Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbi nenanlagen. Solche Anlagen weisen ein Kompressorsystem, eine Verbrennungsvor richtung, welcher Luft von dem Kompressor system zugeführt wird und in welcher Brenn stoff in der Luft verbrannt wird, und ein Turbinensystem auf, das durch die durch das selbe strömenden Verbrennungsprodukte an getrieben wird und den Kompressor antreibt.
Die Erfindung ist besonders, obschon nicht ausschliesslich, bei Gasturhinenanlagen an wendbar, die für Luftfahrzeugantrieb benutzt werden, wobei die Anlage eine Luftschraube oder ein in einem Leitkanal befindliches Ge bläse antreibt, oder die Vortriebskraft durch Strahlreaktion der zur Flugrichtung nach rückwärts ausgestossenen Auspuffgase er zeugt wird, oder beide Systeme gemeinsam benutzt werden.
Die Erfindung betrifft Gastumbinenanla- gen der Art, bei welcher das Turbinensystem zwei oder mehr unabhängige Rotoren auf weist, welche eine Mehrstufenturbine bilden können; auf diese Rotoren ist die Leistung für den Antrieb des Kompressorsy stems und in gewissen Fällen für die äussere Nutzlei stung aufgeteilt. Zum Beispiel kann eine An lage der erwähnten Art eine Zweistufentur bine aufweisen mit einem Hoch- und einem Niederdruckrad; die Rotoren sind unabhän gig, indem der Hochdruckrotor einen Hoch druckteil des Kompressorsystems, und der Niederdruekrotor den Niederdruckteil und. möglicherweise im Fall einer Luftfahrzeug anlage auch eine Luftschraube oder ein Ge bläse antreibt.
Eine andere Ausführungsform der Anlage der erwähnten Art kann eine Hochdraickturbine aufweisen, die das Kom- pressors- stem. antreibt, und eine Niederdruck turbine mit einem Rotor, der unabhängig von dem der Hochdruckturbine ist und eine Luft schraube oder einen andern Leistungsempfän ger antreibt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbinenanlage mit mindestens zwei unabhängigen Turbinenrotoren, die von einer gemeinsamen Verbrennungsvorrichtung mit Verbrennungsprodukten gespiesen wer den.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, da.ss für jeden Rotor ein Drehzahlregler vorgesehen ist für die Steuerung der Brennstofförderung zu der Verbrennungsvorrichtung. Vorteilhaft spricht jeder Drehzahlregler bei einer vor ausgewählten maximalen Drehzahl seines zu gehörigen Rotors an, um die Brennstofförde rung zu der Verbrennungsvorrichtung herab zusetzen, wodurch in dem Fall, dass irgend einer der unabhängigen Rotoren bestrebt ist, auf Übertouren zu laufen, die Brennstofför derung zu der Verbrennungsvorrichtung her abgesetzt und dadurch eine Beschädigung der Anlage infolge zu grossen Drehzahlen vermie den wird.
Gemäss einer Ausführungsform der Er findung weist eine Anlage eine Pumpe für flüssigen Brennstoff mit veränderlicher För- dermenge auf, welche Brennstoff zu der Ver brennungsvorrichtung fördert und eine hy draulische Servovorrichtung zur Steuerung der Brennstofförderung und einen Zentrifu galregler besitzt, welcher einem Rotor zu geordnet ist und wirksam wird, wenn eine vorausgewählte Maximaldrehzahl dieses Ro tors erreicht wird, um die Servovorrichtung zur Herabsetzung der Brennstofförderung durch die Pumpe zu steuern.
Zweckmässig hat der Zentrifugalregler die Gestalt eines im Pumpenkörper eingebauten Zentrifugallauf rades, wobei der durch das Laufrad erzeugte Staudruck verwendet wird, um die Servovor- richtung der Brennstoffpumpe zu steuern.
Gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung treibt jeder unabhängige Ro tor eine zugehörige Pumpe für flüssigen Brennstoff an, wobei die Brennstoffpumpen so angeordnet sind, dass sie in eine gemein same Brennstofförderleistung einer Verbren- nungsvorrichtung fördern, und wobei jeder der den Rotoren zugeordneten Drehzahlregler zur Wirkung kommt, um die Brennstofförde rung in die gemeinsame Förderleitung zu steuern.
