DE952142C - Brennstoffsteuerung fuer Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen - Google Patents

Brennstoffsteuerung fuer Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen

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DE952142C
DE952142C DEB26498A DEB0026498A DE952142C DE 952142 C DE952142 C DE 952142C DE B26498 A DEB26498 A DE B26498A DE B0026498 A DEB0026498 A DE B0026498A DE 952142 C DE952142 C DE 952142C
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DE
Germany
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throttle
fuel
speed
pressure
control
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Expired
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DEB26498A
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English (en)
Inventor
Frank C Mock
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Bendix Aviation Corp
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Bendix Aviation Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K1/00Devices in which sound is produced by striking a resonating body, e.g. bells, chimes or gongs
    • G10K1/28Bells for towers or the like
    • G10K1/30Details or accessories
    • G10K1/34Operating mechanisms
    • G10K1/347Operating mechanisms for an oscillating bell which is driven twice per cycle
    • G10K1/348Operating mechanisms for an oscillating bell which is driven twice per cycle electrically operated

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Brennstoffsteuerung für Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen Bei der Erfindung handelt es sich um eine Brennstoffsteuerung für Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke und ähnliche Antriebe von Flugzeugen zur Ausnutzung jener Energie, die durch Verbrennung eines Brennstoffes mit vorverdichteter Luft erzeugt wird. Vornehmlich kommen Strahltriebwerke für Flugzeuge in Betracht, bei, denen die Luft in einer Kammer eines Treibgaserzeugers verdichtet und durch Verbrennung des Brennstoffes erwärmt wird, worauf die Luft und die Verbrennungsprodukte zu einer einen Kompressor antreibenden Turbine gelangen, um schließlich durch eine Schubdüse auszutreten und abei dem Flugzeug einen Vortrieb zu erteilen.- Gegebenenfalls kann außerdem ein Propellervortrieb vorgesehen und der Propeller von der Gasturbine angetrieben werden.
  • Für solche Gasturbinen und Strahlantriebe kann in verhältnismäßig einfacher Weise für die Brennstoffsteuerung ein Fliehkraftpendel, eine Brennstoffdosierdrossel und ein Handsteuerhebel od. dgl. in der Weise vorgesehen werden, daß nach einer Handeinstellung der Drossel auf eine gewählte Drehzahl das Fliehkraftpendel das durch diese Einstellung gestörte Gleichgewicht wiederherstellt. Indessen bat sich eine solche Steuerung in mehrfacher Hinsicht als mangelhaft erwiesen. So kann z. B. die Turbinendrehzahl bei einer gegebenen Fliehkraftpendeleinstellung mit zunehmender Flughöhe gleichfalls anwachsen, weil weniger Brennstoff zur Gleichhaltung ' der Turbinendrehzahl im Hinblick darauf erforderlich ist, daß die Dichte der Luft abnimmt und das Fllehkraftpendel beim Verkleinern - des Dosierdrosseldurchflußquerschnittes bei: höherer Turbinendrehzahl ins Gleichgewicht kommt. Außerdem öffnet das Fliehkraftpendel beim sprunghaften Beschleunigen, d. h. sprunghaften Einstellen auf hohe Drehzahl die Bnenm.stoffzufuhr zu weit mit dem Ergebnis, daß das Brennstoff-Luft-Verhältnis viel zu ,groß und die Flammentemperaturen, vornehmlich bei großen Flughöhen, gefährlich hoch werden. Andererseits wird die Brennstoffzufuhrdrossel beim plötzlichen Verzögern der Turbine nahezu, d. h. so weit geschlossen, daß die Brennerflamme zu erlöschen droht.
  • Der vErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Mängel zu beheben, damit der Pilot in allen Höhen beliebig beschleunigen und verzögern kann, ohne Gefahr einer Überhitzung oder eines Ausfalles einer Brennkammer.
  • Weiter soll nach der Erfindung die Brennstoffzufuhr höhenabhängig geändert und für eine gegebene Stellung der vom Fliehkraftpendel gesteuerten Dosierdrossel bei Höhenzunahme selbsttätig vermindert werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Dosierdrossel drehzahlabhängig, d. h. insbesondere von einem Fliehkraftpendel zu steuern und den Druckabfall über" der Dosierdrossel nach Maßgabe der Luftdichte zu verändern. Dazu dient erfindungsgemäß eine verbesserte barometrische Höhenkorrekturvorriehtung.
