<Desc/Clms Page number 1>
Elektrische Steuereinrichtung für eine Maschine, insbesondere für ein Strahltriebwerk Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuereinrichtung für eine Maschine, insbesondere für eine Gasturbinenanlage, wie sie als Strahltriebwerk für Flugzeuge verwendet wird.
Durch diese Steuereinrichtung soll eine automatische Steuerung des Beschleunigungsvorganges zum Beispiel einer Gasturbinenanlage in Flugzeugen ermöglicht werden, wobei innerhalb eines gewissen Bereiches eine Regelung der maximalen Brennstoffzufuhr während der Beschleunigung erfolgt, während in einem Bereich höherer Leistung die Regelanlage in einen andern Betriebszustand kommen soll.
Um bei einem Strahltriebwerk einen grossen Variationsbereich für die Antriebskraft, d. h. für den Schub zu erreichen, und um rasche Änderungen des Schubs erzielen zu können, wird Bekannterweise eine Turbinenauspuffdüse mit verstellbarem Austrittsquerschnitt verwendet. Mit einer derartigen verstellbaren Auspuffdüse sollte eine Regeleinrichtung verbunden sein, damit die Düsenöffnung der Maschinendrehzahl selbsttätig angepasst wird, und bei einer Änderung der Schubkraft durch den Piloten die Maschinenanlage immer mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad arbeitet.
Eine derartige Regelung soll bewirken, dass mit der Einstellung höherer Schubkraft die Düsenöffnung kleiner wird. Wird vom Piloten der Bedienungshebel - nachstehend als Schubkraftwähler bezeichnet - plötzlich in eine Stellung hoher Schubkraft gebracht, was zuletzt eine Verminderung der Düsenöffnung zur Folge haben muss, würde normalerweise die Regeleinrichtung alle der neuen Stellung des Schubkraftwählers entsprechenden Einstellungen der Betriebsbedingungen gleichzeitig veranlassen. Also kann die Düsenöffnung auch während der Beschleunigungsperiode verringert werden, da der Verstellmechanismus schneller reagieren kann als die Gasturbine.
Eine solche Verringe- rung des Auspuffquerschnittes bei gleichzeitiger Beschleunigung der Maschine verringert aber die Drehzahländerung, weil eine kleinere Düsenöffnung einen grösseren Rückstau im Auspuff der Turbine verursacht, der seinerseits die Strömungsgeschwindigkeit des von den Brennkammern durch die Turbine strömenden Gases bei konstantgehaltenem Druck in den Brennkammern beeinflusst. Demnach ist es erwünscht, eine Regelanlage zu verwenden, durch welche keine Verringerung des Auspuffquerschnittes verursacht werden kann, solange die Maschinendrehzahl zunimmt.
Weiterhin wird eine Regelanlage angestrebt, die sowohl eine Verringerung des Düsenquerschnittes als auch eine Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner verhindert, solange die Maschine beschleunigt wird.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuereinrichtung für eine Maschine, welche Einrichtung einen Regler für eine Betriebsgrösse, welche die Maschinendrehzahl beeinflusst, aufweist, der mit einer ersten veränderbaren Spannungsquelle zur Einstellung einer der erwünschten Drehzahl entsprechenden Spannung, mit einer dieser ersten Spannung entgegenwirkenden Spannung aus einer zweiten ver- änderbaren und von der jeweils erreichten Drehzahl abhängigen Spannungsquelle und mit von den vereinigten Signalen der zwei Spannungsquellen abhängigen Mitteln zur Beeinflussung der drehzahlbestimmenden Betriebsgrösse versehen ist.
Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung ist gekennzeichnet durch eine Beschleunigungsregelschaltung, die auf vereinigte Signale der genannten zwei Spannungsquellen anspricht, wenn dieselben durch ihre Polarität eine Einstellung der Regelanlage auf eine höhere als die herrschende Drehzahl anzeigt, und durch von der Beschleunigungsregelschaltung betätigbare Schaltmittel für mindestens einen elektrischen Stromkreis
<Desc/Clms Page number 2>
zwecks Umschaltung der Steuereinrichtung der Maschine während deren Beschleunigung auf eine andere Betriebsweise dieser Einrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Von diesen zeigt: Fig. 1 ein Schema des Ausführungsbeispiels der Steueranlage eines Strahltriebwerkes und Fig.2 ein Diagramm über die erwünschte Einstellung von Düsenquerschnitt, Maschinendrehzahl und Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner für verschiedene Stellungen des Schubkraftwählers.
Die Gasturbinenkraftanlage 10 nach Art der Strahltriebwerke besitzt einen Rotor 11, einen Kompressor 12, die Brennkammern 13 und ein Auspuffrohr 15, an dessen Mündung eine im Strömungsquerschnitt verstellbare Düse 16 vorgesehen ist. Im Auspuffrohr 15 ist der Nachbrenner 17 angeordnet. Die Hauptbrenmer 18 in den Brennkammern 13 werden über die Leitung 19 vom Hauptventil 20 mit Brennstoff versorgt, das seinerseits über die Brennstoffleitung 21 an einem Brennstoffbehälter (nicht gezeichnet) angeschlossen ist.
Seitens des Schubkraftwählerhebels 22 wird der Abgriff 23 eines Potentiometers 25 über die Welle 24 eingestellt und eine Gleichspannung an demselben abgegriffen, die einer erwünschten Maschinendrehzahl entspricht. Das Potentiometer 25 wird seitens einer geeigneten Spannungsquelle 26 gespeist, deren einer Pol bei 27 geerdet ist. Der Abgriff 23 ist über die Leitung 28 mit einem Widerstand 29 verbunden, an welchem eine Signalspannung proportional der Maschinendrehzahl steht, die von einem Gleichrichter 30 geliefert wird, der seinerseits über den Transformator 34 und die Leitungen 31 von einem mittels der Welle 33 vom Rotor 11 angetriebenen Tachometergenerator 32 gespeist wird.
Die vom Generator 32 über den Gleichrichter 30 am Widerstand 29 erzeugte Spannung weist die umgekehrte Polarität wie die am Abgriff 23 eingestellte Spannung auf, so dass am Anschluss 35 des Widerstandes 29 die Spannung gegen Erde zu Null wird, sobald die mit dem Potentiometerabgriff 23 gewählte Drehzahl von der Maschine erreicht ist. Sobald eine Abweichung der tatsächlichen von der eingestellten Drehzahl auftritt, entsteht am Anschluss 35 eine Fehlerspannung , die über den Widerstand 36, die Leitung 37, den Widerstand 38, die Leitung 39, den Widerstand 40 und die Leitung 41 zum Verstärker 42 gelangt.
