NO155674B - System for regulering av brennstofftilfoersel til en motor av turbintype for akselerasjon av motoren fra tenning til tomgangsdrift. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for regulering av brennstofftilførselen til en motor av turbintype for akselerasjon av motoren fra tenning til tomgangsdrift, omfattende en anordning til regulering av brennstofftilførsel avhengig av et tilført innsignal.

Ved igangsettingen av en motor, dvs. regnet fra det tidspunkt motoren tenner til det tidspunkt motoren oppnår tomgangs-hastighet, er det kjent at brennstoffstyringen følger et forutbestemt skjema. Slike brennstoffstyringsskjemaer har hittil om-fattet en åpen krets, hvor en bestemt effektreguleringsstilling innledet et innebygget skjema med innretning til å forutse motorens driveffekt. Et innbygget skjema av dette slag var imidlertid ikke helt eksakt, etter som det utelot fra beregningen variasjoner i effekten hos ulike motorer av samme modell, reguleringsslitasje og liknende.

Hos mange tildligere kjente brennstoffregulerinsanordninger av den angitte type et det enkle fludiumtilførselskjerna utformet med åpen sløyfe og er forspent av temperaturen i den omgivende luft. Under startforhold er det imidlertid utilstrekkelig at bare forannevnte parametre taes med i beregningen, idet også andre indre motorparametre, som f.eks. temperatur og trykk, må tas i betraktning. Dersom en unnlater å gjøre dette, vil det under svært varierende startbetingelser kunne sette igangsettingen av motoren i fare.

Tilkomsten av elektroniske styre- eller reguleringssystemer disses raske reaksjonshastighet har ført til realisering av ønsket om å styre bestemte motdriftsparametre og optimalisere motorstart ved sterkt varierende startforhold. En viktig faktor er at motorakselerasjon til tomgang skjer så hurtig som mulig uten steiling eller overbelastning. Et slikt system er kjent fra US-patentskrift 3.520.133.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir motorens tilstand følgelig styrt fortløpende før og under startperioden. Angitte og avfølte parametre opprettholder optimal skjemasetting for brennstoff gjennom hele startoperasjonen ved å skape optimale akselerasjonsbetingeler uten at kompresjonssystemet steiler.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe et optimalt startreguleringssystem for en gassturbinmotor og som tillater hurtig overgang fra tenning til tomgang uten steiling.

Systemet er kjennetegnet ved et organ som blir påvirket av visse motordriftsparametre for beregning eller skjemasetting av et referansevridningsmomentsignal, et organ som blir påvirket av det virkelige vridningsmoment, som ved starten blir frembrakt av motoren, til dannelse av et virkelig vridningsmomentsignal for sammenlikning med referansevridningsmomentsignalet, og et organ for sammenlikning av referansevridningsmomentsignalet med signalet for det virkelige vridningsmoment, til dannelse av et feilsignal som er avhengig av forskjellen mellom signalene som blir fremmatet til brennstoffreguleringsanordningen.

Øvrige formål og fordeler med oppfinnelsen fremgår av etterfølgende detaljbeskrivelse under henvisning til tegningene, hvori: Fig. 1 viser et blokkdiagram over systemet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et blokkdiagram over en modifisert utførelses-form for oppfinnelsen.

Som det fremgår av fig. 1 består systemet ifølge oppfinnelsen av to grunnleggende logikkretser, som omfatter kjente elektroniske komponenter. Den første logikkrets anordnes som inngang til en addere 10, som frembringer et fludiumtilførsels-signal. Dette signal utgjør summen av det innledende brennstoff-tilførselsignal, som er en funksjon av gasstemperaturen nedstrøms av motorkompressoren, og den andre loggikkrets, som utgjør addererens 10 andre inngang.

Innledningsvis aktiverer kraftreguleringen manøverreléer 12, 14 i tidsinnstilt rekkefølge samt en tenningsforsinkelse 16. Tenningsforsinkelsen 16 tjener til å forsinke drift med lukket sløyfe inntil motoren har tent. Samtidig sørger en funksjonsgenerator 18, som skjemasetter tenningsbrenstofftilførselen som en funksjon av motortemperaturen, for å tilføre addereren 10 et signal for temperaturen ved eksempelvis turbininnløp eller -utløp. Dette signal viderebefordres til brennstoffreguleringsanordningen, som begynner å fylle brennstoffinnsugingsrøret, hvoretter motoren tenner og begynner å akselerere.