  • Nach der Erfindung sollen ferner die Leerlaufcharakteristiken verbessert werden.
  • Zu erwähnen ist außerdem der Erfindungsgedanke, ein handgesteuertes Zuflußventil, einen Drehzahlgeber und eine barometrische Korrekturvorrichtung möglichst einfach und wirksam miteinander zu kombinieren.
  • Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel erörtert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Gasturbine oder ein Strahltriebwerk mit der Brennstoffsteuerung gemäß der Erfindung, Fig. 2 schematisch den Aufbau der Brennstoffsteuerung und Fig. 3 bis 6 verschiedene Steuerungskennlimien. In einem Gehäuse io eines Flugzeugtriebwerkes ist mittels eines Ringes i i und mehrerer Halter 12 ein Strahltriebwerk oder eine Gasturbine 13 gelagert. Ein .Mantel 14 ist am vorderen Ende mit einem Lufteinlaß 15 versehen und läuft am rückwärtigen Ende zu einem Schubrohr 16 aus. Die durch den Einlaß 15 eintretende Luft fördert ein Kreiselverdichter 17 (gegebenenfalls ein Axialverdichter) in einen ringförmigen Kopf 18, aus dem die Luft zu mehreren im Kreise im Abstande voneinander angeordneten Brennkammern i9 mit Flammrohren 20 und Lufteintrittsöffnungen 20' gelangt. Die Flammrohre münden in einen Sammelring 21, aus dem die heiße Luft und die Verbrennungsprodukte durch Leitschaufeln 22 gegen Laufschaufeln 23' eines Turbinenrades 23 geleitet werden und dieses zusammen mit dem auf einer gemeinsamen Welle 24 angeordneten Verdichter 17 antreiben, um schließlich durch das Schubrohr 16 unter Ausübung eines Vortriebes auf das Flugzeug in die Atmosphäre auszuströmen. Außer oder an Stelle dieses Vortriebes kann ein Propeller vorgesehen werden, der über ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe von der Welle 24 angetrieben wird.
  • Die Brennstoffsteuerung ist in ein Gehäuse 25 eingebaut, das in dem Beispiel nach Fig. i eine Ringkammer ' des Mantels 14 aufnimmt. Diese Ringkammer ist zur Außenluft hin offen.
  • Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die wesentlichen Einzelteile der erfindungsgemäßen Brennstoffsteuerung in . Fig. 2 auseinandergezogen schematisch dargestellt. Aus einem nicht dargestellten Brennstofftank od. dgl.'gelangt der Brennstoff in eine Speiseleitung 26, die zu einer Brennstoffördereinrichtung, z. B. einer von der Turbine angetriebenen Pumpe 27, führt. Der Purhpen@förderdruck (Überdruck über den Brennstoffaustrittsdruck) kann mit Hilfe eines Nebenschlußventils 28 gleichgehalten werden. Dieses Ventil beherrscht Brennstoffeinlaßöffnungen 30, 3a' in einem an die Zuflußseite der Pumpe 27 über eine Leitungn 31 angeschlossenen Gehäuse 29 in einem zweiten Gehäuse 32, von dem eine Leitung 32 zur Druckseite der Pumpe führt. Eine mit dem Ventil 28 verbundene Membran 33 trennt eine Kammer 35 von der Kammer 32. Die Kammer 35 steht über eine Leitung 36 mit .einer den dosierten Brennstoff führenden Leitung 48 in Verbindung und ist beim dargestellten Beispiel mit der Kammer 32 über eine Drossel 37 verbunden, damit Luft über die Leitungen.36 und 48 zu den Brennstoffeinspritzdüsen gelangen kann und ein .einwandfreies Arbeiten des Ventils 28 gewährleistet ist. Eine Feder 34 in der Kammer 35 bestimmt den Überdruck über dem Brennstoffaustrittsdruck, bei dem das Ventil 28 öffnet und einen Rückfluß des von der Pumpe 27 kommenden Brennstoffes zur .Pumpenzuflußseite freigibt.