Dieser Verstärker 42 ist von üblicher Bauart und speist über seine Ausgangsleitungen 43 den Verstellmotor 44, der über seine durch die Linie 45 angedeutete Welle eine Nockenscheibe 46 verdreht und damit das Brennstoffventil 20 über den auf der Nockenscheibe gleitenden Fühler verstellt. Tritt an der Eingangsleitung 41 des Verstärkers 42 ein Drehzahlfehlersignal auf, dann wird durch das verstärkte Signal über die Ausgangsleitungen 43 der Verstellmotor 44 betätigt, und zwar in einer Drehrichtung, die entweder eine Erhöhung oder eine Ver- ringerung der Brennstoffzufuhr über das Ventil 20 zwecks Vergrösserung bzw. Verkleinerung der Maschinendrehzahl bewirkt.
Um Pumperscheinungen des Kompressors der Maschine bei zu grosser Brennstoffzufuhr zu vermeiden, ist hier eine Begrenzerschaltung für die Brennstoffhöchstmenge vorgesehen, durch welche die maximale Brennstoffzufuhr abhängig vom Ausgangsdruck des Kompressors 12 bestimmt wird. Eine geeignete Schaltung für diesen Zweck besteht aus einer an der Eingangsleitung 41 des Verstärkers 42 angeschlossenen Diode 47, deren Kathodenleitung 48 an einem beweglichen Abgriff 49 des Potentio- meters 50 liegt.
Die Verstellung des Abgriffes 49 erfolgt abhängig vom Druckunterschied zwischen einer evakuierten Druckmessdose 51 und einer zweiten Druckmessdose 52, die über die Leitung 53 mit dem Ausgang des Kompressors 12 verbunden ist und sich entsprechend dem dort herrschenden Druck verstellt. Parallel zum Potentiometer 50 liegt einerseits das Nachlaufpotentiometer 54 über einen Vorwiderstand 55 und anderseits eine geeignete Gleichspannungsquelle 56. Der Abgriff 57 des Potentio- meters 54 ist mechanisch mit der Welle 45 des Verstellmotors 44 für das Brennstoffventil 20 verbunden und liegt elektrisch an Erde.
Diese Regelschaltung verhindert, dass die Brennstoffzufuhr einen durch die Stellung des Abgriffes 57 am Nachlaufpotentiometer 54 bestimmten Höchstwert überschreitet, wobei eine Druckänderung am Kompressorausgang und die entsprechende Verstellung des Abgriffes 49 den jeweiligen Höchstwert beein- flusst. Würde nämlich der Abgriff 57 die vom Abgriff 49 eingenommene Stellung überschreiten, so ergäbe sich eine gegenüber der Anode der Diode 47 negative Spannung der Kathodenleitung 48, womit die Diode 47 stromführend würde.
In diesem Fall würde über die hintereinandergeschalteten Widerstände 36, 38, 40 die vom Anschluss 35 herrührende Spannung derart vermindert, dass keine merkliche positive Fehlerspannung am Eingang des Verstärkers 42 entstehen kann, sondern die Eingangsleitung 41 sogar negativ wird, was eine Schliessbewegung des Verstellmotors 44 bewirkt, bis gleiche Stellung der Abgriffe 49, 57 erzielt ist.
Nach dem Erreichen der ungefähren Höchstdrehzahl der Maschine ist eine grössere Brennstoffmenge zulässig, als der von der Begrenzerschaltung normalerweise bestimmten Maximalmenge entspricht. Hierzu sind die normalerweise offenen Relaiskontakte 58 vorgesehen, durch welche der Vorwider- stand 55 des Potentiometers 54 kurzgeschlossen werden kann. Diese Kontakte 58 gehören dem Relais 59 an, das als Beschleunigungsrelais bezeichnet wird, da es nur beim Beschleunigungsvorgang zum Ansprechen gebracht wird, aber während der andern Betriebszustände stromlos ist.
Während einer Beschleunigung und bei geschlossenen Kontakten 58 ist, wegen der überbrückung des Vorwiderstandes 55, im Arbeitsbereich der Begrenzerschaltung die vom Ab-
<Desc/Clms Page number 3>
griff 57 bestimmte Höchstbrennstoffmenge weitgehend proportional der Einstellung des Abgriffes 49, der seinerseits vom Ausgangsdruck des Kompressors gesteuert wird.
Findet jedoch keine Beschleunigung statt, so ist das Relais 59 stromlos, die Kontakte 58 sind offen, und der Vorwiderstand 55 des Potentio- meters 54 ist wirksam, und zwar in gleicher Weise, als ob der Abgriff 57 auf dem Potentiometer 54 ein entsprechendes Stück zurückgeschoben wird, so d'ass erst bei einer grösseren Öffnung des Brennstoffventils 20 der Abgriff 57 die vom Abgriff 49 bestimmte Grenzstellung einnimmt. Somit ist bei stromlosem Relais 59 der Arbeitsbereich der Begrenzerschaltung auf einen grösseren Brennstoffhöchstwert eingestellt.
Es wird nunmehr der Stromkreis für die Erregung des Relais 59 beschrieben. Vom Anschluss 35 des Widerstandes 29, an welchem die Drehzahlfehler- spannung auftritt, führt eine Leitung über den Widerstand 60 zu einem Verstärker 61. Dieser ist ausgangs- seitig über einen Widerstand 62 mit dem Steuergitter 63 einer Röhre 64 verbunden, in deren Anodenkreis die Wicklung 65 des Beschleunigungsrelais 59 und eine Anodenspannungsquelle 66 liegt. Das Steuergitter 63 besitzt eine negative Vorspannung seitens der Batterie 67 über die Widerstände 68 und 62.
Der Verstärker 61 bewirkt keine Änderung der gegenseitigen Polaritäten, so dass beim Auftreten eines positiven Drehzahlfehlersignals das Relais 59 im Anodenkreis der Röhre 64 erregt wird. Ein solches Fehlersignal zeigt aber an, dass die augenblickliche Maschinendrehzahl niedriger als die am Poten- tiometer 25 eingestellte Drehzahl ist, was eine Vergrösserung der Brennstoffzufuhr und eine Beschleunigung der Maschine erforderlich macht. Das Beschleunigungsrelais 59 wird also nur dann erregt, wenn tatsächlich ein Beschleunigungsvorgang bevorsteht oder stattfindet. Weist der Anschluss 35 keine oder eine negative Spannung gegen Erde auf, dann bleibt das Beschleunigungsrelais 59 stromlos.
Die seitens der Batterie 67 erzeugte Vorspannung des Steuergitters 63 wird vorzugsweise derart gewählt, dass ein Mindestwert des positiven Drehzahlfehler- signals am Anschluss 35 zum Ansprechen des Relais 59 erforderlich ist, dessen Grösse einem Unterschied zwischen eingestellter und tatsächlicher Dreh- zahl von mindestens etwa 2,5 % der Maximaldreh- zahl der Maschine entspricht.