Dersom brennstofftilførselen skal holde seg konstant under startperioden, vil akselerasjonsgraden minske når motorrotorens hastighet øker, noe som skyldes det reduserte brennstoff/luft-forhold ved høye motorluftstrømninger. Ifølge oppfinnelsen forutsettes det at denne tilstand likerettes ved styring av visse motordriftsparametre og dannelse av et optimalt startskjerna.

Ifølge oppfinnelsen frembringes det ved hjelp av en funksjonsgenerator 20 ønsket vridningsmomentsignal i form av en funksjon av korrigert rotorhastighet (N/V©) og machtall multiplisert med kompressorens innløps- eller utløpstrykk (motorinn-løpstrykket er like anvendelig) og denne verdi multilpiseres med en passende konstant K^.

Vrideningsmoment-funksjonssignalets utgangseffekt multiplisert med produktet av kompressorinnløpstrykksignalet og konstanten K, i en multiplikator 22 blir tilført inngangen til en adderer 24.

Neste del av logikkretsen har til hensikt å frembringe et signal i avhengighet av det virkelige vridningsmoment. Kontrollen måler kompressorrotorens akselerasjon (N) og multipliserer denne med en konstant som er et moment av treghetskonstanten. Etter som tilbehør til fly, spesielt ved flyging i stor høyde, utnytter en høy prosentandel av det totale motorvridningsmoment, tar oppfinnelsen dette i betraktning ved å måle den virkelige rotorhastighet og frembringe et signal i avhengighet av flytilbehøret i en funksjonsgenerator 26. Signalet blit tilført en adderer 28 og adderes til multiplikanden av N- og I^-signalet. Sumsignalet fra addereren 28 blir tilført addereren 24, som frembringer et signal i avhengighet av forskjellen mellom det skjemasatte eller ønskete vridningsmomentsignal og det virkelige vridningsmomentsignal .

Addererens 24 utgangseffekt tilføres deretter addereren 10 via en integrator 30, som tjener til å regulere brennstofftil-førselen til den motorkraftstyrende hydromekaniske kontrollenhet.

Som det fremgår av det foregående, tjener tennreléet 14 til å lede forbi vridningsmomentfeilsignalet bare etter at motoren har tent. Tenningsstillingens forsinkelse 16 forinnstilles i kraftreguleringskretsen og regulerer påfyllingstiden for brenn-stof foppsamlingsrøret. Etter forsinkelsestidens utgang blir vridningsmomentfeilsignalet ledet til integratoren 30 og legges til grunnbrennstofftilførselen for tenning.

Dersom motoren av en eller annen grunn ikke skulle tenne i løpet av tenningsinnstillingens forsinkelsesperiode, vil kontrollenheter øke brennstofftilførselen i et forsøk på å mot-svare referansevridningsmomentet. Herved vil den beregnete økte brennstofftilførsel til motoren lette motorens tenning.

Gjennom oppfinnelsen vil logikkretsen med lukket sløyfe eliminere feilaktigheter i forbindelse med brennstofftilførsels-systemet, f.eks. måleventilstillingens trykk og liknende. Dersom det foreligger et problem i systemet, skjer det i elektronikk-kontrollen automatisk korrigering som følge av akselerasjons-karakteristika hos motoren med lukket sløyfe. Dessuten vil den kompensere for kaldt eller mindreverdig brennstoff ved automatisk korrigering av dårlig tenning.

Den alternative utførelsesformen av oppfinnelsen ifølge fig. 2 består likeledes av to hovedlogikkkretser som er bygget opp av kjente elektroniske komponenter.

Den første av disse er den akselerasjonsstartende logikk-kretsen, som er omsluttet av den stiplete blokk 29 og som fungerer som følger: Et startsignal 31 blir utnyttet til å utløse tenningsbrennstofftilførselen, som er beregnet til turbingass-temperaturen 32 (enten ved turbininnløpet eller -utløpet) via et relé 33, og denne brenstofftilførsel utgjør det innledende brenn-stof ftilførseslbehovet 34 for motoren.