  • Von der Pumpe z7 strömt der Brennstoff durch eine Leitung 26' in ein Ventilgehäuse 4o einer Steuervorrichtung R. Ein in dieses Gehäuse eingesetztes Ventil 39 beherrscht zwei Ausflußöffnungen 41 und 41' und ist mit einer Steuermembran 38 verbunden, die zwei Membrankammern C und D gegeneinander abschließt. Eine Drossel 44 verbindet diese beiden Kammern miteinander. Eine Feder 42 in der Kammer C kann mittels einer Schraube 43 eingestellt werden und ist so gewählt, daß sie die Druckdifferenz an der Membran 38 wenigstens angenähert gleichhält.
  • Der durch die Drosselöffnungen 41 und 41' in die Kammer D eintretende Brennstoff gelangt durch eine Leitung 46 zu einer weiteren Steuervorrichtung FC, und zwar zunächst in ein Ventilgehäuse 45 dieser Vorrichtung, deren Austrittsöffnungen 47 und 47' eine Dosierdrossel 52 beherrscht. Den durch diese beiden Drosselöffnungen 47 und 47' aus dem Ventilgehäuse austretenden Brennstoff nimmt eine Kammer E, auf, von der eine Leitung 48 zu einer Ringleitung 49 (Fig. z) führt. An diese sind die einzelnen Brennstoffeinspritzdüsen 5 r über Leitungen 5o angeschlossen.
  • Die Dosierdrossel 52 ist mittels einer Stange 53 an ein Stellglied 54 eines Fli-ehkraftpendels angeschlossen, dessen Gewichtsarme 55 gleichfalls an dem Stellglied 54 angreifen und an Armen 56 eimer Welle 57 pendelartig gelagert sind. Die Welle-57 ist in dem Gehäuse 25 (vgl. auch Fig. r) gelagert und an dem aus dem Gehäuse herausragenden Ende 58 mit einer.Antriebsverzahnüng versehen.
  • Ein Handhebel 6ö greift vermittels einer Stange 61 und eines Hebels 62 an einem Zapfen 63 mit einem Hebel 64 an. Das gabelförmige Ende dieses Hebels liegt an einem Federteller 65 an, an den sich das eine Ende einer kegelförmig gewundenen Schraubenfeder 66 abstützt, für deren anderes Ende ein an der Ventilstange 53 befestigter Teller 67 vorgesehen ist. Durch Verstellen des Handhebels 6o wird der Federteller 65 auf der Ventilstange 53 verlagert und dadurch die Vorspannung der Feder 66 geändert. Eine solche durch (willkürlichen) Eingriff von- außen verursachte Änderung der Federkraft bedingt eine Störung des Gleichgewichtes am Fliehkraftpendel. Wird z. B. durch eine Rechtsschwenkung des Hebels 6o die Vor-, spannung der Feder 66 erhöht, dann wird das Ventil 52 gegen den Widerstand der Pendelgewichte 55 weiter geöffnet, so lange, bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt. Ein Ändern- der Federvorspannung -ist also gleichbedeutend mit einer Änderung des sogenannten Einstellwertes des Drehzahlreglers, d. h. jener Drehzahl, die das Fliehkraftpende155 gleichzuhalten bestrebt ist, indem es sich auf ein Gleichgewicht bei der gewählten Drehzahl einzustellen trachtet.
  • Die Leerlaufstellung des Drosselventils 52 kann mit Hilfe einer Schraube 68 genau eingestellt werden, während sich die größte Offenstellung dieses Ventils' mittels einer zweiten Anschlagschraube 69 einstellbar begrenzen. läßt. -Die beiden Steuervorrichtungen R und FC sind außer durch die Leitung 46 zwischen der Kammer D und dem Ventilgehäuse 45 noch durch eine zweite Leitung 70 miteinander verbunden. Diese führt von der Membrankammer C zur Kammer E und ist mit einer Drossel 71 ausgerüstet, deren Dtosselnadel 72 von einer Membrandose 73 od. dgl. als Funktion von Druck und Temperaturänderungen verstellt wird. Dabei ist die Dose 73 an einer Stelle anzuordnen, an der sie dem Staudruck und der Temperatur der dem Verdichter und der Turbine zuströmenden Luft ausgesetzt ist.