DerAbgriff 23 des,Drehzahlwählpotentiometers 25 kann bis zu einer Stellung vorgeschoben werden, die der erwünschten Höchstdrehzahl der Maschine entspricht, so däss erst beim Erreichen dieser Höchstdrehzahl an der Maschine das Drehzahlfehlärsignal am Anschluss 35 zu Null wird und dann über den Verstärker 61 und die Röhre 64 das Beschleunigungsrelais 59 stromlos wird. Es ist jedoch zusätzlich eine die Tachometerfrequenz überwachende Drehzahlbegrenzungsschaltung vorgesehen, die dann in Funktion tritt, wenn der Potentiometerabgriff 23 über die der Höchstdrehzahl entsprechende Stellung hinaus verschoben wird, und das Ansteigen der Drehzahl über diesen Höchstwert hinaus verhindert.
Diese Schaltung besitzt ein frequenzabhängiges Netzwerk, das unmittelbar mit den Ausgangsleitungen 31 des Tachometers 32 verbunden ist und aus einer Serienkapazität 69 sowie einer Parallelinduktivität 70 besteht. Mit der Induktanz 70 kann ein weiterer Kondensator 71 in Reihe geschaltet werden, um die Flankensteilheit der Frequenzcharakteristik zu erhöhen. Die Ausgangsspannung dieses frequenzabhän- gigen Netzwerkes gelangt über die Leitung 72 zur Kathode der Diode 73, der seitens einer geeigneten Spannungsquelle 74, eine am Potentiometer 75 abgreifbare positive Vorspannung über den Serienwiderstand 76 zugeführt wird.
Sobald die Maschine die vorgesehene Höchstdrehzahl erreicht, überträgt das Füter- netzwerk 69, 70, 71 die vom Tachometergenerator 32 erzeugte Wechselspannung mit genügend geringer Dämpfung, dass deren negative Amplituden die positive Kathodenvorspannung aufheben, also die Diode 73 entsperrt wird. Der Stromfluss durch die Diode 73 verhindert ein weiteres Ansteigen der am Anschluss 35 auftretenden positiven Fehlerspannung, so dass keine weitere Drehzahlsteigerung stattfinden kann.
Zur Glättung der unerwünschten Spannungsschwankungen an der Leitung 37, verursacht durch die jeweils nur während der Halbperioden leitenden Diode 73, ist der Kondensator 77 zum Diodenzweig parallel geschaltet.
Beim Wirksamwerden der Drehzahlbegrenzungs- schaltung hätte eine konstante positive Fehlerspannung am Anschluss 35 ein dauerndes Ansprechen des Beschleunigungsrelais 59 zur Folge. Da dies natürlich unerwünscht ist, liegt eine Diode 78 am Eingang des Verstärkers 61 für das Beschleunigungsrelais 59, die kathodenseitig vom Kondensator 79 die bei der Höchstdrehzahl auf der Leitung 72 erscheinende Wechselspannung zugeführt erhält. Die Diode 78 ist ferner positiv vorgespannt über den Spannungs- teiler 80, 81, der am Potentiometer 75 der Spannungsquelle 74 liegt.
Wie die Diode 73 wird also auch die Diode 78 stromführend, sobald eine Spannung am Ausgang des Filternetzwerkes auftritt, und bewirkt durch den Spannungsabfall im-Serienwider- stand 60 eine starke Herabsetzung der Eingangsspannung am Verstärker 61, so dass das Beschleunigungsrelais 59 nicht ansprechen kann. Da die Kathode der Diode 73 die Vorspannung am Abgriff des Potentiometers 75 aufweist, die Kathode 78 dagegen eine demgegenüber durch den Spannungsteiler 80, 81 verringerte Vorspannung besitzt, wird die Diode 78 bereits bei einer niedrigeren Frequenz des Tacho- metergenerators und damit bei einer kleineren Maschinendrehzahl entsperrt als die Diode 73.
Also wird das Beschleunigungsrelais 59 bereits bei einer Drehzahl unterhalb der Höchstdrehzahl stromlos. Die Vorspannung für die Diode 78 wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Spannungsverminderung am Verstärker 61 und ein Abfallen des Beschleunigungsrelais 59 bei einer Drehzahl eintritt, die ungefähr 2,5 % unterhalb der Höchstdrehzahl liegt.
Da die
<Desc/Clms Page number 4>
Vorspannung der beiden Dioden 73 und 78 aus der gleichen Spannungsquelle 74 über das gemeinsame Potentiometer 75 entnommen wird, bringt eine Verstellung dieses Potentiometers 75 keine Änderung des gegenseitigen Verhältnisses beider Vorspannun- gen mit sich.
Zur Gewährleistung der Einhaltung der höchstzulässigen Maschinentemperatur sind die Thermo- elemente 82 im Auspuffrohr 15 unmittelbar am Ausgang der Turbine 14 zur Ermittlung der Maschinentemperatur vorgesehen. Die Spannung von diesen Thermoelementen 82 ist über die Leitungen 82' mit einer festen Bezugsspannung in Gegenrichtung in Serie geschaltet, die von einer Spanungsquelle 84 über den Vorwiderstand 85 im Serienwiderstand 83 erzeugt wird. Die vereinigten Spannungen der Thermoelemente 82 und des Serienwiderstandes 83 ergeben ein Temperaturfehlersignal, das über die Leitungen 86 dem Verstärker 87 zugeführt wird.
Der Ausgang 88 des Verstärkers 87 ist über die Leitung 89, den normalerweise offenen Kontakt 90 des Beschleunigungsrelais 59 und die Leitung 91 mit der Begrenzungsdiode 92 verbunden. Diese Temperaturbegrenzungsschaltung wird derart bemessen, dass bei einer Maschinentemperatur, die eine Thermoelement- spannung grösser als die Gegenspannung am Widerstand 83 erzeugt, am Ausgang 88 des Verstärkers 87 eine negative Spannung steht, durch welche die Kathode der Begrenzungsdiode 92 negativ gegen ihre Anode wird und ein Diodenstrom entsteht, wodurch die an der Leitung 39 vorhandene und vom Anschluss 35 kommende positive Fehlerspannung um den Spannungsabfall im Widerstand 38 vermindert wird.
Dies tritt natürlich nur bei geschlossenen Kontakten 90, also bei erregtem Beschleunigungsrelais 59 ein.
Für die kurzen Beschleunigungszeiten der Maschine kann eine höhere Maschinentemperatur zugelassen werden als während des Dauerbetriebes. Da ohnedies zu fordern ist, dass die Beschleunigung innerhalb möglichst kurzer Zeit erfolgt, ist eine solche kurzzeitige Übertemperatur erwünscht, da dann eine grössere Höchstbrennstoffmenge verarbeitet werden kann. Dementsprechend ist auf dem Beschleunigungsrelais 59 ein weiterer Arbeitskontakt 93 vorgesehen, über den beim Schliessen seitens der Spannungsquelle 94 und dem Vorwiderstand 95 eine zusätzliche Spannung am Serienwiderstand 83 erzeugt wird.
