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Regler für die Brennstoffzufuhr bei Gasturbinen, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Das Patent 929 :286 bezieht sich auf einen Regler für die
Brennstoffzufuhr bei Gasturbinen, bei dem der Druck der die Brennstoffpumpe mit
der Düse unmittelbar verbindenden Förderleitung, die keine Regel- oder Drosselorgane
enthält, mittels eines parallel zur Pumpe angeordneten Rückflußventils eingestellt
wird, dessen eine Steuerkammer vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt wird, wobei
der Regler dadurch gekennzeichnet ist, daß derselbe außer dem Rückflußventil eine
Abzweigleitung aufweist,' welcher zwei in ihrer Längenausdehnung voneinander mit
Abstand angeordneten Drosseln zugeordnet sind, und welche die Förderleitung mit
der anderen Steuerkammer des Rückflußventils verbindet, sowie eine zweite, zwischen
den Drosseln abzweigende, zur Brennstoffpumpe parallel geschaltete Nebefischlußleitung
mit einem zweiten Rückflußven`til umfaßt, welches einerseits dusch den
zwischen den beiden Drosseln herrschenden Druck und andererseits durch ein
mittels einer äußeren Kraft einstellbares Druckglied betätigt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform des obenerwähnten Reglers wurde das zweite
Rückflußventil ferner durch einen besonderen hydraulischen Zentrifugalregier
beeinfluBt,
welcher die Turbinendrehzahl für jeden Betriebszustand regelt.
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Bei der Ausführung einer derartigen Anordnung hat es sich nun ergeben,
daß es im Hinblick auf die erforderliche hohe Regelempfindlichkeit schwierig ist,
den beiden Erfordernissen sowohl einer leichten Versteilbarkeit der bewegten Teile
als auch einer Flüssigkeitsabdichtung gleichzeitig zu entsprechen, so daß daher
als Regelflüssigkeit der der Turbine zugeleitete Brennstoff verwendet werden mußte.
Sonst wäre es unausbleiblich gewesen, daß sich ein Mischen der beiden Flüssigkeiten
infolge Undichtigkeiten an den sich berührenden Gleitflächen ergab, wenn auch nur
in geringem Ausmaß.
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Der Zweck der Erfindung ist es nun, diesen Nachteil auszuschalten
und für den hydraulischen Regler eine gegenüber dem der Turbine zugeführten Brennstoff
unterschiedliche Flüssigkeit zu, verwenden.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Brennstoffregulierung
durch Verwendung eines Zentrifugalreglers weiterhin verbessert wird.
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Das wesentliche Merkmal der Anordnung nach der Erfindung besteht darin,
daß das auf den vom hydraulischen Regler erzeugten Druck ansprechende Teil hydraulisch
von dem Flüssigkeitsstrom getrennt ist, der durch das vom Druckglied betätigte Ventil
gesteuert wird, wobei die Verbindung mit letzterem lediglich auf mechanischem Wege
erfolgt.
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Nach einer abgeänderten Ausführungsform wird die Vorrichtung gleichzeitig
durch eine Zirkulationspumpe sowie einen mit dem Rl1Ckflußventil verbundenen Zentrifugalregler
gesteuert, wobei die Pumpe und dieser Regler beide von der Turbine angetrieben sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen.
Die Fig. i und 2 zeigen schaubildlich zwei Ausführungsformen und Fig.3 eine geänderte
Ausführungsform unter Verwendung eines Zentrifugalreglers.
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In Fig. i bezeichnet i eine Speisepumpe, welche über eine Leitung
2 mit der Einspritzdüse 3 der Turbine unmittelbar verbunden ist. Von der Leitung
geht eine Abzweigung 4 aus, deren eines Ende durch ein Rückflußventil 7 gesteuert
wird und in einen Raum 5 mündet, wodurch ein Teil des durch die Pumpe i in die Leitung
2 geförderten Brennstoffs über die Leitung 4, den Raum 5 und eine Leitung 6 dem
Brennstoffbehälter zurückgeführt werden kann. Der Druck in der Speiseleitung .2
ändert sich daher je nach der Stellung des Rückflußventils 7. Dieses Rückflußventil
ist als Differentialkolben ausgebildet, welcher durch eine Feder 8 in die Schließstellung
gedrückt wird. Die Feder sitzt in einem Rauar 12, welcher in einen Zylinder ig-
ausläuft, in dem ein durch eine Feder 21 in Richtung des Ventils 7 gedrückter Kolben
2o beweglich angeordnet ist. Der Raum 12 ist über eine Abzweigleitung 9, die zwei
in ihrer Längenausdehnung voneinander mit Abstand angeordnete Drosseln i o, i i
aufweist, mit der Leitung 2 verbunden. Zwischen den Drosseln io und i i zweigt von
der Leitung 9 eine Nebenschlußleitung 13 ab, die über einen Raum 14 und eine Leitung
18 mit dem Brennstoffbehälter verbunden ist. Der Druck in der Leitung 13 wird durch
ein zweites R.ückflußventil 15 gesteuert.
