der Regler einen ausgeglichenen Zustand erreicht, der mit seiner eingestellten Stellung
übereinstimmt; aber während dieses Beschleunigungszeitraumes werden sich der Regeldruck
oder der Differenzdruck und daher die Brennstoffmenge- im wesentlichen im Verhältnis
zu der Maschinendrehzahl erhöhen, wie dies auch mit der Luftmenge der Fall sein
wird, die zu den Brennern gefördert wird.
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Die Kurvenschar der Fig. 3 verdeutlicht die Beschleunigungs- und Verzögerungscharalctexistiken
der Einrichtung der Fig. z, und zwar stellt die Kurve a. die ' Brennstoffzufuhr
dar, die für eine stetige Drehzahl erforderlich ist, d. h. die Brennstoffmenge je
Zeiteinheit, mit der der Brennstoff zugeführt werden würde, um die Maschine a,uf
eine Höchstdrehzahl oder irgendeine gegebene Drehzahl bei einer gegebenen Luftdichte
zu bringen. Die gestrichelte Kurve, b stellt die Fördermenge der Brennstoffpumpe
dar. Die strichpunktierten Kurven stellen die Brennstoffmenge in Abhängigkeit von
der Drehzahlcharakteristik der Einrichtung der Fig. 2 für verschiedene Einstellungen
des Nad:elventils .i? dar, woll:ei auf jeder Kurve das ungefähre Brennstoff luftverhältnis
angegeben ist, das sich z. B. bei der Meereshöhendichte engehen würde und auch die
ungefähren Temperaturen, die durch das Brennstoffluftv erhältnis erzeugt werden.
Es sei nun angenommen, daß die Maschine. finit der Drehzahl c arbeitet und der Pilot
die V°ntilnadel 4.2 biS zu einem Punkte zurückzieht, der die Drehzahl d erzeugen
wird; dann würde die Brennstoffzufuhr während dieses Beschleunigungszeitraumes den
Pfeilen e von c bis d folgen. Die anfängliche. Erhöhung der Brennstoffströmung,
die von den senkrechten Pfeilen dargestellt "wird, ergibt sich als ein Ergebnis
der Vergrößerung der wirksamen Fläche der Regelöffnung 37, bei der dann bestehenden
Drehzahl. Wenn sich die Drehzahl erhöht, wird sich die Brennstoffströmung in geradlinigem
Verhältnis mit der Drehzahl erhöhen, bis ein Gleichgewichtszustand ])"ei d erreicht
ist. Während dieses, Beschleunigungszeitraumes erreicht die Brennstoffmenge keine
derartige Größe, die schädlich--Temperaturen erzeugen konnte. Wenn nun der Pilot
seinen Leistungssteuerlrebel bis zu der ursprünglichen Einstellung zurückzieht,
wird die Brennstoffströmung den Pfeilen f von d zurück nach c folgen.
Während dieser Verzögerung wird die Brennstoffmenge genügend hochgehalten, um einen
Ausfall des Brenners zu verhindern.
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Bei einer Abnahme der Dichte der zu der Maschine strömend-in Luft
ist weniger Brennstoff erforderlich, um die, Turbine und den Kompressor bei einer
gegebenen Drehza'lil anzutreiben, und wenn dies nicht korrigiert wird, wird das
B.rennstoffluftverhältniswährend der Beschleunigung weiter vermindert werden, und
bei großen Höhen werden sich höhere Temperaturen als unter entsprechenden Bedingungen
auf Meereshöhe ergeben. Nach Fig. z worden Schwankungen deir- Luftdichte berücksichtigt,
indem eine Abnahme der Dichte, eine Ausdehnung der Dose 54, also Minderung des Durchlasses
46 sowie eine Druckabnahme in der Kammer A für eine gegebene NTaschinendrchzahl
und Größe der Regelöffnung bewirkt. Das Brennstoffventil 39 will sich schließen,
so daß der Regeldifferenzdruck und damit auch die zu den Brennern geförderte Brennstoffmenge
abnimmt. Demgemäß wird mit der Einrichtung nach Fig. 2 ein sich als Folge einer
Beschleunigung ergebender Temperaturanstieg nicht durch einte Vergrößerung der Höhe
oder eine Abnahme dür Luftdichte verschlimmert werden, da die Brennstoffzufuhr im
Verhältnis zu dem Gewicht der durch den Kompressor gepumpten Luft vermindert wird.