Startsignalet setter også igang et tidur 35, som etter en bestemt tidsperiode aktiverer et relé 3 6 som leder forbi en brennstoffstrøm med varierende hastighet for ikke-tent motor (en funksjon av motorinnløps-, kompressorinnløps- eller -utløps-trykket multiplisert med K^ 37) via et rele 38, er min. velger-logikkrets 39 og en integrator 40, til tenningsbrennstofftil-førselen ved at en adderer 41, etter passasje av releet 33, til dannelse av et økt brennstofftilførselsbehov 34.

En tenningsdetektor 42 måler gasstemperaturen (enten ved turbininnløpet eller -utløpet) for å fastslå om det har funnet sted tenning i motoren. Utgangssignalet fra detektoren aktiverer releet 38, som avbryter brennstoffstrømmen med varierende hastighet for ikke-tent motor og leder forbi brennstoffstrømmen med trimmehastighet for tent motor. Det er åpenbart at tennings-detektoren 42 kan settes i funksjon før tidurets 35 syklus er avsluttet.

Brennstofftilførselen for trimmehastighet for tent motor, som passerer gjennom releet 38, min. velger logikkretsen 39, integratoren 40, addereren 41 og reléet 33 til dannelse av brenn-stof f tilf ørselsbehovet 34, blir frembrakt som følger: Machtall (eller flyhastighet) blir anvendt for å frembringe en brenstoff-tilførsels- eller trimmefunksjon 43 som påvirkes av motorinnløps-eller kompressorinnløps- eller -utløpstrykket via en multiplikator 44 og en integrator 45.

Brennstoffstrømmen for trimmehastighet for tent motor til-fører motoren en brennstoffstrøm tilstrekkelig langsomt etter tenning til at det unngås steiling av kompresjonssystemet. Når brennstofftilførselen øker kontinuerlig til min; selektoren 39, øker motorakselerasjonen inntil den andre hovedlogikkrets, nemlig akselerasjonslogikkretsen med lukket sløyfe, velges, i kraft av brennstofftilførselen for trimmehastighet for tent motor, ved minr selektoren 39.

Akselerasjonslogikkretsen med lukket sløyfe innenfor den stiplete blokk 60 fungerer som følger: Machtall (eller flyhastighet) og kompressorens (eller motorens) regulerte rotorhastighet blir utnyttet for å definere en vridningsmomentfunksjon 46, som påvirkes av trykkfunksjonen 4 7 (frembrakt av motorinnløps- eller kompressorinnløps- eller ut-løpstrykket påvirket av konstanten K,,) gjennom en multiplikator 4 8 for å frembringe referansemotor-vridningsmomentet som tilføres en adderer 49. Addererens andre inngangseffekt er et ytre vridningsmoment, som utgjøres av startvridningsmomentet og et ytterligere vridningsmoment tilført en adderer 50. Det ytterligere vridningsmoment representerer den ytre belastning som er tatt ut av motoren og er en funksjon av kompressorens (eller motorens) rotorhastighet 51. Startervridningsmomentet 52 frembringes av kompressorens (eller motorens) rotorhastighet, starterinnløpstemperatur og -trykk. Startervridningsmoment-signalet passerer gjennom en selektor 53, som aktiverer av startersignalet, som blir avgitt dersom starteren er virksom under motorens igangsetting eller ikke. Addererens 50 utgangseffekt kombinert med addereren 4 9 frembringer referanseakselera-sjons-vridningsmomentet som blir påtryket en adderer 54 sammen med motorakselerasjonen slik som beregnet ved kompressorens (eller motorens) rotorhastighet og en konstant K, 55. Addererens 54 utgangseffekt er vridningsmomentfeilen og utgjør forskjellen mellom de forhåndsberegnede vridningsmomenter og det målte akselerasjonsvridningsmoment for kompressorrotoren (eller motorrotoren). Et nedtrimmevridningsmoment, som er frembrakt av turbingasstemperatur (ved inn- eller utløp), blir anvendt til å oppheve vridningsmomentfeilen ved å benytte en min- selektor 57 i tilfelle av varmstart, forårsaket av steiling i kompresjonssystemet, eller det fås et brennstoffoverskudd ved start, slik at motorskader automatisk unngås. Minr selektorens 57 utgangseffekt, vridningsmomenttrinn, påvirkes av en konstant K. 58, noe som frembringer funksjonen for den lukkede kretsens brennstofftil-førseltrimmehastighet. Denne påvirkes av motorens eller kompressorens innløpstrykk ved en multiplikator 59 som frembringelse av den lukkede brennstofftilførselens trimmehastighet, som til-føres min:- selektoren 39. Som nevnt blir minr selektorens 39 utgangseffekt påvirket av integratoren 40, addereren 41 (tillegg til tenningsbrennstofftilførselen) og releet 33 for frembringelse av brennstofftilførselsbehovssignalet 34, som blir overført til de hydromekaniske kontrolleffektorene for å modulere brennstoff-tilførselen til motoren etter behov.