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Gemäß dem Patent 929s86 wird das Rückflußventil 15 einerseits mittels
eines über eine Feder auf das Rückflußventil einwirkendes Druckglied bzw. eines
Fußhebels od. dgl. durch den. Fahrer, andererseits durch einen hydraulischen Regler
gesteuert. Dieser Regler verändert bei Abweichung von einer vorbestimmten Betriebsdrehzahl
eine Öffnung, über welche ein Brennstoffteil aus der Leitung 2 abgelassen werden
kann, wodurch die Turbinendrehzahl auf den Sollwert zurückgebracht wird. Zu diesem
Zweck u.mfaßt der (hydraulische Regler eine durch die Turbine betätigte Zahnradpumpe
28, welche in einem Raum 29 unterhalb des Ventils 30 einen g. wissen Überdruck
herstellt. Andererseits steht dieses Ventil unter-der Wirkung einer in einem Raum
32 oberhalbdes Ventils 30 sitzenden kalibrierten-Feder 31. Die Räume- 29
und 32 sind über eine Drossel 35 bzw. eine Leitung34 mit einer Leitung 33 verbunden,
deren Druck gemäß dem Patent 929286 unmittelbar das Rückflußventil 15 beaufschlagt,
wodurch dieses Ventil nicht nur durch den Druck in der Leitung 13 und das Druckglied
17 über eine Feder 16 gesteuert, sondern auch durch die Druckänderungen in der Leitung
33 beeinflußt wird, welche die Stellung des genannten Ventils in Schließ- bzw. öffnungsrichtung
entsprechend der Air bzw. Zunahme des Druckes in der Leitung 33 ändern.
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Erfindungsgemäß ist der hydraulische Regler über die Leitung 33 mit
einem Zylinder 5o verbunden, in welchem sich ein Kolben 51 bewegen kann (Fig. i).
Im Gegensatz zur Ausführungsform als Differentialkolben nach Patent 929 286 ist
das Ventil 15 nunmehr als einfacher nicht abgestufter Kolben ausgeführt, welcher
bei 55 gelenkig an dem einen Ende eines bei 53 drehbar gelagerten Hebels 52 angebracht
ist. Am gleichen Hebel ist bei 54 der Kolben 51 angelenkt. Den auf die Kolben 15
und 51 wirkenden Drücken steht die Wirkung der Feder 16 und des von Hand oder Fuß
zu betätigenden Druckgliedes 17 entgegen.
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Die beschriebene V;@rric@tung arbeitet wie folgt: Angenommen, das
Druckglied 17 werde zwecks Einstellung einer gewissen Turbinendrehzahl nach unten
gedrückt unter weiterem Zusammendrücken der Feder 16. Der Hebel 52 wird dann im
Uhrzeigergegensinn um 53 geschwenkt und bewegt die Kölben 15 und 51 nach unten.
Der Kolben 15 verringert die Rückflußöffnung aus der Leitung 13 unter Zunahme des
Druckes in der Leitung 13 nach der Leitung i8 zu. Diese Druckzunahme erfolgt infolge
der zwischen Pumpe i und Leitungen 9, 13 vorhandenen Drossel io mit zeitlicherVerzögerung.
Die Druckzunahme in der Leitung 13 erzeugt außerdem eine Druckzunahme im Raum 12
gleich
falls unter Verzögerung wegen des Vorhandenseins der Drossel
i i. Die Druckzunahme im Raum 12 wirkt einerseits auf den .Kolben 2o und andererseits
auf das Rückflußventil7 ein, wodurch das Ventil-7 im Schließsinne verstellt wird.
Hierdurch wird der Rückfluß aus der Speiseleitung 2 des Brenners 3 verringert und
letzterem eine größere Brennstoffmenge zugeführt. Die Turbine wird also beschleunigt.