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Fig.4 verdeutlicht, wie die Kurve a. (der für eine stetige Drehzahl
erforderliche Brennstoff) bei großen Höhen, z. B. 13 500 m, gesenkt wird. Ohne eine
Kompens,a,fion der Dichte wird die Gefahr einer Überhitzung als einem Ergebnis der
erhöhten Brennstoffzufuhr ohne: gleichzeitige Erhöhung der Maschinendrehzahl oder
Angleichung der Maschinendrehzahl und der Stellung des Leistungshebels oder Ouadranten
größer. Diese' Figur schließt auch Pfe:i.llurven' ein, die eine Beschleunigung
sowohl durch eine alleinige Re:glersteuerung gemäß dem Stande der Technik als auch
durch eine direkteVerbindung zwischen dem Dross-e hebet und dem Dosierventil mit
einem Reg!-er oder ohne einen Regler zum Aufrechterhalten eines Gleichgewichtes
bei
einer gegebenen Brennstoffzuführauswahl darstellen. Die gestrichelten Pfeilkurven
bei e' zeigen, wie die volle Fördermenge der Brennstoffpumpe, wenn ein das Brennstoffventil
steuernder Drehzahlregler so gestellt ist, um von c nach d zu beschleunigen., zu
der Pumpe gefördert wird und Brennstoff in starkem Ausmaße außerhalb des Verhältnisses
zu der gepumpten Luft zugeführt werden wird, wodurch eine intensive Hitze in dem
Brenneu erzeugt wird.
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Die gestrichelte Pfeilkurve e" zeigt das Ausmaß der Brennstoffzufuhr
-#v"ährend der Beschleunigung mit einem direkt verbundenen Hebel. In diesem Augenblick
ist das Brennstoffluftverhältnis nicht so außerhalb des richtigen Verhältnisses
als mit eiirrer Re;glersteuerung allein, es is-t aber noch so-, daß eine intensive
Hitze in dem Brenner insbesiondere während des anfänglichen Teiles der Beschleunigungsperiode
erzeugt wird. Bei beiden Arten der Steuerung nach Fig. 4 sinkt die Verzögerungskurve
unter die normale Brennstoffzufuhr für eine stetige Drehzahl mit einer sich daraus
ergebenden Gefahr für ein Versagen des Brennars. .
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Die in Fig.5 gezeigte Brennstoffregel und Leistungssteuereinheit i
io weist ein zweckmäßiges Gehäuse auf, in dem eine Brennstoffpumpe i i i amgeordnet
ist, die Brennstoff von einer zweclemäßigen Quelle, z. B. einem nicht gezeigten
Brennstofftank, über eine Brennstoffleitung 112 saugt und ihn zu der ungeregelten
Brennstoffkammer D durch einen Ventilkanal oder eine Öffnung i 13 drückt, die durch
ein Tellerventil 114 gesteuert wird, dessen Spindel 114' mit den Mittelplatten der
Membranen i 15 und i 16 verbunden ist.
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Ein Überdruckventil i 17 steuert den Umleitungskanal 118 und den Kanal
118', der zu der Einlaßseite der Pumpe i i i zurückführt; dieses Ventil ist an einer
Membran. i ig angeordnet, deren Kammer i 2o mit der Kammer D über eine Leitung 121
verbunden ist, wobei das Ventil 117 durch eine Feder 122 in seine geschlossene Stellung
gedrückt wird. Die wirksame Fläche der Membran 1i9 ist im wesentlichen die gleiche
wie diejenige des Ventils 117, und daher wird der Druckabfall üben- den Kanal i
13, der durch die Stärke der Feder 122 bestimmt ist, immer im wesentlichen konstant
sein. Da der Druckabfall über den Kanal 113 im Wesentlichen konstant gehalten wird,
kann die Kraft auf die Spindel 114', die durch den Differenzdruck über das Tellerventil
114 bewirkt wird, durch mechanische Mittel, beispielsweise .eine Feder 1:2:2',.
die sich gegen eine Einstellschraube 123 legt, oder ein wenig über- oder unterkompensiert
werden, falls dies gewünscht sein sollte. Ungeregelter Brennstoff von dar Kammer'
D strömt durch eine verhältnismäßig große Öffnung 124 in die Regelkammer 125 und
von dort durch die Regelöffnung 126, die durch das 'Reglerventil 127 gesteuert wird,
das mit dem- Membran z28 verbunden ist und durch eine Feder 129 in der Kammer 130
in die geschlossene Stellung gedrückt wird. Falls gewünscht, kann ein Anschlag vorgesehen
«-erden, um zu verhindern" daß das Ventil 127 die Öffnung 126 vollständig schließt,
was bewirken könnte, daß das Ventil festsitzt.