I samsvar med oppfinnelsen eliminerte logikkretsen med lukket sløyfe feilaktigheter i brennstofftilførselssystemet, f.eks. måleventilstillingene, trykk og liknende. Dersom det foreligger et problem i systemet, finner det automatisk sted korrigering ved hjelp av den elektroniske kontrollenheten som følge av den lukkede kretsens natur hos motorens akselerasjons-karakteristika. Variasjoner i brennstoff-forbrenningsegenskapene blir, avhengig av type, kvalitet og/eller temperatur, kompensert likeens automatisk som følge av den lukkede kretsens karakteri-stika.

Claims (8)

1. System for regulering av brennstofftilførselen til en motor av turbintype for akselerasjon av motoren fra tenning til tomgangsdrift, omfattende en anordning til regulering av brennstofftilførsel avhengig av et tilført innsignal, karakterisert ved et organ (20) som blir påvirket av visse motordriftsparametre for beregning eller skjemasetting av et referansevridningsmomentsignal, et organ (52) som blir påvirket av det virkelige vridningsmoment, som ved starten blir frembrakt av motoren, til dannelse av et virkelig vridningsmomentsignal for sammenlikning med referansevridningsmomentsignalet, og et organ (24,49) for sammenlikning av referansevridningsmomentsignalet med signalet for det virkelige vridningsmoment, til dannelse av et feilsignal som er avhengig av forskjellen mellom signalene og som blir fremmatet til brennstoffreguleringsanordningen.

2. System i samsvar med krav 1, hvor motoren.foruten til drift av fly, blir anvendt til drift av flytilbehør, karakterisert ved at det omfatter et organ (26,51) som blir påvirket av en motordriftparameter for omforming av denne til et vridningsmomentsignal for flytilbehøret, og et organ (28, 50) som blir påvirket av flytilbehørets vridningsmomentsignal og det virkelige vridningsmomentsignal, for frembringelse av et signal som gjengir motorens drivvridningsmoment og som blir anvendt som innsignal til komparatoren (24,49).

3. System i samsvar med krav 1 eller 2, hvor motoren omfatter en kompressor, karakterisert ved at det beregnete eller skjemasatte vridningsmomentsignal blir angitt som en funksjon av kompressorens hastighet og innløpstrykk, og at det virkelige vridningsmomentsignal blir angitt ved kompressorens akselerasjon og en forutbestemt konstant.

4. System i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at brennstofftilførselen til motoren blir innledet ved et gitt aktiveringssignal for påbegynnelse av tenning, og at det omfatter et tidsforsinkelsesorgan (16) som gjør systemet uvirksomt inntil tenningen har funnet sted.

5. System i samsvar med krav 4, karakterisert ved at brennstoffet til motoren i tenningsøyemed blir regulert som en funksjon av temperaturen ved turbinens innløp eller utløp.

6. System i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at et signal, som avhenger av machtallet, for-spenner nevnte skjemasatte vridningsmomentsignal.

7. System i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at det virkelige vridningsmomentet blir målt ved avføling av kompressorakselerasjon og multiplisering av denne med en gitt konstant.

8. System i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved et organ (29) som blir påvirket av turbinens innløps- eller utløpstemperatur for avføling av en varmstart av motoren til forspenning av signalet for det virkelige vridningsmomentet, i den hensikt å begrense varmeutvikling i motoren.