Damit wird die von der Spannungsquelle 84 herrührende Bezugsspannung am Widerstand 83 während der Beschleunigungsintervalle erhöht, so dass höhere Maschinentemperaturen entstehen können und eine schnellere Beschleunigung stattfindet. Demnach ist die vorliegende Temperaturbegrenzungsschaltung allen Anforderungen leicht anzupassen und ermöglicht das kurzzeitige Auftreten von Übertemperaturen ohne grosse Gefahr von Schäden durch längerdauernde Überschreitung der höchstzulässigen Temperatur.
Die Verstellung der einstellbaren Düsenöffnung 16 erfolgt über eine durch die Linie 96 angedeutete Welle eines Verstellmotors 97, der über die Leitungen 98 über zwei Ruhekontakte 99 des Beschleunigungsrelais 59 von der Düsenregeleinrichtung 100 gespeist wird. Die Motorwelle 96 ist bis zum Düsenregler 100 verlängert zwecks Rückmeldung der Düsenstellung. Der Düsenregler 100 kann auch seitens des Schubkraftwählers 22 über die mittels der Linie 101 angedeutete Verbindung beeinflusst werden.
Ferner ist der Schubkraftwähler 22 mechanisch über ein durch die Linie 102 angedeutetes Gestänge mit einem Brennstoffregler 103 für die Einstellung einer erwünschten Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner verbunden. Der Brennstoff wird seitens eines Brennstoffbehälters (nicht gezeichnet) über eine Leitung 104 dem Brennstoffregler 103 zugeführt und gelangt von dort über die Leitungen 105 zu den Nachbrennern 17. In der Leitung 105 ist ein Magnetventil 106 angeordnet, das seitens einer geeigneten Spannungsquelle 107 und den Ruhekontakt 108 des Beschleunigungsrelais 59 erregt wird und bei geschlossenem. Kontakt 108 geöffnet ist, bei erregtem Relais 59 aber die Leitung 105 verschliesst.
Die am Ausgang 88 des Verstärkers 87 für die Temperaturbegrenzerschaltung auftretenden Tem- peraturfehlersignale gelangen auch zu der dort angeschlossenen Düsen- und Nachbrennerüberwa- chungsschaltung 109, von der aus entsprechende Steuersignale über die Leitung 110 dem Düsenregler 100 und über die Leitung 111 dem Brennstoffregler 103 für den Nachbrenner zugeführt werden.
Die schematisch angedeuteten Verbindungen des Schubkraftwählers 22 über die Wellen 24, 101 und 102 zu dem Drehzahlwahlpotentiometer 25 bzw. zum Düsenregler 100 bzw. zum Brennstoffregler 103 des Nachbrenners können vorzugsweise über geeignete nichtlinear arbeitende mechanische oder elektrische Organe erfolgen, um bei der Verstellung des Schubkraftwählers 22 vom niedrigsten bis zum höchsten Wert eine erwünschte Zuordnung von Maschinendrehzahl, Düsenöffnung und Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner zu erreichen. Derartige nichtlineare Organe können vorzugsweise in der Verwendung besonderer Potentiometer, etwa für das Drehzahlwählpotentiometer 25, mit nichtlinearer Charakteristik bestehen.
Dies ist dann besonders zweckmässig, wenn ein elektrisch arbeitender Düsenregler 100 und Brennstoffregler 103 vorgesehen ist, etwa gemäss dem Schweizer Hauptpatent Nr. 339009.
In Fig. 2 ist ein bevorzugter Zusammenhang zwischen den Betriebsgrössen bei Verstellung des Schubkraftwählers dargestellt. Die Abszisse zeigt die Einstellung des Schubkraftwählers in Winkelgraden, wobei mit 0 Grad die Aus -Stellung bezeichnet ist und 110 Grad die Stellung für maximale Schubkraft ist, Punkt P. Die zusammengehörigen Werte für die Düsenöffnung bzw. die Turbinendrehzahl bzw.
Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner sind durch die Linienzüge 112 bzw. 113 bzw. 114 dargestellt, und zwar jeweils in Prozent der bei Maximalschub vorhandenen Werte.
<Desc/Clms Page number 5>
Es ist wesentlich, dass während der Beschleunigung der Maschine weder die Düsenöffnung verringert noch die Brennstoffzuleitung zum Nachbrenner geöffnet wird, da beide Massnahmen eine Vergrösserung des Gegendruckes am Turbinenausgang bewirken würden, also eine Verminderung der höchsten Beschleunigungsmöglichkeit ergäben.
Dementsprechend sind die Ruhekontakte 99 bzw. 108 des Beschleunigungsrelais 59 vorgesehen, durch welche beim Ansprechen desselben während des Beschleunigungsvorganges der Düsenreglermotor 97 abgeschaltet und das Magnetventil 106 stromlos gemacht wird, so dass keine Verkleinerung der Düsenöffnung möglich ist und kein Brennstoff zum Nachbrenner gelangen kann.
Wird der Schubkraftwähler plötzlich auf seinen Höchstwert 110 Winkelgrad gestellt, so erfolgt der nachstehende Vorgang: Der Abgriff 23 am Drehzahlwählpotentiometer 25 nimmt die der Höchstdrehzahl entsprechende Stellung ein, und das Hauptbrennstoffventil 20 öffnet sich dementsprechend so schnell als möglich bis zur höchstzulässigen Brennstoffmenge, die seitens der die Diode 47 umfassenden Begrenzungsschaltung oder auch, falls zu hohe Temperaturen entstehen, durch die Begren- zerdiode 92 mit zugehörigen Stromkreisen bestimmt ist.
Da das Beschleunigungsrelais 59 angesprochen hat, ist die Begrenzungsschaltung für die Brennstoffmenge infolge des geschlossenen Arbeitskontaktes 58 auf ihren Arbeitsbereich für kleinere Brennstoffhöchstmenge umgeschaltet, ferner ist die Temperaturbegrenzungsdiode 92 über den Arbeitskontakt 90 eingeschaltet, und die Bezugsspannung für die Temperaturbegrenzungsschaltung ist durch den geschlossenen Arbeitskontakt 93 auf ihren höheren Wert umgeschaltet. Die Öffnung der Ruhekontakte 99 und 108 macht den Düsenregler 100 und den Brennstoffregler 103 für den Nachbrenner wirkungslos.
Ist die Höchstdrehzahl angenähert erreicht, so wird der die Diode 78 enthaltende Stromkreis wirksam und bringt das Beschleunigungsrelais 59 zum Abfallen, wodurch über den sich öffnenden Arbeitskontakt 58 die höchstzulässige Hauptbrennstoffmenge erhöht wird, während der sich öffnende Kontakt 90 den Temperaturbegrenzungsstromkreis unterbricht, der sich öffnende Kontakt 93 die Bezugsspannung am Widerstand 83 erniedrigt, die sich schliessenden Ruhekontakte 99 den Verstellmotor 97 für die Düse mit dem Düsenregler 100 verbinden und der sich schliessende Ruhekontakt 108 die Öffnung des Magnetventils 106 in der Brennstoffleitung 105 zum Nachbrenner bewirkt.