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Der Differenzdruck über, die Membran 128 wird im Verhältnis zur Luftdichte
mittels eines Nadelventils i31 verändert, das mit einer Dose z32 verbunden ist,
die von, Druck- und Tempe raturänderung,en abhängig und in einer Kammer 133 angeordnet-
ist, die mit der Atmosphäre: bei 134 verbunden ist oder, falls gewünscht, mit irgendeinem
anderen Bezugsdruck, beispielsweise dem Kraftanlagenlufteinlaß, verbunden sein kann.
Die Nadel 131 steuert den Umleitungskanal 135, der den Kanal 136 von. der Kammer
125 mit dem Kanal 137 verbindet" der zu der Kammer 130 führt. Die Kammer 13o hat
eine mit der Kammer C mittels eines Kanals 138, der eine: kalibrierte Einschnürung
oder eine Ablaßöffnung 138' mit bestimmtem Strömungsdurchflußvermögen darin besitzt.
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Bei den normalen barometrischen Höhen und Temperaturen für Meereshöhe
ist die Fläche des Umleitungskanals 135 mit Bezug auf die Anzapföffnung i38' derart,
daß die letztere von größter Wirkung ist, aber da die Dichte der Luft abnimmt, dehnt
sich die Dose- 132 aus, und der Querschnitt des Ventils 131 erhöht sich, und die
Wirkung der Anzapföffnung 138' nimmt ab. Die Art, mit der dies die Brennstoffströmung
in Beziehung zur Luftdichte regelt wird vollständiger in der Beschreibung der Arbeits:w,leis-e
der Vorrichtung erklärt werden.
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Flüssiger Brennstoff, der durch die Regelöffnung 126 strömt, tritt
bei seinem Wege zu den Brennereirispritzdüsen in die Förderleitung 139 ein.,
die eine Fortsetzung :des Brennstoffkanals oder der Leitung 112 bildet; er füllt
auch die Kammer C und dann die Kammer A, wobei die letztere in gesteuerter -Verbindung
mit dem Kanal 139 mittels des Kanals i4o steht, der eine Mehrzahl von Abzweigleitungen
besitzt, die sich zur Ventilkammer 141 öffnen und mit Anzapfdüsen 142, 143 und 144
für bestimmte Durchflußmengen versehen sind. Im Abstand voneinander angeordnete
Kanäle 145 und 146 und ein Kanal oder ein: Durchtritt 147 verbinden diese Ventilkammer
mit der Druck- oder Förderleitung 139- Ein Ventil in der Form eines Kolbens 148
ist in der Kammer 141 geführt und mit Steuerkolben 149 und i5o versehen, die Anzapfungen
143 und 144 abdecken oder freigeben sollen. Der Kolben 148 wird auf eine noch zu
beschreibende Weise betätigt.
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Ein Kanal 151 führt von der Kammer C in die Pumpenläuferleammer 152,
die mit der Kammer D durch eine Einschnürung 153 in Verbindung steht. Ein Zentrifugalpumpenläufer
154 ist auf einer Welle 155- angeordnet, die in Antriebsgetriebeverbindung mit der
Turbinen- und Verdichterwelle 24 steht (Fig. i).
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So wird der Pumpenläufer 154 in unmittelbarer Beziehung zu der Turbinen-
und Kompressordrehzahl angetrieben und wird einen Differenzdruck zwischen der Kammer
C und dem Umfang 152' der Pu,mpenläuferkammer 152 proportional zu dem
Oüadrat
dieser Drehzahl oder dem Ouadrat der Maschinendrehzahl erzeugen, wobei das Wort
»Maschine« hierin der Bedeutung einer Kraftanlage gebraucht ist, die die Turbine
und den Kompressor einschließt; und da diese Anordnung derart ist, daß die Drücke
in den Kammern A und B gleich oder proportional sind, wird sich der Differenzdruck
zwischen den Kammern D und C wie das Ouadrat der Maschinendrehzahl ändern.