  • Die Steuerung arbeitet wie folgt: Im allgemeinen werden die Leitungskanäle bis zu den Einspritzdüsen 51 mit Brennstoff gefüllt sein. Es ist indessen angenommen, daß es kor dem Start leer ist. Dann ist -das Ventil 39 weit geöffnet und die Dosierdrossel 52 in Leerlaüfstellung. Nach Anwerfen- der Maschine wird Brennstoff durch die Leitungen ä6, 26' und das Ventilgehäuse 4ö in. die Kammer D gefördert und diese Kammer also mit Brennstoff gefüllt. Alsdann setzt der nachströmende Brennstoff seinen Weg durch die Leitung 46 und die Drosselöffnungen 47 und 47' in die Kammer E fort, um von dort durch die Leitung 48, den Ring 49 und die Leitungen 5o zu den Düsen 5 1 zu gelangen. Außerdem füllt sich durch die Drossel 44 auch die Membrankammer C und weiter die Leitung 7o bis in die Kammer E hinein.
  • Die Feder 42 in der Membrankammer C ist im Verhältnis zur Hubgröße der Membran 38 so ausgelegt, daß innerhalb der Membranhübe die von der Feder 42 ausgeübten Gegenkräfte als in erster Annäherung konstant zu gelten haben. Demgemäß hält die Membran 38 den Druckunterschied zwischen den beiden Kammern D und C konstant, indem das Ventil 39 so eingestellt wird, daß der Druck in D .im Gleichgewicht ist mit dem Gegendruck in C und der auf die Einheit der Membranfläche bezogenen Federkraft 42.
  • Da von der Kammer D zwei einander parallele Wege zur Kammer E führen, nämlich einmal über 46 und 47, 47''und zum anderen über 44, 70, 71, muß der Druckabfall über 47 und 47' stets gleich der Summe der Druckabfälle über .4.4 und 71 sein. Da der Druckabfall über 44 konstant bleibt, so gilt damit dies auch für die Durchflußmenge durch 4.q.. Diese konstante Menge strömt auch durch 71, so daß der Druckabfall über 71 sich umgekehrt zum Quadrat des von der Dose 73 eingestellten- Drosselquerschnittes ändert. Die Steuervorrichtung R schafft also in D einen absoluten Druck, der nach Maßgabe der eingestellten Vorspannung der Feder 42 größer ist als der Druck in C. Gleidizeitig sorgt die Steuereinheit R für einen absoluten. Druck in C, der um so viel .größer als der Druck in Eist, daß durch die Drossel 71 eine Menge strömt, die durch die unveränderliche Drossel 44 und den über ihr herrschenden (konstanten) Druckabfall bestimmt wird. Der Druckabfall über 47 und 47' ist demzufolge gleich der Summe des konstanten Druckabfalles über 44 und dem veränderlichen Druckabfall. über 71, und zwar veränderlich nach Maßgabe des Einflusses der Dose.73.
  • Die durch die Drosselöffnungen 47 und 47' den Brennkammern zugeführte Brennstoffmenge kann durch Ändern der Drosselquerschnitte 47, 47' und oder durch Ändern des Druckabfalles (Druck in D abzüglich Druck in E) verändert werden. Die Durchflußquerschnitte 47 und 47' beherrscht unmittelbar das Fliehkraftpendel 55, wogegen den Druckabfall an dieser Stelle die .Steuereinheit R im Zusammenarbeiten mit der Drossel 71 bestimmt.
  • Um in einer gegebenen Flughöhe zu beschleu= nigen oder zu verzögern, verstellt der Pilot den Handhebel 6o in der einen oder anderen Richtung. Dabei wird über 64 und 66 die Drossel 52 verlagert und demgemäß der Durchflußquerschnitt bei 47 und 47' geändert. Gleichzeitig werden die Gewichtspendel 55 über die Stange 53 neu eingestellt. Nach Maßgabe dieser Neueinstellung nimmt die Drehzahl der Maschine auf einen Wert zu oder ab, der mit der durch die Stellung des Handhebels 6o bestimmten Brennstoffmenge im Einklang steht. Das Fliebkraftpendel hält die Drossel 52 in der neuen Gleichgewichtslage gegen die Kraft der Feder 66 bei der durch Hebel 6o vorgegebenen Drehzahl.