Die Hauptbrennstoffzufuhr wird dann, entsprechend der geänderten Höchstgrenze, sofort vergrössert, die Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner wird einsetzen (wie dies für die Endstellung des Schubkraftwählers vorgesehen ist), und der Düsenregler kann die Düsenöffnung vergrössern, falls die Maschinentemperatur den vorgesehenen Höchstwert übersteigen sollte.
Die Abschaltung der Diode 92 des Temperatur- begrenzungsstromkreises durch den Kontakt 90 des Beschleunigungsrelais 59 ist vorgesehen, weil es erwünscht ist, die Maschinentemperatur entweder durch Regelung der Düsenöffnung oder der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner zu beeinflussen, also durch die Wirkung der Schaltung 109, für den Fall, dass keine Beschleunigung stattfindet. Für eine Maschinenanlage ohne Nachbrenner und ohne regelbare Düse würde natürlich die Unterbrechung des Stromkreises der Diode 92 unzweckmässig sein.
Ausserdem ist die Begrenzung der höchstzulässigen Brennstoffzufuhr zu den Brennkammern auf Grund der Temperatur während eines Bescheunigungsvorganges schon deshalb erforderlich, weil hierbei der Düsenregler und der Brennstoffregler für den Nachbrenner jeweils unwirksam gemacht werden. Anderseits würde im Dauerbetrieb, wenn also der Düsenregler und der temperaturabhängige Brennstoffregler für den Nachbrenner wirksam sind, die gleichzeitige Brennstoffzufuhrregelung durch den temperaturgesteuerten Stromkreis der Diode 92 eine Unstabilität der ganzen Regelanlage befürchten lassen.
Ferner ist die Regulierung der Maschinentemperatur vor allem durch Einstellung der Düsenöffnung und in zweiter Linie durch Beeinflussung der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner aus folgenden Gründen zweckmässig: Die der Brennkammer zugeführte Hauptbrennstoffmenge ist der wesentliche Faktor, der die Temperatur in jenem Teil der Maschine bedingt, die wegen eventueller Beschädigung durch Übertemperaturen am empfindlichsten ist.
Die Düsen- öffnung und die Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner beeinflussen aber die Brennstoffzufuhr zur Brenn- kammer, da eine Verkleinerung der Düsenöffnung und eine Vermehrung der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner das Ansteigen des Gegendruckes der Maschine bewirkt, was ein momentanes Absinken der Maschinendrehzahl bewirkt und zur Wiederherstellung der vorgesehenen Drehzahl eine Vergrösserung der Hauptbrennstoffzufuhr bedingt.
Also bewirkt eine Erhöhung der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner sowie eine Verkleinerung der Düsenöffnung durch Vergrösserung des Gegendruckes an der Turbine eine Zunahme der Hauptbrennstoffmenge zur Aufrechterhaltung der eingestellten Maschinendrehzahl, was wiederum eine Temperatursteigerung zur Folge hat.
Umgekehrt bewirkt eine Drosselung der Nachbrennerspeisung oder eine Vergrösserung der Düsenöffnung die umgekehrte Funktion der Drehzahlregelschaltung, also eine Verminderung der Brennstoffzufuhr zu den Brennkammern und eine Temperaturerniedrigung. Dies ist die genaue Wirkungsweise der Temperaturbegrenzungsschaltung für den Düsenregler und den Brennstoffregler des Nachbrenners.
Würde die Temperaturbegrenzung durch unmittelbare Beeinflussung der Hauptbrennstoffzu- fuhr über die Diode 92 und die zugehörige Schaltung bewirkt, ohne Rücksicht auf die Einstellung der Düsenöffnung und der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner, so ergäbe sich ständig eine Verminderung der Maschinendrehzahl gegenüber dem eingestellten
<Desc/Clms Page number 6>
Wert, was aber - wie oben bereits erläutert unerwünscht ist, da die Einhaltung der Maximaldrehzahl und der zulässigen Höchstleistung von gro- sser Bedeutung ist. Die eingestellten Maschinendrehzahlen sollen aus diesem Grunde nicht unterschritten werden.
Ausserdem muss auch berücksichtigt werden, dass der Brennstoffumsatz in der Hauptbrennkam- mer 18 mit besserem Wirkungsgrad als im Nachbrenner 17 erfolgt, weshalb stets die grösstmögliche Hauptbrennstoffmenge für die Maximaldrezahl und die zulässige Höchsttemperatur sich einstellen soll, wenn eine Schubkraft gewählt wird, die eine zusätzliche Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner nötig macht.
Es sei erwähnt, dass die einander zugeordneten Grössen der Maschinendrehzahl, der Düsenöffnung und der Brennstoffzufuhr zum Nachbrenner, wie sie in Fig.2 für verschiedene Einstellungen des Schubkraftwählers angegeben sind, bei dem oben beschriebenen Vorgang einer raschen Verstellung des Schubkraftwählers vom Mindest- auf den Höchstwert nicht etwa der Reihe nach auftreten.
Vielmehr stellen diese Grössen die jeweils den besten Wirkungsgrad liefernden Betriebszustände bei verschiedenen Stellungen des Schubkraftwählers dar, die sich einstellen, wenn der Schubkraftwähler in der betreffenden Stellung verweilt. Beispielsweise wird im Punkt A bei der Stellung 55 Winkelgrad kein Brennstoff dem Nachbrenner zugeführt, aber die Turbine läuft mit 851179 der Höchstdrehzahl gemäss dem Linienzug 113, und die Düsenöffnung von 117 % übertrifft den Normalwert, wie der Linienzug 112 angibt.
Trotzdem also nach erfolgter Beschleunigung auf diese mittlere Schubkraft die Ruhekontakte 108 des stromlosen Relais 59 geschlossen sind und das Magnetventil 106 erregt, also die Leitung 105 zum Nachbrenner geöffnet ist, wird demselben kein Brennstoff zugeführt, da gemäss dem Linienzug 114 der Fig.2 programmgemäss keine Brennstoffzufuhr vorgesehen ist.
Ebenso wird, obwohl durch die Öffnung des Arbeitskontaktes 58 bei stromlosem Relais 59 die Brennstoffmengenbegrenzungsschaltung mit der Diode 47 auf den Arbeitsbereich mit vergrösserter Höchstmenge umgeschaltet ist, die Brennstoffmenge nicht auf diesen Höchstwert gesteigert, so dass auch bei der vorliegenden Drehzahl von nur 85 % der Höchstdrehzahl Pumperscheinungen des Kompressors der Maschine, die dann bereits ihren Dauerbetriebszustand erreicht hat, nicht eintreten.