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Auf der Welle 155 befestigt und mit ihr sich drehend ist ein Regler
156, der Gewichte 156a einschließt, die auf W.inkelfhebel i 56b wirken, um die Stellung
einer Muffe 157 zu steuern, die gleitbar auf der Welle angeordnet ist. Ein Hebel
158 ist drehbar bei 159 gelagert, und das eine Ende dieses Hebels ist mit einem
Kugelkopf oder einem Lager 16o versehen, das mit einer Aussparung in Eingriff kommt,
die in dem sich nach außen erstreckenden Ende des Ventilkolbens 148 vorgesehen ist,
und das entgegengesetzte Ende dieses Hebels ist gegabelt und kommt mit einer Nut
161 in Eingriff, die durch im Abstand voneinander angeordnete Kragen gebildet ist,
die auf der Muffe 157 vorgesehen sind.
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Ein einziger Leistungssteuerhebel 162 steht über einen Lenker 163
und einen Winkelhebel 164 mit dem äußeren freien Ende einer Feder 165 in Verbindung,
die sich mit ihrem inneren Ende gegen das angrenzende Ende der Muffe 157 legt.
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Wenn man nun zu der Arbeitsweise der Brennstoffzufuhr-und Leistungssteuervorrichtung
kommt, die in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Maschine oder Kraftanlage auf irgendeine
bekannte Weise angelassen werden, z. B. durch einen elektrischen Startermotor mit
einer Getriebeverbindung mit der Hauptantriebswelle, um den Brenner anzulassen und
die Turbine auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, von .der sie sich ohne äußere
Hilfe beschleunigen wird. Die Reglereinheit würde gewöhnlich mit Brennstoff gefüllt
sein; wenn man aber annimmt, daß sie leer ist, wird der Differenzdruck über die
Membranen 115 und 116 Null sein, und wenn die Brennstoffpumpe i i i startet, werden
sich die Kammern D, C und A nacheinander füllen, und Brennstoff wird
auch durch die Leitung 139 und das Kopfstück 18o zu den betreffenden Spritzdüsen
166 strömen, und eine Förderung zu dem Brenner beginnt. Für den Leerlaufleistungsbereich
wird der Differenzdruck über die Membran i 15 bei einem Geringstwert liegen, und
daher wird der Regeldruck derart sein, daß gerade genug Brennstoff gefördert wird,
um eine Flammenausbreitung in dem Brenner aufrechtzuerhalten. Die anfängliche Brennstoffladungkann
durch einen. Zündstromkreis; eine Zündflamme oder auf irgendeine bekannte Weise
gezündet werden.
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Der Zentrifugalpumpenläufer oder die Zentrifugalpumpe 154 arbeitet
mit einem festen Drehzahlverhältnis mit Bezug auf die Drehzahl der Turbine und des
Kompressors, und daher wird sie einen Differenzdruck zwischen der Kammer C und der
Umfangskammer 15ä erzeugen, der im wesentlichen dem Ouadrat der Turbinen- oder Maschinendrehzahl
proportional ist, und wenn der Druck in der Kammer A gleich demjenigen bei 152'
ist, .dann wird der Differenzdruck zwischen den Kammern A und C, der auf die Membran
116 wirkt, das Ventil 114 so steuern, daß der Differenzdruck zwischen den Kammern
D und C im wesentlichen proportional dem Ouadrat der Maschinendrehzahl sein wird.
Die Membranen i 15 und 116 besitzen vorzugsweise eine gleich große wirksame Fläche,
wodurch der Druck in der Kammer C mit Bezug auf die Kammern A und D ausgeglichen
sein wird, und irgendeine Druckveränderung in der Kammer A wird den Differenzdruck
über die Membran verändern und wird dementsprechend den Druckabfall über das Ventil
erhöhen oder vermindern. Wenn der Druck in der Kammer A erhöht wird, wird sich das
Ventil 114 in seine offene Stellung bewegen und die Brennstoffmenge erhöht, und
wenn dieser Druck vermindert wird, wird sich dieses Ventil in seine geschlossene
Stellung bewegen, wodurch die Brennstoffmenge verkleinert wird. Der Differenzdruck
zwischen den Kammern D und C beaufschlagt die Regelöffnung 126. Da dieser Differenzdruck
dem Quadrat der Maschinendrehzahl proportional ist und da die Geschwindigkeit der
Strömung durch die Öffnung 126 der Quadratwurzel dieses Differenzdruckes
folgt, wird die Geschwindigkeit der Strömung der Drehzahl direkt proportional sein.