Ausserdem ist es bei einer solchen Aus führungsform vorteilhaft, dass die Pumpen von der Bauart mit veränderlicher Förderung sind und durch eine gemeinsame hydraulische Servovorrichtung bezüglich der Förderung gesteuert werden, und dass die Drehzahlregler auf die gemeinsame hydraulische Servovor richtung einwirken, um die Brennstofförde rung zu steuern. Indem Fall somit, dass ir gendeiner der unabhängigen Rotoren der An lage bestrebt ist, eine vorausgewählte Dreh zahl zu überschreiten, wird die Förderung der gemeinsamen Brennstoffördervorrichtung herabgesetzt.
Gemäss einer andern vorteilhaften Aus- führungsform sind eine Mehrzahl von Brenn stoffpumpen, die in eine gemeinsame Brenn- stofförderleitung fördern und durch einen der Rotoren angetrieben werden, eine hydrau lische Servovorrichtung, die den Pumpen ge meinsam ist und deren Förderung steuert, und ein Zentrifugallaufrad vorgesehen, wel- ches von den Pumpen unabhängig ist, durch einen andern Rotor angetrieben wird und so angeordnet ist, dass der durch das Laufrad erzeugte Staudruck die Servovorrichtung der Brennstoffpumpen steuern kann. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Zentrifu gallaufrad z.
B. so angeordnet, dass es die Servovorrichtung durch den Staudruck steuert, der auf eine Membran- ausgeübt wird, welche ein Auslassventil der hydraulischen Servovorrichtung betätigt und dadurch die Brennstofförderung der Pumpen steuert.
Bei den zwei nachfolgend beschriebenen Beispielen von Gasturbinenanlagen sind zwei unabhängige Turbinenrotoren vorgesehen, wobei die Brennstofförderung zu der Ver brennungsvorrichtung so gesteuert wird, dass, wenn irgendeiner der Rotoren auf überteuren läuft, die Brennstofförderung herabgesetzt wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes dargestellt.
Fig. 1. veransehaulicht ein Beispiel, und Fig. 2 zeigt das zweite Beispiel.
In Fig. 1 weist die Gasturbinenanlage einen Axialkompressor auf, der Luft unter Druck zu einer Mehrzahl von Verbrennungs kammern 7-1 fördert, welchen flüssiger Brenn stoff durch Brenner oder Einspritzdüsen 12 zugeführt wird. Der Brennstoff wird in der Luft verbrannt, und die Verbrenntin-@spro- dukte gelangen zu einer Zweistufenturbine 1<B>)</B> a, welche unabhängige Turbinenrotoren 14, 15 besitzt. Der Turbinenrotor l-4 ist durch eine Hohlwelle 16 mit der Rotortrommel des Kompressors verbunden.
Der Turbinenrotor 15 treibt eine Welle 17 an, welche zur Welle 16 koaxial ist Lind welche über ein Getriebe 18 mit einem Nut.-leistiuzgsempfänger ver bunden ist, der als eine Luftschraube 19 an gegeben ist, welche zweckmässig von der Bau art mit veränderlicher Steigung ist. Die Aus puffgase verlassen die Turbine durch eine Auspuffvorrichtung 20.
Der Brennstoff wird den Brennern 12 der Verbrennungsvorrichtung durch eine Speise leitung 21, in welcher eine Drossel 22 liegt, von einem Paar Brennstofförderpumpen 23, 24 mit veränderlicher Förderung und mehre ren Kolben zugeführt.
Die Brennstoffpumpe 23 wird durch die Welle 16 über eine Übertragung 25 angetrie ben, und die Brennstoffpumpe 24 wird unab hängig von der Welle l7 über eine Übertra gung 26 angetrieben. Die Übertragungen 25, 26 sind vorteilhaft so ausgebildet, dass die Drehzahlen der Pumpen gleich sind.
Die Brennstoffpumpen 23, 24 (welche ge wünschtenfalls doppelt sein können) sind parallel zwischen der Brennstoffeinlassleitung 27 und der gemeinsamen Brennstoffzuführ leitung 21 zu den Brennern 12 eingeschaltet.