  • Bei jeder mit dem Handhebel 6o verursachten Verstellung der Drossel 52 ändert sich augenblicklich der Druck in der Kammer D. Damit wird das Gleichgewicht an der Membran 38 gestört und demzufolge das Ventil 39 unverzüglich so verstellt, daß der Differenzdruck an der Membran 38 und also auch der Druckabfall über 47, 47' auf den durch die Vorspannung der Feder 42 vorgegebenen Wert zurückgeführt wird. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß der Drosselquerschnitt 71 ungeändert bleibt. Für irgendeine gegebene Stellung der Dose 73 arbeitet also die Membran 38 mit dem Ventil 39 im Sinne einer Gleichhaltung des Druckabfalles über 47 und 47'.
  • Nimmt die Dichte der Luft ab, so wird von der den Verdichter antreibenden Turbine bei gegebener Drehzahl eine kleinere Brennstoffmenge benötigt. Eine solche Brennstoffmengenänderung verursacht die Dose 73, indem sie sich bei Abnahme der Luftdichte ausdehnt und dadurch den Durchflußquerschnitt der Drossel 71 vergrößert, d. h. ihren Druckabfall vermindert. Der Rückgang des Druckabfalles über 71 bedingt aber auch eine Verkleinerung des Druckabfalles über 47 und 47' und damit schließlich eine Minderung der den Brennkammern zuströmenden Brennstoffmenge. Durch Ausbildung der den Durchflußquerschnitt 71 bestimmenden Drosselnadel 72 hat man es in der Hand, für einen vollkommenen Dichteausgleich in dem Sinne zu sorgen, daß die Turbinendrehzahl bei Höhenänderungen praktisch gleichbleibt, urid zwar bei derselben Stellung des Fliehkraftpendels 55 und damit auch des Drosselventils 52. Wenn die Drosselnadel 72 Diehteschwankungen nur teilweise ausgleicht, so strebt die Turbine eine Drehzahl= Steigerung an, so daß das Fliehkraftpendel und die Drossel 52 verstellt werden, und zwar im Sinne der Einhaltung einer Turbinendrehzahl, die von ihrem bisherigen Wert weniger abweicht als beim Fehlen jeder Dichteeinsteuerung.
  • Die Anschlagschraube 69 zur Begrenzung des Drosselhubes 52 - bei willkürlicher Drehzahlerhöhung - wird zweckmäßig so eingestellt, daß die größte Öffnung bei größter Drehzahl und größter Luftdichte gegeben ist. Hierzu veranschaulicht das Diagramm nach Fig. 3 angenähert die Brennstoffmenge als Funktion der Drehzahl bei großer Luftdichte, d. h. also in Bodennähe. Nach der Kurve 75 ändert sich - beim gleichmäßigen Arbei,len in Bodennähe - die erforderliche Brennstoffmenge als Funktion der Drehzahl. Bei den üblichen Maschinen und Motoren der erwähnten Art ist diese Kurve angenähert einer Potenzkurve dritten Grades, d. h. Q = e - n3. Die Gerade 76 ist die Brennstoffpumpenkennlinie (Fördermenge als Funktion der Drehzahl). Die Hubbegrenzung der Drossel 52 (Anschlag 69) versinnbildlicht die horizontale Gerade 77. Der Anschlag wird zweckmäßig nach Maßgabe der für die maximale Turbinendrehzahl erforderlichen Brennstoffmenge eingestellt. Gegebenenfalls kann auch eine etwas größere Brennstoffmenge zugelassen werden. Die untere Grenzstellung der Drossel 5a (Anschlag 68). gibt die horizontale Gerade 78 wieder. Der Anschlag 68 ist so einzustellen, daß die Gerade 78 die Kurve 75 an der Stelle der gewünschten Leerlaufdrehzahl der Turbine.in Bodennähe schneidet.