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Die Fläche der Dosieröffnung 126 ist einer Veränderung durch die Nadel
127 ausgesetzt, deren Stellung durch den Differenzdruck über die Membran 128 bestimmt
ist; und da dieser Differenzdruck demjenigen zwischen .den Kammern D und C oder
über die Membran 115 proportional ist, werden die Stellung der Nadel und daher der
Regelquerschnitt 126 und .die Brennstoffmenge eine Funktion der Maschinendrehzahl
;bilden. Dadurch, daß .die Kontur des Nadelventils 127 in zweckmäßiger Weise abgewandelt
wird, kann die Menge .durch die Öffnung 126 hindurch .proportional der dritten Potenz
der Maschinen- oder Turbinendrehzahl gemacht werden, und in der Tat kann die Kontur
so ausgeführt werden, daß irgendeine andere Art einer Brennstoffmengenkurve in Abhängigkeit
von der Drehzahl erzeugt wird. Vorzugsweise wird die Kontur der Ventilnadel so ausgebildet,
daß eine Kurve erzeugt wird, .die der dritten Potenz der Maschinendrehzahl proportional
ist.
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Um die Maschine zu beschleunigen oder, auf andere Weise ausgedrückt,
die Drehzahl der Turbine zu erhöhen und die Schubkraft an der Rückstoßdüse des Flugzeuges
zu vergrößern, wird der Leistungssteuerhehel in einer Richtung bewegt, um die Feder
165 zusammenzuidrücken und die Muffe 157 nach aufwärts zu drücken, wie in: Fig.
5 gezeigt ist, lvodurch das Kolbenventil iq.8 nach unten bewegt und der Strömungsquerschnitt
der Anzapfung 143 gegebenenfalls bis auf.Null vermindert wird. Dies wird sich,iiz
einer Druckerhöhung in der Kammer A und daher in der Kammer D auswirken, wodurch
der Regeldifferenzdruck oder der Förderdruck und die Brennstoffmenge zu dem Brenner
erhöht wird. Wenn sich die Drehzahl der Turbine bis zu einem
Punkte
erhöht, wo die Kraft der Reglergewichte 156d mit der neuen Einstellung der Feder
165 im Gleichgewicht steht, wird sich das Kolbenventnl 148 aufwärts bewegen und
den Kanal 143 freigeben. Irgendeine Neigung der Turbine, sich von einer gegebenan.
Drehzahl bei einer gegebenen Einstellung der Feder 165 und daher des Leistungssteuerhe'bels
zu verändern, wird sich unmittelbar in einer Korrektur durch das Kolbenventil 148
auswirken.
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Um mit der Leistung herabzugehen und die Drehzahl dementsprechend
zu vermindern, wind der Leistungssteuerhebel in eine Richtung 'bewegt, um die Spannung
auf der Feder 165 zu lösen, die Muffe 157 wird sich dann nach unten und das Kolbenventil1158
aufwärts bewegen, wodurch der Kanal 148 freigegeben wird; darauf wird der Druck
in der Kammer A vermindert werden, wodurch der Regeldifferenzdruck vermindert wird,
und die geregelte Brennstoffmenge wird auch zu gering werden, um die Leistung zu
erzeugen, die gefordert wird, um die Maschine bei der vorherigen Einstellung laufen
zu lassen, und die Drehzahl wird vermindert werden, bis die Reglergewichte die neue
Federeinstellung im Gleichgewicht halten und-sich das Kolbenventil. 148 nach unten
bewegt, wodurch der Kanal 144 abgesperrt wird..
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Während irgendeine Änderung der Gesamtfläche der Kanäle 142, 143 und
144 den Wert des Druckabfalles über das Ventil 114 herabsetzt, bleibt der Differenzdruck
zwischen den Kammern A und C eine Funktion des Quadrates der Drehzahl des Pumpenläufers
154 und daher der Turbinen- oder Maschinendrehzahl. Die Querschnitte der Kanäle
143, 142, 144 und 153 können nach Maßgabe der Brennstoffkurven (für Beschleunigung
und Verzögerung) sowie nach Maßgabe der Luftzufuhr in dem Sinne ausgelegt werden,
daß Einhaltung einer oberen Grenze für Flammentemperatur und Drehzahl und einer
unteren Grenze für Gemischabmagerung gewährleistet ist, und zwar unabhängig davon,
ob die willkürliche Leistungsänderung langsam oder sprunghaft vorgenommen wird.