Jede Pumpe weist einen Pumpenkörper 28 auf, in welchem, eine Mehrzahl von hin- und hergehenden Kolben 29 liegen; der Hub der Kolben wird mittels einer Schrägscheibe 30 verändert, deren Neigungswinkel durch den Verstellkolben 31 einer Servovorrichtung ge steuert wird. Die Kolben 31 der zwei Servo- vorrichtungen sind in einer Richtung durch Federn belastet, und die gleichen Enden der zwei Zylinder sind miteinander verbunden, und zwar ein Paar von Enden durch die Leitung 32 und die andern Enden durch die Förderleitungen 33.
Die obern Seiten der Kolben sind dem Brennstoff-Förderdruek ausgesetzt, welcher somit der Federvorspan nung entgegenwirkt, und die gegenüberlie genden Seiten der Kolben stehen mit der Brennstofförderseite der Pumpe über eine Drosselöffnung 34 in Verbindung. Die Unter seiten der Kolben sind mit der Saugseite der Brennstoffpumpen durch eine normalerweise geschlossene Leitung 35 verbunden, deren Ausflussöffnung durch ein Plattenventil 36 gesteuert wird.
Es ist klar, dass, da die Servo- vorrichtungen miteinander verbunden sind, sie ein gemeinsames Servosystem bilden, so dass Veränderungen des Neigungswinkels der Schrägscheibe einer Pumpe von gleichen Ver änderungen des Neigungswinkels der Schräg scheibe der andern Pumpe gefolgt sind.
Jeder Pumpenkörper 28 ist mit radialen Bohrungen 37 ausgebildet, die über einen zentralen Kanal 38 mit der Saugseite der Pumpe in Verbindung stehen, so dass der Pumpenkörper als Zentrifugalpumpe wirkt, die auf eine Seite einer Membran 39 fördert, welche durch eine gespannte Zugfeder 40 be lastet wird. Die gegenüberliegende Seite der Membran ist mit der Saugseite der Pumpe verbunden. Die Wirkring dieser Drehzahl regulierung besteht bekanntlich darin, die Pumpenfördermenge bei einer maximalen Drehzahl zti begrenzen, mit welcher die Pumpe angetrieben wird.
Wenn diese Pum pendrehzahl das Bestreben. hat, überschritten zu werden, berührt die Membran einen Schwinghebel 42, der das Plattenventil. 36 Öffnet, um dem Brennstoff zu gestatten, von der Unterseite -des Kolbens abzuströmen, so dass der Neigungswinkel der Schrägscheibe 30 und damit die Kolbenhübe herabgesetzt werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird bei dieser Konstruktion die Pumpe 23 von dem Tur- binexirotor 14 angetrieben, und die Pumpe 24 wird von dem unabhängigen Turbinenrotor 15 angetrieben. Sobald der Turbinenrotor 14 bestrebt ist, seine maximal zulässige Drehzahl zu übersteigen, wird somit das Plattenventil 36 der Pumpe 23 geöffnet, und sobald der Turbinenrotor 15 bestrebt ist, seine zulässige Drehzahl zu übersteigen, wird das Platten ventil 36 der Pumpe 24 geöffnet.
Es ist so mit ersichtlich, dass, wenn irgendeiner der Turbinenrotoren 14, 15 bestrebt ist, seine maximal zulässige Drehzahl zu übersteigen, die Brennstofförderung der beiden Pumpen 23, 24 herabgesetzt wird, was die Förderung zu den Brennern 12 der Verbrennungsvor- richtung über die gemeinsame Brennstoffzu- fuhrleitung 21 herabsetzt.
Das den zwei Pumpen 23, 24 gemeinsame hydraulische System schliesst auch eine baro metrische Drucksteuervorrichtung 43 von ir gendeiner bekannten KonstTUktion ein, um die Brennstofförderung der Pumpen entspre chend Veränderungen des atmosphärischen Druckes zu verändern.