Der Hauptzweck für die Vergrösserung der Höchstmenge in der Begrenzerschaltung für die Hauptbrennstoffzufuhr beim Öffnen des Kontaktes 58 ist, dass eine Steigerung der Brennstoffzufuhr erfolgen kann, wenn die Höchstgeschwindigkeit der Maschine erreicht ist und zur Aufrechterhaltung beim Wirksamwerden des Nachbrenners und Verringerung der Düsenöffnung zwecks Steigerung der Schubkraft eine erhöhte Brennstoffzufuhr zur Überwindung des grösseren Gegendruckes notwendig ist (was dann ohne Gefahr des Aussetzens möglich ist).
In der einer mittleren Schubkraft entsprechenden Stellung 55 Winkelgrad oder auch höheren Stellungen von etwa 70 Winkelgrad des Schubkraftwählers kann nach Abschluss des Beschleunigungsvorganges die wirksame Düsenöffnung grösser sein, als durch den Linienzug 112 angegeben ist, da dies von der Temperaturbegrenzungsschaltung 109 bewirkt wird, um eine L7berschreitung der Höchsttemperatur zu verhindern. Der Verstellmechanismus für die Düse kann entsprechend ausgebildet sein, um auch grössere als programmgemässe Düsenöffnungen zu ermöglichen, zwecks Gewährleistung eines genügend grossen Verstellbereiches zur Einhaltung der Höchsttemperatur der Maschine.
<Desc / Clms Page number 1>
Electrical control device for a machine, in particular for a jet engine. The present invention relates to an electrical control device for a machine, in particular for a gas turbine system, such as is used as a jet engine for aircraft.
This control device is intended to enable automatic control of the acceleration process, for example of a gas turbine system in aircraft, with the maximum fuel supply being regulated during acceleration within a certain range, while the control system is to be in a different operating state in a higher power range.
In order to have a large range of variation for the propulsion force in a jet engine, i. H. for the thrust, and in order to be able to achieve rapid changes in the thrust, a turbine exhaust nozzle with an adjustable outlet cross section is known to be used. A regulating device should be connected to such an adjustable exhaust nozzle so that the nozzle opening is automatically adapted to the engine speed, and when the pilot changes the thrust, the engine system always works with the highest possible efficiency.
Such a regulation should have the effect that the nozzle opening becomes smaller with the setting of a higher thrust force. If the pilot suddenly moves the control lever - hereinafter referred to as the thrust selector - into a high thrust position, which must ultimately result in a reduction in the nozzle opening, the control device would normally initiate all the operating conditions corresponding to the new position of the thrust selector at the same time. The nozzle opening can therefore also be reduced during the acceleration period, since the adjustment mechanism can react faster than the gas turbine.
Such a reduction in the exhaust cross-section with simultaneous acceleration of the engine, however, reduces the change in speed, because a smaller nozzle opening causes a greater back pressure in the exhaust of the turbine, which in turn influences the flow speed of the gas flowing through the turbine from the combustion chambers while the pressure in the combustion chambers is kept constant . Accordingly, it is desirable to use a control system by which no reduction in the exhaust cross section can be caused as long as the engine speed is increasing.
Furthermore, a control system is sought which prevents both a reduction in the nozzle cross-section and a fuel supply to the afterburner as long as the machine is accelerated.
The invention relates to an electrical control device for a machine, which device has a controller for an operating variable which influences the machine speed, which has a first variable voltage source for setting a voltage corresponding to the desired speed, with a voltage counteracting this first voltage from a second variable voltage source that is dependent on the respective speed reached and is provided with means, which are dependent on the combined signals of the two voltage sources, for influencing the operating variable which determines the speed.
The control device according to the invention is characterized by an acceleration control circuit which responds to combined signals from the two voltage sources mentioned when the polarity of the same indicates a setting of the control system to a higher speed than the prevailing speed, and by switching means for at least one electrical circuit that can be actuated by the acceleration control circuit
<Desc / Clms Page number 2>
for the purpose of switching the control device of the machine during its acceleration to another operating mode of this device.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2. Of these: FIG. 1 shows a diagram of the exemplary embodiment of the control system of a jet engine and FIG. 2 shows a diagram of the desired setting of nozzle cross-section, engine speed and fuel supply to the afterburner for different positions of the thrust selector.
The gas turbine power plant 10 of the jet engine type has a rotor 11, a compressor 12, the combustion chambers 13 and an exhaust pipe 15, at the mouth of which a nozzle 16 with adjustable flow cross-section is provided. The afterburner 17 is arranged in the exhaust pipe 15. The main burners 18 in the combustion chambers 13 are supplied with fuel via the line 19 from the main valve 20, which in turn is connected to a fuel container (not shown) via the fuel line 21.
On the part of the thrust selector lever 22, the tap 23 of a potentiometer 25 is set via the shaft 24 and a DC voltage is tapped on the same, which corresponds to a desired engine speed. The potentiometer 25 is fed by a suitable voltage source 26, one pole of which is grounded at 27. The tap 23 is connected via the line 28 to a resistor 29, at which there is a signal voltage proportional to the engine speed, which is supplied by a rectifier 30, which in turn via the transformer 34 and the lines 31 from a by means of the shaft 33 from the rotor 11 driven tachometer generator 32 is fed.
The voltage generated by the generator 32 via the rectifier 30 at the resistor 29 has the opposite polarity as the voltage set at the tap 23, so that the voltage to ground at the terminal 35 of the resistor 29 becomes zero as soon as the speed selected with the potentiometer tap 23 is reached by the machine. As soon as there is a discrepancy between the actual speed and the set speed, an error voltage arises at connection 35, which reaches amplifier 42 via resistor 36, line 37, resistor 38, line 39, resistor 40 and line 41.
This amplifier 42 is of conventional design and feeds via its output lines 43 the adjusting motor 44, which rotates a cam disk 46 via its shaft indicated by the line 45 and thus adjusts the fuel valve 20 via the sensor sliding on the cam disk. If a speed error signal occurs on the input line 41 of the amplifier 42, then the amplified signal via the output lines 43 actuates the adjusting motor 44, namely in a direction of rotation that either increases or decreases the fuel supply via the valve 20 for the purpose of enlargement or reduction of the machine speed causes.
In order to prevent the machine's compressor from pumping when the fuel supply is too high, a limiter circuit for the maximum fuel quantity is provided here, by means of which the maximum fuel supply is determined as a function of the output pressure of the compressor 12. A suitable circuit for this purpose consists of a diode 47 connected to the input line 41 of the amplifier 42, the cathode line 48 of which is connected to a movable tap 49 of the potentiometer 50.
The adjustment of the tap 49 takes place as a function of the pressure difference between an evacuated pressure cell 51 and a second pressure cell 52, which is connected via the line 53 to the outlet of the compressor 12 and is adjusted according to the pressure prevailing there. Parallel to the potentiometer 50 is the run-on potentiometer 54 via a series resistor 55 and a suitable DC voltage source 56. The tap 57 of the potentiometer 54 is mechanically connected to the shaft 45 of the adjusting motor 44 for the fuel valve 20 and is electrically connected to earth.