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In Fig. 6 ist ein Versuch gemacht worden, um in Form eines Diagramms
die B,ren,nstoff- und Luftströmungscharakteristiken eines Strahltriebwerkes darzustellen,
die mit einer Brennstoffzufuhr- und Steuervorrichtung in Übereinstimmung mit der
Erfindung ausgerichtet ist. Die obere Kurve E zeigt das Gewicht der Luft an, die
von dem Kompressor bei einer bestimmten Höhe (z. B. bei dem normalen barometrischen
Druck und der Temperatur entsprechend der Meereshöhe) gefördert wird, und zwar in
Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl in einem Bereiche von Null Ibis zu roooo
Umdr./min.
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Es kann angenommen werden, daß diese Kurve fest ist, wobei die Luft,
die bei einer bestimmten Höhe gefördert wird, im Zusammenhang hiermit fest oder
für jede Maschinendrehzahl bestimmt ist. Die Kurve F stell die Brennstoffmenge je
Zeiteinheit in Kilogramm je Stunde dar, die erforderlich ist, um die Maschine bei
verschiedenen Drehzahlen laufen zu lassen. Diese Kurve ist gleichfalls ein unzertrennliches
Charakteristikum; und eine Aus-Wahl einer gegebenen Brennstoffströmung wird bewirken,
daß sich die Maschine bis zu einer Drehzahl beschleunigt oder verzögert, die derjenigen
entspricht, wo die Brennstoffströmung erhalten wird, und die Luft, die zu der Maschine
gefördert wird, ist in entsprechender Weise bestimmt. Für jede normarle Arbeitsweise
mit stetiger Drehzahl ist der Luftverbrauch sehr stark im Überschuß im Vergleich
zu demjenigen, der für die Verbrennung des zugeführten Brennstoffes gebraucht wird,
und die Temperatur der verbrannten Gase folgt dem Ausmaß des zugeführten Brennstoffes.
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Die Kurve G stellt die Regelcharakteristik der Steuerung nach Fig.
5 für verschiedene Maschinendrehzahlen dar, wenn :das VeGtil 148 genügend unten
ist, um die Kanäle 143 und 144 zu schließen. Diese Kurve kann zum Zweck der besseren
Erläuterung als die »Beschleunigungskurve« bezeichnet werden, da sie über den Drehzahlbereich
eine Brennstoffmengencharakteristik vorsieht, die ein -wenig größer ist als die
notwendigerweise bestehende Anforderung ain Brennsto@ffstnömung für einen Gleichgewichtsbetrieb
der Maschine, und da sie daher bewirken wird, daß die Maschine sich beschleunigt.
Unter diesen Betriebsbedingungen ist die Brennstoffmenge zudem Brenner durch den
Regler derart festgelegt, daß sie der Kurve G folgt. Dies verhindert, daß das Gemisch
ibei irgendeiner Drehzahl zu reich wird, eine Bedingung, die sonst sehr stark die
Gastemperaturen an den Turbinenschaufeln infolge unternormaler Luftströmung erhöhen
würde, während darauf gewartet wird, daß die Turbine ihre Drehzahl erhöht, nadhdem
die Brennstoffströmung plötzlich erhöht worden ist.
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Die Kurve H stellt die Regeldharakteristiken der Steuereinheit nach
Fig.5 für verschiedene Maschinendrehzahlen dar, wenn das Ventil 148 genügend hochgeschoben
ist, um die Kamäle 143 und 144 zuöffnen. Diese Kurve kann zum Zwecke der besseren
Erläuterung als die »Verzögerungshüllkurve« bezeichnet werden, da sie über den Drehzahlbereich
eine Brennstoffmengencharakteristik vorsieht, die ein wenig kleiner ist als die
notwendigerweise sich ergeibende. Brennstoffmengenanforderung für einen Gleichgewichtsbetrieb
der Maschine, und -da sie daher bewirken wird, daß die Maschine sich verzögert.
Unter diesen Betriebsbedingungen ist die Bremistoffströmung zu den Brennern durch
den Regler derart festgelegt, daß sie der Kurve H folgt. Dies verhindert, daß das
Gemisch zu mager wird, um eine Flammenausbreitung während der Verzögerung aufredhtzuerhalten,
wie es der Fall sein würde, wenn darauf gewartet wird, d'aß sich die Turbinendrehzahl
vermindert, wenn die Brennstoffströmung plötzlich herabgesetzt worden. ,ist.