Bei der in Fig.2 dargestellten alternati ven Anordnung werden beide Brennstoff- pumpen 23, 24 von dem gleichen Turbinen rotor 14 über eine Übertragung 44 angetrie ben. Es ist jedoch möglich, dass nur eine ein zelne Pumpe vorhanden ist; es wird jedoch vorgezogen, zwei Pumpen vorzusehen, um eine grosse Fördermenge zu gewährleisten, und damit im Falle des Aussetzens einer Pumpe eine entsprechende Zuführung von Brennstoff von der andern Pumpe erhalten wird. Beide Pumpen werden gleich ein gestellt, so dass im Falle, dass der Turbinen rotor 14 bestrebt ist, seine maximal zulässige Drehzahl zu übersteigen, die Förderung der Pumpen zu den Brennern 12 herabgesetzt wird.
Der Turbinenrotor 15 treibt in diesem Falle zusätzlich zum Nutzleistungsempfänger, wie einer Luftschraube mit veränderlicher Steigung, eine Zentrifugalpumpe 45 über eine Übertragung 46 an. Der Einlass zu der Zen trifugalpumpe ist über eine Leitung 47 mit der Saugseite der Pumpen 23, 24 verbunden, und die Förderseite der Pumpe 45 ist mit einer auf einer Seite einer Membran 49 lie genden Kammer einer Steuereorrichtung 48 verbunden. Die andere Kammer dieser Steuer vorrichtung 48 ist mit der Einlassseite der Zentrifugalpumpe 45 verbunden, so dass die Membran 49 einer Druckbelastung ausgesetzt ist, welche sich entsprechend der Drehzahl des Turbinenrotors 15 verändert.
Wenn sich die ser Druck erhöht, wird die Membran 49 ent gegen der Spannung einer Zugfeder 50 ver schoben, und bei einer vorgewählten Drehzahl des Rotors 15, das heisst der maximal zulässi gen Drehzahl des Rotors, ist die Membran 49 so verschoben, dass sie einen Hebel 51 schwingt, um ein Plattenventil 52 zu öffnen, das eine Auslassleitung 53 der Leitung 32 steuert, welche die Unterseiten der Kolben 31 der Servovorrichtungen verbindet. Diese Wirkung ruft eine Herabsetzung in der För derung der Pumpen 23, 24 zu den Brennern der Verbr ennungsvorrichtung hervor.
Es ist daher ersichtlich, dass, sobald wie bei der vorhergehenden Konstruktion einer der Turbinenrotoren 14,15 bestrebt ist, seine maximal zulässige Drehzahl zu übersteigen, die Brennstofförderung zur Verbrennungs vorrichtung herabgesetzt wird.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung eine Begrenzung der maxianalen Drehzahl jeder der Turbinenrotoren, unabhängig von der maximalen Drehzahl irgendeines an dern Turbinenrotors, ermöglicht; diese Eigen schaft ist von besonderem Vorteil, wenn, wie bei den beschriebenen Konstruktionen, eine Luftschraube durch einen der Rotoren an getrieben wird, welche Luftschraube als Folge einer Änderung der Steigungseinstellung und/ oder der veränderlichen Flugbedingungen einer veränderlichen Belastung ausgesetzt ist.
Im Falle des Versagens des Luftschrauben- verstellsystems würde die Steigung normaler weise bestrebt sein, sieh selbst rasch auf einen kleinen Wert einzustellen, was die Belastung auf die sie antreibende Turbine herabsetzt, welche daher das Bestreben hat, mit Über touren zu laufen. Die Erfindung ermöglicht, ernsthafte Schäden der Anlage zu vermeiden, die sich aus einem solchen Versagen ergeben können.
Auch im normalen Betrieb, besonders wenn eine die Steigung der Luftschrauben flügel einstellende Vorrichtung vorhanden ist, welche die Drehzahl der Luftschraube auf einem konstanten Wert hält, wenn sieh die Belastung der Luftschraube verändert, und die mit einem Drosselventil in der gemeinsa men Brennstoffzuführung mechanisch ver bunden ist, können die Eigenschaften der unabhängigen Rotoren während der Beschleu- nigung verschieden sein;
beispielsweise kann diese Einstellvorrichtung so sein, dass sie während der Einstellung der Steigung der Luftschranibenflügel eine rasche Besehleuni- gting des sie antreibenden Turbinenrotors be wirkt; das vorstehend angedeutete Übertou- renreglersystem wird ein solehes Laufen des Rotors auf Übertouren verhindern.