This control circuit prevents the fuel supply from exceeding a maximum value determined by the position of the tap 57 on the overrun potentiometer 54, a pressure change at the compressor outlet and the corresponding adjustment of the tap 49 influencing the respective maximum value. If the tap 57 were to exceed the position assumed by the tap 49, the voltage of the cathode line 48 would be negative with respect to the anode of the diode 47, so that the diode 47 would be live.
In this case, the series-connected resistors 36, 38, 40 would reduce the voltage from connection 35 in such a way that no noticeable positive error voltage can arise at the input of amplifier 42, but input line 41 even becomes negative, which causes a closing movement of adjusting motor 44 until the same position of the taps 49, 57 is achieved.
After the approximate maximum engine speed has been reached, a larger amount of fuel is permitted than the maximum amount normally determined by the limiter circuit. For this purpose, the normally open relay contacts 58 are provided, through which the series resistor 55 of the potentiometer 54 can be short-circuited. These contacts 58 belong to the relay 59, which is referred to as an acceleration relay, since it is only made to respond during the acceleration process, but is de-energized during the other operating states.
During an acceleration and with closed contacts 58, because of the bridging of the series resistor 55, in the working range of the limiter circuit the
<Desc / Clms Page number 3>
grabbed 57 certain maximum amount of fuel largely proportional to the setting of tap 49, which in turn is controlled by the output pressure of the compressor.
However, if there is no acceleration, the relay 59 is de-energized, the contacts 58 are open, and the series resistor 55 of the potentiometer 54 is effective, in the same way as if the tap 57 on the potentiometer 54 had been pushed back a corresponding distance is, so d'ass only with a larger opening of the fuel valve 20, the tap 57 assumes the limit position determined by the tap 49. Thus, when the relay 59 is de-energized, the operating range of the limiter circuit is set to a larger maximum fuel value.
The circuit for energizing relay 59 will now be described. From the connection 35 of the resistor 29, at which the speed error voltage occurs, a line leads via the resistor 60 to an amplifier 61. This is connected on the output side via a resistor 62 to the control grid 63 of a tube 64, in whose anode circuit the winding 65 of the accelerator relay 59 and an anode voltage source 66 is located. The control grid 63 has a negative bias on the part of the battery 67 via the resistors 68 and 62.
The amplifier 61 does not cause the mutual polarities to change, so that the relay 59 in the anode circuit of the tube 64 is energized when a positive speed error signal occurs. Such an error signal, however, indicates that the current engine speed is lower than the speed set on the potentiometer 25, which makes it necessary to increase the fuel supply and accelerate the engine. The acceleration relay 59 is therefore only excited when an acceleration process is actually imminent or taking place. If the connection 35 has no or a negative voltage to earth, then the acceleration relay 59 remains de-energized.
The bias voltage of the control grid 63 generated by the battery 67 is preferably selected in such a way that a minimum value of the positive speed error signal at the connection 35 is required to respond to the relay 59, the size of which corresponds to a difference between the set and actual speed of at least about 2, 5% of the maximum speed of the machine.
The tap 23 of the speed selector potentiometer 25 can be advanced to a position that corresponds to the desired maximum speed of the machine, so that the speed error signal at connection 35 only becomes zero when this maximum speed is reached on the machine and then via the amplifier 61 and the tube 64 the acceleration relay 59 is de-energized. There is, however, an additional speed limiting circuit which monitors the speedometer frequency and which comes into operation when the potentiometer tap 23 is moved beyond the position corresponding to the maximum speed and prevents the speed from increasing beyond this maximum value.
This circuit has a frequency-dependent network which is directly connected to the output lines 31 of the tachometer 32 and consists of a series capacitance 69 and a parallel inductance 70. A further capacitor 71 can be connected in series with the inductance 70 in order to increase the edge steepness of the frequency characteristic. The output voltage of this frequency-dependent network arrives via the line 72 to the cathode of the diode 73, to which a suitable voltage source 74 is fed a positive bias voltage that can be tapped at the potentiometer 75 via the series resistor 76.
As soon as the machine reaches the intended maximum speed, the feeder network 69, 70, 71 transmits the alternating voltage generated by the tachometer generator 32 with sufficiently low damping that its negative amplitudes cancel the positive cathode bias, i.e. the diode 73 is unblocked. The current flow through the diode 73 prevents a further increase in the positive error voltage occurring at the connection 35, so that no further increase in speed can take place.
In order to smooth out the undesired voltage fluctuations on the line 37, caused by the diode 73, which is only conductive during the half-periods, the capacitor 77 is connected in parallel to the diode branch.
When the speed limiting circuit becomes effective, a constant positive error voltage at connection 35 would result in the acceleration relay 59 responding continuously. Since this is of course undesirable, there is a diode 78 at the input of the amplifier 61 for the acceleration relay 59, which receives the alternating voltage appearing on the line 72 at the maximum speed on the cathode side from the capacitor 79. The diode 78 is also positively biased via the voltage divider 80, 81 which is connected to the potentiometer 75 of the voltage source 74.
Like diode 73, diode 78 is energized as soon as a voltage appears at the output of the filter network, and causes the voltage drop in series resistance 60 to greatly reduce the input voltage at amplifier 61, so that acceleration relay 59 cannot respond. Since the cathode of the diode 73 has the bias voltage at the tap of the potentiometer 75, while the cathode 78 has a bias voltage that is reduced by the voltage divider 80, 81, the diode 78 is already activated at a lower frequency of the tachometer generator and thus at a lower engine speed unlocked as the diode 73.
So the acceleration relay 59 is already de-energized at a speed below the maximum speed. The bias voltage for the diode 78 is preferably selected such that the voltage reduction at the amplifier 61 and a drop in the acceleration relay 59 occur at a speed which is approximately 2.5% below the maximum speed.
Since the
<Desc / Clms Page number 4>
The bias voltage of the two diodes 73 and 78 is taken from the same voltage source 74 via the common potentiometer 75, an adjustment of this potentiometer 75 does not result in any change in the mutual relationship between the two bias voltages.
To ensure compliance with the maximum permissible machine temperature, the thermocouples 82 are provided in the exhaust pipe 15 directly at the outlet of the turbine 14 for determining the machine temperature. The voltage from these thermocouples 82 is connected in series via lines 82 ′ with a fixed reference voltage in the opposite direction, which is generated by a voltage source 84 via series resistor 85 in series resistor 83. The combined voltages of thermocouples 82 and series resistor 83 result in a temperature error signal which is fed to amplifier 87 via lines 86.