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Während des Gleichgewichtsbetriebes -wird ..der Regler 156 das Ventil
148 zwischen einer StePlun g, bei der die beiden Kanäle 143 und 144 geschlossen
Bind, und einer Stellung halten, 'bei der die beiden Kanäle offen sind, und wird
so die notwendige Brennstoffmenge für einen Gleichgewichtsbetrieb auswählen. Um
die Vorteile besser darzustellen,
die sich aus einer gesteuerten
Beschleunigung und Verzögerung ergeben, kann ein Vergleich mit einer Vorrichtung
durchgeführt werden, bei dem die Brennstoffzufuhr einfach durch ein Nadelventil
oder ein Drosselventil geregelt wird, das von Hand betätigt wird. Mit einer derartigen
Steuerung würde die Brennstoffmenge, wenn die Maschine stetig bei 4ooo Umdr./min
arbeitete, derjenigen bei dem Punkte r entsprechen, und die Luftströmung würde derjenigen
bei dem Punkte s entsprechen. Wenn nun die Brennstoffdrossel his; zu einem Punkte
vorwärts bewegt würde, der dem Brennstoff entspricht, der für einen Betrieb von
gooo Umd.r./min erforderlich ist, würde sich die Brennstoffströmung sogleich auf
den höheren Wert vergrößern, der durch den Punkt t dargestellt .ist, und würde dann
konstant bleiben, da die Maschine ihre Drehzahl erhöht, bis sich ein Betrieb bei
6 :ein Punkte ergäbe, der dem Punkte is entspricht. Wenn sich die Maschinendreh-zahl
erhöhte, würde die Luftströmung entlang der Kurve E von s bis v größer werden. Während
dieses Zeitraumes würde der Luftüberschuß, der mit den Verbrennungsprodukten in
der Verbrennungskammer gemischt ,,würde, so unzulänglich sein, daß die Temperatur
der Gase, die die Schaufeln des Turbiinenrades 23' erreichten, größer sein würde
als die höchste Sicherheitsgrenze, und die Turbinenschaufeln würden sich schnell
verzögern.
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Andererseits, wenn die Maschine bei der Bedingung u arbeiten würde
und die Brennstoffdrossel geschlossen wäre, um bis zu r zu verzögern, würde die
Brennstoffströmung sich fast augenblicklich auf den Punkt w vermindern, die hohe
Luftströmung würde aber aufrechterhalten werden, bis die Trägheit und die Reibung
der Maschine das Absinken der Drehzahl erlaubten. So würde das Gemisch äußerst mager
sein, und die Brennerflamme würde wahrischeinlich verlöschen.
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Mit der Art der Brennstoffzufuhr- und Steuervorrichtung, die hier
offenbart worden ist, steht die Brennstoffzufuhr in Beziehung zu der Drehzahl, und
da das Gewicht der strömenden Luft sich mit der Drohzahl verändert, wird die Brennstoffzufuhr
niemals mehr als um einen bestimmten Betrag größer oder kleiner sein als der Wert
für den Gleichgewichtsbetrieb, wodurch verhindert wird, daß das Brennstoffluftverhältnis
übermäßig reich oder übermäßig mager wird.. So wird die Feder 165, wenn der Hebel
162 beim Betrieb mit 4ooo Umdr./min nach rechts in eine Stellung entsprechend einem
Betrieb von gooo Umdr./min bewegt wird, zusammengedrückt, dielen Hebel 158 entgegen
dem Uhrzeigersinn herumdreht und das Ventil 148 nach unten bewegt, um die Kanäle
143 und 14q. zu schließen. Die Pumpenmenge springt vom Punkte r aufwärts zur Kurve
G und bewegt sich danach entlang der Kurve G vorwärts, wenn sich die Maschine beschleunigt.
Wenn sich die Maschinendrehzahl 9ooo Umdr./min nähert, werden die Reglergewichte
156a heg innen, die Kraf t der Feder 165 zu überwinden. Das Ventil 148 wird sich
allmählich nach aufwärts bewegen, um einen genügenden Teil der Kanäle 43 und 144
freizulegen, um die Brennstoffmenge von der Kurve G zu einem Punkte u zu vermindern,
wenn eine Maschinendrehzahl von gooo Umdr./min erreicht wird.