Dabei ist zu bemerken, daß die Drückzunahme in :der Speiseleitung .2 stets allmählich
unabhängig von ider Geschwindigkeit vor sich geht, mit welcher das Druckglied 17
betätigt wurde. Dies führt zu einer allmählichen Vergrößerung der Flamme im Brenner
3 ohne Überhitzungsgefahr. Die Beschleunigung der Turbine dauert bis zum Erreichen
eines Ausgleichs der Flüssigkeitsdrücke und der Federkräfte bei der ganzen Einrichtung,
worauf die Turbinendrehzahl theoretisch gleichbleiben dürfte. Eigentlich ist dies
kaum der Fall, da sich die von außen auf die Turbine wirkende Belastung, z. B. bei
einem Flugzeug, dauernd ändert, wodurch die Turbinendrehzahl ständig sucht, von
der .durch das Druckglied 17 eingestellten Solldrehzahl abzuweichen. Es sei nun
angenommen, :daß die Turbinendrehzahl die eingestellte Solldra'hzah.l- übersteigt.
Die Flamme des Brenners 3 darf sich dann nicht plötzlich verkleinern, da die erhöhte
Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Brennraum die Flamme unverzüglich löschen würde.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist daher derart ausgestaltet und
angeordnet, daß einer solchen Gefahr mit Sicherheit vorgebeugt wird. Denn bei Beschleunigung
der Turbine über die eingestellte Solldrehzahl hinaus wird auch dite Pumpe 28beschleunigt,
die eine Druckzunahme im Raum 29 herbeiführt. Hierbei sei ausdrücklich darauf hingewiesen,
daß die Pumpe i den Brennstoff fördert, wogegen die Pumpe 28 auf eine andere Flüssigkeit
als Brennstoff einwirkt. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise von verhältnismäßig
hoher Viskosität und besteht im Betrieb aus demTurbinenschmiteröl, wodurch sich
die Druckzunahme im Raum 29 nicht augenblicklich auf die Leitung 33 fortpflanzt,
sondern zunächst das Ventil 30 beeinflußt und letzteres im Schließsinne verstellt.
Gleichzeitig sickert das öl durch die Drossel 35 in die Leitung 33 und drückt den
Kolben 51 nach oben. Bei der höhen Ölviskosität braucht -die Drossel nicht streng
genau kalibriert zu sein, da -Fertiägungsabweiehungen in der Größenordnung einiger
hundertstel Millimeter ausreichen.
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Dies ist als wichtigster Vorteil der vorliegenden Erfindung unter
dem Standpunkt der mechanischen Fertigung der Teile sowie der Betriebssicherheit
anzusehen. Es müßte nämlich bei Verwendung des Brennstoffs mit niedriger Viskosität
als Steuerflüssigkeit der Durchmesser der Drossel 35 zwecks Herbeiführen derselben
Druckabnahme bzw. Verzögerung über die Drossel 35 äußerst gering gehalten
werden, was leicht zu Verstopfungen durch irgendwelche Verunreinigung führen würde.
Bei Verwendung von Schmieröl als Steuerflüssigkeit können entsprechend größere Durchmesser
verwendet werden, wodurch die Gefahr der Verstopfung, also der Beschädigung der
:ganzen R.eglereinrichtung verringert wird.
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Wie oben erwähnt, bewegt sich der Kolben 51 unter der Wirkung ,des
in -derLeitung 33 zunehmenden Druckes nach oben. Zu einem gewissen Punkt tritt ein
Ausgleich .der auf das Ventil 30 einwirken-,den Kräfte aus, worauf sich letzteres
öffnet und der Kolben 51 zum Stillstand kommt. Die Bewegung des Kolbens 5 i wird
durch den Hebel 52 vervielfacht, so daß eine geringe Bewegung des Kolbens 5 i eine
vergrößerte Bewegung des Kolbens 15 zur Folge hat. Der Kolben 15 bewegt sich also
nach oben -und öffnet die Verbindung zwischen den Leitungen 13 und 18 weiter. Dann
sinkt der Druck in der Leitung 13 und führt eine allmähliche Druckabnahme im Raum
12 herbei. Das Ventil 7 bewegt sich nach oben und öffnet die Verbindung zwischen
der Leitung q. und der Leitung 6 weiter, wodurch der Brennstoffrückfluß aus. der
Leitung 2 vergrößert und die Flamme des Brenners 3 allmählich verkleinert wird.
Zu bemerken ist, daß die beschriebenen Arbeitsgänge kontinuierlich vor sich gehen,
so daß auch dieTurbinendrehzahl allmählich erniedrigt und jede Gefahr eines Löschens
der Flamme vermieden wird.