  • Arbeitet die Maschine z. B. mit einer Drehzahl von 5 - i o3 Umdr./min, also am Punkt 79 der Kurve 75, und stellt der Pilot den Handhebel 6o auf z. B. i04 Umdr./min (Punkt 8o der Kurve 75), dann öffnet die Feder 66 die Drossel 52 bis an den Anschlag 69. Der Druck in Kammer D fällt schnell ab, so daß auch der Differenzdruck an der Membran 38 augenblicklich absinkt. Die Membran 38 greift, wie geschildert, ein und führt durch öffnen des Ventils 39 den Differenzdruck wieder auf seinen Ausgangswert zurück. Die Brennstoffzufuhr zu den Brennern steigt sprunghaft etwa senkrecht von 79 aus an (vgl. Pfeile in Fig. 3), und zwar bis dicht an die Pumpenkennlinie 76 heran und folgt dieser dann bis zu dem durch die Einstellung des Anschlages 79 vorgegebenen Größtwert. Von da ab verläuft die Brennstofflinie .an der horizontalen 77 entlang bis zu dem zur eingestellten Drehzahl (io4Umdr./min) gehörigen Punkt 8o der Kurve 75. Damit schließt das Fliehkraftpendel teilweise wieder die Drossel 52 und stellt sich auf Gleichgewicht am Punkte 8o ein. Dieser liegt also etwas unterhalb der Horizontalen 77.
  • Soll die Drehzahl wieder auf 5 - io3 herabgesetzt, also zum Punkt 79 zurückgekehrt werden, dann wird der Handhebel 6o in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Das Fliehkraftpendel drückt dann die Drossel 52 gegen ihren Leerlaufanschlag 68. Demzufolge steigt der Druck in Kammer D sprunghaft an, worauf die Membran 38 unverzüglich das Ventil 39 zurückstellt und damit auch den Druckabfall über 52 auf seinen alten Wert zurückführt. Mit der Schließbewegung der Drossel 52 bis an den Anschlag 68 fällt' die Brennstoffmenge vom Punkt 8o aus lotrecht bis zur Horizontalen 78 ab und folgt dieser dann bis zum Ausgangspunkt 79. Mit Annäherung an diesen Punkt öffnet die Feder 66 die Drossel 52 und stellt Gleichgewicht am Punkt 79 her, so daß die Brennstofflinie von 78 aus ein wenig bis zu 79 ansteigt.
  • Da mit abnehmender Dichte der für eine gegebene Drehzahl erforderliche Brennstoff kleiner wird, so würde bei einer Beschleunigung im Höhenfluge - im Vergleich zu denselben Betriebshedingungen in Meereshöhe - ein überreiches Brennstoff-Luft-Gemisch ' eingesteuert und die Temperatur viel zu hoch werden, wenn nicht die größte Brennstoffmenge beim Beschleunigen .erheblich beschränkt wird.
  • Bei Maschinen und Triebwerken der erwähnten Art ändert sich die zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Drehzahl erforderlichen Brennstoffmenge ungefähr direkt mit der Dichte der zugeführten Luft. Die Kurve 75' nach Fig. 4 (der bei stetiger Drehzahl erforderliche Brennstoff) veranschaulicht die Beziehung von Brennstoff und Drehzahlfür den Höhenflug, für daln bei irgendeiner Drehzahl die Brennstoffmenge wesentlich kleiner als beim Flug in Bodennähe ist. Ohne Berücksichtigung der Luftdichte besteht beim Beschleunigen in hohem Maße die Gefahr einer zu großen Brennstoffmenge und damit der Überhitzung und Verbrennung der Turbinenschaufeln. Dieser Gefahr begegnet die Steuerung gemäß der Erfindung,. indem mit Höhengewinn der Druckabfall über der Drossel 52 verringert wird, und zwar dadurch, daß die Aneroiddose 73 sich ausdehnt und die Drosselnadel 72 den Durchflußquerschnitt bei 71 vergrößert, so daß der Druckabfall über 52 gleichfalls vermindert wird. Demzufolge nimmt die Brennstoffmenge bei gegebener Stellung der Drossel 52 ab. In der Anschlagstellung am Anschlage 69 -ist mithin die größte Brennstoffmenge beschränkt, und zwar z.B. auf einen durch die Horizontale 77' (Fig. 4) versinnbildlichten Wert. Dieser ist beträchtlich kleiner als der Wert der Horizontalen 77 JA Fig. 3, z. B. etwa nur halb so groß.