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Wenn derHebel r62 nuii auf seine4ooo-Umdr./min-Stellung zurückgeführt
wird, gestattet die verminderte Kraft der Feder 165, daß die Reglergewichte nach
außen fliegen, wodurch das Ventil 148 nach oben bewegt wird, um die Kanäle 143 und
144 aufzudecken. Dies bewirkt, daß die Brennstoffmenge vom Punkte u zu einem Punkte
unmittelbar unter ihm auf der Kurve H fällt, wonach die Brennstoffmenge sich entlang
der Kurve H weiterbewegen wird, wenn ;die Maschine mit der Drehzahl abfällt. Wenn
eine Drehzahl von 4000 Umdr./min erreicht wird, werden die Gewichte 156a abfallen,
wodurch das Ventil 148 nach unten bewegt und ein genügender Teil der Kanäle 143
und 144 abgesperrt wird, wodurch die Brennstoffmenge beim Punkte r ausgewählt wird,
wenn eine Drehzahl von 4ooo Umdr./m,in erreicht ist. Es ist offenbar, daß an Stelle
der Kanäle 143 und 144 ein einziger Kanal benutzt werden könnte.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Steuerung
für die Beschleunigung und die Verzögerung Brennstoffkurven vorsieht, die sich nach
einer Funktion der Drehzahl verändern, welche die der Anlage eigentümliche Charakteristik
der Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kraftanlage für einen Gleichgewichtsbetrieb
einhüllen und eine drehzahlabhängige Einrichtung und eine Handsteuerung zum Auswählen
entweder der Beschleunigungs- oder der Verzögerungseinhüllkurve oder irgendeine
Bedingung der Brennstoffmenge zwischen ihr hindurch einschließt, um eine gesteuerte
Beschleunigung oder Verzögerung sowohl wie einen Gleichgewichtsbetrieb zu erhalten.
Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Differenzdruck über die Mündung 126
das Nadelventil 127 betätigt, verändert das letztere die Mündungsfläche nach einer
Funktion der Drehzahl, wobei jede gewünschte Drehzahlcharakteristik in Abhängigkeit
von der Brennstoffmenge für die Beschleunigungs- und Verzögerungsei.nhüllkurven
erlangt werden kann. Sie können so gemacht werden, um sich mit,dem Quadrat oder
mit der dritten oder irgendeiner anderen Potenz der Drehzahl zu verändern, oder
sie können gemacht werden, um sich längs einer unregelmäßigen Kurve zu verändern,
so daß die besten Bedingungen des gesamten Brennstoflluftverhältnisses für eine
beste Beschleunigung oder Verzögerung für irgendeine Kraftanlage ausgewählt werden
können, die eine bestimmte Brennstoffmengencharakteristik in Abhängigkeit von der
Drehzahl für eine Gleichgewichtsbedingung besitzt.
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Es ist zu bemerken, daß der Regler nur über einen verhältnismäßig
kleinen Drehzahlbereich zu arbeiten braucht, wodurch der Regler empfindlicher und
genauer bei der Ausführung seiner Funktion gemacht wird als es der Fall wäre, wenn
der Regler gezwungen ist, über einen verhältnismäßig großen Bereich zu arbeiten.
Wenn
die Regelvorrichtung bei einer Maschinen oder Kraftanlage verwendet wird, die mit
sich verändernden Luftdichten arbeitet, wird auch die Brennstoffmenge eine Funktion
der hindurchströmenden Luftmenge werden. In der - Stellung der Kapsel
132, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist angenommen, daß die Luftdichte diejenige
ist, die auf Meereshöhe besteht, wobei der Kanal 135 bis zu einem Punkte eingeschnürt
ist, bei dem die Anzapföffnung 138' die größte Wirkung besitzt. Der Kanal 135 wird
jedoch, wenn die Dichte der Luft abnimmt und die Kapsel sich ausdehnt, vergrößert,
und die Wirkung der Anzapfung 138 nimmt ab, wodurch der Druck in der Kammer 130
ansteigt und der Differenzdruck über die Membran 128 abnimmt, wodurch die Fläche
der Öffnung bei 126 sich vermindert und das Gemisch abmagert. Durch eine richtige
Größe der Einschnürung 138' und der Kontur der Nadel 131 kann jede gewünschte Brennstoffströmung
mit Bezug auf Dichteänderungen erlangt werden.