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In ähnlicher Weise und in im wesentlichen umgekehrter Richtung spielen
sich die Vorgänge bei Verzögerung der Turbine ab, was aber keiner weiteren Erörterung
bedarf.
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Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß der eine Vorteil der vorliegenden
Erfindung in einer Regelungsgenauigkeit 'besteht, die von Fertigungspräzision mindestens
einiger mechanischer Bestandtevle, insbesondere der Teile des hydraulischen Reglers,
unabhängig ist.
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Eine noch vorteilhaftere Ausbildung ist in Fig. 2 dargestellt, !bei
welcher der Zylinder 5o und der Kolben 51 durch einen Balgen 57 ersetzt sind, durch
den jegliche Möglichkeit für einen Flüssigkeitsaustritt infolge Urdichtigkeit ausgeschaltet
wird und welcher darüber hinaus in vorteilhafter Weise Reibungswiderstände vermindert,
so daß die Genauigkeit der Arbeitsweise des Reglers noch erhöht wird.
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Offensichtlich ist die dargestellte mechanische Hebelverbindung jedoch
nicht die einzige Möglichkeit für die vorteilhafte Lösung des erfindungsgemäßen
Problems. Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, an Stelle eines einzigen auch
eine Vielzahl von Hebeln od. dgl. zu verwenden.
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In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wirkt die Feder 16
auf das bewegbare Teil 6o eines hydraulischen Triebes mitDifferentia:lbälgen. Dieses
Teil 6o besteht aus einem oberen Kolben 61 und einem unteren Kolben 62, welche fest
miteinander über einen Schaft 63 in Verbindung stehen. Die weiterhin am Teil 6o
angebrachten Bälge 6q., 65 bilden zusammen mit diesem Teil eine Druckkammer 66,
welche über eine Leitung 33 und, falls gewünscht, eine Drossel 35 mit der Pumpe
28 in Verbindung steht.
Die Leitung 13 wird durch ein Tellerventil
67 od.dgl. gesteuert, welches mit dem Teil 6o über eine Strebe 68 in Verbindung
steht, die sich lediglich mit 'ehren Enden gegen :eine Ausnehmung im Kopf des Ventils
67 bzw. im Boden eines Sackloches 69 des Schaftes 63 abstützt.
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Durch diese Verbindungsart entfällt für das Ventil 67 völlig die.
Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung mit dem Teil 6o. Die Strebe 68 wird gegen
ihre Lagersitze durch die Wirkung des Flüssigkeitsdruckes angepreßt gehalten, welcher
das Ventil 67 beaufschlagt, sowie andererseits durch die Feder 16. Die wirksame
Fläche des Kolbens 61 ist größer als die -des Kolbens 62, So daß der in der Kammer
66 herrschende Druck eine Aufwärtsbewegung des Teils 6o entgegen der Wirkung der
Feder 16 bewirkt.
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Ersichtlich ist in diesem Fall ebenfalls die Leitung 33 .hydraulisch
von den Leitungen 13, 18 getrennt, welche den Brennstoff führen, so daß jede Mischung
der Steuerflüssigkeit mit dem Brennstoff ausgeschlossen ist.
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Bei dieser Anordnung wurde der hydraulische Regler ersetzt durch einRückfiußventil3ö
, welches über einen Hebel 70 und eine Stange 71 von einem Zentrifugalregler
her gesteuert wird. Der umlaufende Träger 73 für die Zentrifugalmassen wird von
der zu regelnden Turbine her in beliebig gewünschter Weise angetrieben, z. B. mittels
eines Zahnrades 7q., welches mit der Welle 75 der Pumpe 28 verkeilt ist. Die gegenseitige
Anordnung der Teile ist derart gewählt, daß bei einer Erhöhung der Drehzahl des
Reglers 72, 73 das Ventil 3o' den Rückfluß der Steuerflüssigkeit weiter drosselt,
so daß, sobald der Druck in der Kammer 66 ansteigt, das Teil 6o wie auch das Ventil
67 angehoben wird und eine größere Brennstoffmenge von der Hauptbrennstoffleitung
2 über :die Leitung 13, 18 abgezweigt wird, wddurch eine Verringerung der Turbinendre`hzahl
eintritt.
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Da in den Darstellungen ;die Anordnung der Teile lediglich diagrammartig
vorgenommen wurde, liegen ersichtlich imRahmen d erErfindung weitere Ausführungsmöglichkeiten.