  • Wenn in dieser Höhe der Handhebel 6o zur Drehzahlerhöhung von 79' auf 8o' verstellt wird, so öffnet die Drossel 52 weit, und die Brennstoffmenge steigt (von 79) etwa lotrecht an bis zur Horizontalen 77', um dann an dieser entlang den Punkt 8o' zu erreichen. Mit Annähern an diesen Punkt erteilt das Fliehkraftpendel der Drossel 52 eine kleine Schließbewegung und stellt damit Gleichgewicht am Punkt 8o' her. Wäre ein Dichteausgleich nicht vorhanden, so würde beim Beschleunigen die Brennstoffmenge bis zur Horizontalen 77 (Fig. 3) zunehmen und die Flammentemperatur übersteigert werden.
  • Beim Verzögern sinkt die Brennstoffmenge von 8o' lotrecht bis auf die Horizontale 79' ab, um an dieser entlang den Ausgangspunkt 79' unter teil= weisem öffnen der Drossel 52 durch das Fliehkraftpendel und damit den neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen.
  • Bei den Leerlaufkennlinien nach den Fig. 5 und 6 handelt es sich um eine Kurve 82 für die Leerlaufmengen durch die Drosseln 47, 47' (Drossel 52 am Anschlag 68) als Funktion der Flughöhe. Danach nimmt dieLeerlaufbrennstoffmenge mitwachsender Höhe ab, und zwar auf Grund der geschilderten Ausgleichwirkung der Drosselnäde172. Die horizontale Gerade 83 versinnbildlicht die Menge durch die unveränderliche Drossel 44 und die Drossel 71 in die Kammer E. Diese Menge bleibt im wesentlichen gleich, weil außer einem gleichen Durchflußquerschnitt 44 auch der Druckabfall nach Maßgabe der Einstellung der Feder 42 zwangweise gleichgehalten wird. Der konstante Nebenstrom durch 44, 7o ergänzt bei allen Betriebszuständen den durch die Drosselöffnungen 47 und 47' in veränderlicher Menge zugeführten Brennstoff. Kurve 84 zeigt die gesamte Leerlaufmenge, d. h. die Summe aus dem veränderlichen und dem konstanten Teilstrom.
  • Bei der Bemessung der Leerlaufbrennstoffmenge ist zu bedenken, daß in allen Flughöhen eine genügend kräftige Flamme gewahrt bleibt, um auch beim plötzlichen Rückstellen der Drossel 52 mit dem Handhebel 6o in die Leerlaufstellung gegen ein Auslöschen der Flamme geschützt zu sein. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Leerlaufdrehzahl mit zunehmender Höhe heraufzusetzen. Für Einstellungen oberhalb der Leerlaufstellung ist jedoch eine im wesentlichen gleichbleibende Drehzahl bei Höhenänderungen erwünscht. Hieraus ergibt sich eine Schwierigkeit hinsichtlich der Gestaltung der Aneroiddrosselnadel72 oder einer an deren Stelle vorgesehenen Drossel, derart, daß diese eine Höhenkompensation sowohl im Leerlauf als auch bei größeren Leistungen gewährleistet. Diese Schwierigkeit kann dadurch gelöst werden, daß der konstante Zusatzteilstrom durch 44 und 71 verhältnismäßig klein gehalten wird. Nach Kurve 82 (Fig. 5) nimmt die höhenabhängige Menge durch 47, 47' mit zunehmender Höhe ab im Sinne einer in allen Höhen im wesentlichen gleichbleibenden Drehzahl. Der dieser Brennstoffmenge (Kurve 82) überlagerte konstante Zusatzstrom ist in der Höhe anteilmäßig (prozentual) größer als in Bodennähe, so daß die Leerlaufdrehzahl mit der Höhe nach der in Fig. 6 veranschaulichten Kennlinie ansteigt. Diese kann für manche Antriebe vorteilhaft sein und gilt für die Summe aus den beiden Teilströmen und eine Drehzahl von etwa 3 - 1o3 Umdr./min in Bodennähe sowie für eine Drehzahl von 6,5 - 1o3 Umdr./min im Höhenflug.
  • Der Zusatzstrom ergibt eine ähnliche, aber schwächere Wirkung bei größeren Leistungen. Die Brennstoffmenge durch 47, 47' nimmt nämlich mit steigender Leistung zu. Der kleine konstant bleibende Zusatzstrom wird deshalb bei nennenswerten Leistungen vernachlässigbar kein.
  • Es empfiehlt sich, das Ventil 39 und die Drosselöffnungen 41, 41' im Verhältnis zu den Drosselöffnungen 47, 47' für große Durchflußmengen zu bemessen, damit der Hub der Feder 42 möglichst klein ausfällt und ein schnelles Ansprechen beim Verstellen der Drossel 52 mittels Hebel 6o gewährleistet ist.
  • Die dargestellte Ausführung gilt nur als eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist also nicht auf alle Einzelheiten des Beispiels beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung mancherlei Abwandlungen möglich. So könnte z. B. die Drossel 71 unveränderlich ausgeführt und die Drossel 44 gesteuert werden. In einem solchen Falle ergeben sich veränderliche Druckabfälle bei 71 durch Ändern der Durchflußmenge statt durch Ändern des Durchflußquerschnittes für eine gleichbleibende Menge. In jedem Falle wird der Druckabfall von der Kammer D zur Kammer E bei gegebener Stellung der Drossel 52 im Sinne der gewünschten Höhenkompensation geändert. Desgleichen kommt die erfindungsgemäße Steuerung auch für eine direkt von Hand oder selbsttätig einsteilbare Brennstoffdosierdrossel in Betracht. Die verschiedenen Möglichkeiten sind@nach Maßgabe der jeweiligen Umstände und Erfordernisse zu wählen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennstoffsteuerung für Flugzeug-Gasturbinen .und -Turbinenstrahltriebwerke, deren Treibgaserzeugern verdichtete Luft und Brennstoff zugeführt werden, mit einer willkürlich nach Maßgabe einer gewählten Drehzahl einstellbaren BTennstoffdosierdrossel und mit einem Drehzahlregler, der die gewählte Drehzahl aufrechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß den Druckabfall über der Dosierdrossel (47, 47') .ein mit dieser im Brennstoffstrom in Reihe und vor ihr angeordnetes Steuerventil (39) beherrscht, das mittels eines druckempfindlichen Stellgliedes (38) in Abhängigkeit von dem Druckabfall über einer Hilfsdrossel (44) gesteuert wird, die in einem Nebensthluß (70) zur Dosierdrossel (47, 47') liegt; und daß der Nebenschluß (70) mit einer auf Schwankungen der Luftdichte ansprechenden Vorrichtung (72, 73) versehen ist, die den Druckabfall über der Dosierdrossel dichteabhängig ändert.
  2. 2. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß 4#m Nehenschluß (70) außer einer unveränderlichen Hilfsdrossel (44) eine nach Maßgabe der Luftdichteschwankungen gesteuerte Zusatzdrossel (72) vorgesehen ist.
  3. 3. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Stellglied (38) wirkende Druckdifferenz in allen Stellungen der Dosierdrossel (52) mittels einer Feder (42) konstant gehalten wird, deren Vorspannung vorzugsweise einstellbar ist.
  4. 4. Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (52) mittels eines unnachgiebigen Übertragungsgliedes (53) mit einem Drehzahlgeber (55) verbunden und ein nachgiebiges Zwischenglied (66) zwischen der Drossel (52), dem Drehzahlgeber (55) und einem für willkürliche Drehzahländerung vorgesehenen Stellglied (6o) eingeschaltet ist, so daß nach Einstellen dieses Gliedes auf eine gewählte Drehzahl oder Leistung der Drehzahlgeber die Drossel bei der gewählten Drehzahl im Gleichgewicht hält.
  5. 5. Steuerung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (68) zur Bestimmung der Leerlaufstellung der Drossel (52).
  6. 6. Steuerung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (69) zur Begrenzung der-größten Drosselöffnung (52).
DEB26498A 1945-10-06 1950-09-30 Brennstoffsteuerung fuer Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen Expired DE952142C (de)

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US952142XA 1945-10-06 1945-10-06

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DE952142C true DE952142C (de) 1956-11-08

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DEB26498A Expired DE952142C (de) 1945-10-06 1950-09-30 Brennstoffsteuerung fuer Gasturbinen und Turbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen

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DE (1) DE952142C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1626494B1 (de) * 1961-04-20 1970-10-29 Gen Motors Corp Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinen

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DE1626494B1 (de) * 1961-04-20 1970-10-29 Gen Motors Corp Brennstoffregelvorrichtung für Gasturbinen

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