The output 88 of the amplifier 87 is connected via the line 89, the normally open contact 90 of the acceleration relay 59 and the line 91 to the limiting diode 92. This temperature limiting circuit is dimensioned such that at a machine temperature that generates a thermocouple voltage greater than the counter voltage across resistor 83, there is a negative voltage at output 88 of amplifier 87, which causes the cathode of limiting diode 92 to become negative against its anode and a Diode current arises, as a result of which the positive error voltage present on line 39 and coming from connection 35 is reduced by the voltage drop in resistor 38.
Of course, this only occurs when the contacts 90 are closed, that is to say when the acceleration relay 59 is energized.
A higher machine temperature can be permitted for the short acceleration times of the machine than during continuous operation. Since it is necessary in any case that the acceleration takes place within the shortest possible time, such a short-term excess temperature is desirable, since a larger maximum amount of fuel can then be processed. Accordingly, a further working contact 93 is provided on the acceleration relay 59, via which an additional voltage is generated at the series resistor 83 when the voltage source 94 and the series resistor 95 are closed.
The reference voltage at resistor 83 originating from voltage source 84 is thus increased during the acceleration intervals, so that higher machine temperatures can arise and faster acceleration takes place. Accordingly, the present temperature limiting circuit can easily be adapted to all requirements and enables the brief occurrence of excess temperatures without great risk of damage due to prolonged exceeding of the maximum permissible temperature.
The adjustable nozzle opening 16 is adjusted via a shaft of an adjusting motor 97, indicated by the line 96, which is fed by the nozzle regulating device 100 via the lines 98 via two normally closed contacts 99 of the acceleration relay 59. The motor shaft 96 is extended to the nozzle regulator 100 for the purpose of reporting the nozzle position. The nozzle regulator 100 can also be influenced by the thrust force selector 22 via the connection indicated by the line 101.
Furthermore, the thrust selector 22 is mechanically connected via a linkage indicated by the line 102 to a fuel regulator 103 for setting a desired fuel supply to the afterburner. The fuel is fed from a fuel container (not shown) via a line 104 to the fuel regulator 103 and from there via the lines 105 to the afterburner 17. In the line 105, a solenoid valve 106 is arranged, the part of a suitable voltage source 107 and the break contact 108 of the accelerator relay 59 is excited and when closed. Contact 108 is open, but when relay 59 is energized, line 105 closes.
The temperature error signals occurring at the output 88 of the amplifier 87 for the temperature limiter circuit also reach the nozzle and afterburner monitoring circuit 109 connected there, from which corresponding control signals are sent via line 110 to the nozzle controller 100 and via line 111 to the fuel controller 103 for the Afterburner are fed.
The schematically indicated connections of the thrust selector 22 via the shafts 24, 101 and 102 to the speed selection potentiometer 25 or to the nozzle regulator 100 or to the fuel regulator 103 of the afterburner can preferably take place via suitable non-linearly operating mechanical or electrical elements in order to facilitate the adjustment of the thrust selector 22 to achieve a desired allocation of engine speed, nozzle opening and fuel supply to the afterburner from the lowest to the highest value. Such non-linear organs can preferably consist in the use of special potentiometers, for example for the speed selection potentiometer 25, with non-linear characteristics.
This is particularly useful when an electrically operated nozzle regulator 100 and fuel regulator 103 are provided, for example in accordance with main Swiss patent no. 339009.
In Fig. 2 a preferred relationship between the operating parameters is shown when adjusting the thrust selector. The abscissa shows the setting of the thrust selector in degrees of angle, with 0 degrees denoting the off position and 110 degrees being the position for maximum thrust, point P. The associated values for the nozzle opening or the turbine speed or
The fuel supply to the afterburner is shown by the lines 112 or 113 or 114, in each case as a percentage of the values present at maximum thrust.
<Desc / Clms Page number 5>
It is essential that the nozzle opening is neither reduced nor the fuel supply line to the afterburner opened while the engine is accelerating, since both measures would increase the counter pressure at the turbine outlet, i.e. reduce the maximum possible acceleration.
Accordingly, the normally closed contacts 99 and 108 of the acceleration relay 59 are provided, through which the nozzle regulator motor 97 is switched off and the solenoid valve 106 is de-energized when it responds during the acceleration process, so that the nozzle opening cannot be reduced and no fuel can reach the afterburner.
If the thrust selector is suddenly set to its maximum value 110 angular degrees, the following process takes place: The tap 23 on the speed selection potentiometer 25 takes the position corresponding to the maximum speed, and the main fuel valve 20 opens accordingly as quickly as possible up to the maximum amount of fuel allowed by the the limiting circuit comprising diode 47 or, if excessively high temperatures occur, by limiting diode 92 with associated circuits.
Since the acceleration relay 59 has responded, the limiting circuit for the fuel quantity is switched to its operating range for smaller maximum fuel quantities due to the closed operating contact 58, furthermore the temperature limiting diode 92 is switched on via the operating contact 90, and the reference voltage for the temperature limiting circuit is on through the closed operating contact 93 toggled their higher value. The opening of the normally closed contacts 99 and 108 makes the nozzle regulator 100 and the fuel regulator 103 ineffective for the afterburner.
If the maximum speed is approximately reached, the circuit containing the diode 78 becomes effective and causes the acceleration relay 59 to drop out, whereby the maximum permissible main fuel quantity is increased via the opening contact 58, while the opening contact 90 interrupts the temperature limiting circuit, the opening contact 93 lowers the reference voltage at resistor 83, the closing break contacts 99 connect the adjusting motor 97 for the nozzle to the nozzle regulator 100 and the closing break contact 108 opens the solenoid valve 106 in the fuel line 105 to the afterburner.
The main fuel supply is then immediately increased in accordance with the changed maximum limit, the fuel supply to the afterburner will commence (as is provided for the end position of the thrust selector), and the nozzle regulator can enlarge the nozzle opening if the machine temperature should exceed the intended maximum value.
The disconnection of the diode 92 of the temperature limiting circuit by the contact 90 of the acceleration relay 59 is provided because it is desired to influence the machine temperature either by regulating the nozzle opening or the fuel supply to the afterburner, i.e. by the action of the circuit 109, in case that there is no acceleration. For a machine installation without an afterburner and without a controllable nozzle, the interruption of the circuit of the diode 92 would of course be inexpedient.
In addition, the maximum permissible fuel supply to the combustion chambers must be limited due to the temperature during an acceleration process because the nozzle regulator and the fuel regulator for the afterburner are made ineffective. On the other hand, in continuous operation, i.e. when the nozzle regulator and the temperature-dependent fuel regulator for the afterburner are effective, the simultaneous fuel supply regulation by the temperature-controlled circuit of the diode 92 would give rise to fear of instability of the entire control system.
Furthermore, the regulation of the machine temperature is advisable primarily by setting the nozzle opening and, secondly, by influencing the fuel supply to the afterburner for the following reasons: The main amount of fuel supplied to the combustion chamber is the essential factor that determines the temperature in that part of the machine that may Damage from overtemperature is most sensitive.
The nozzle opening and the fuel supply to the afterburner, however, influence the fuel supply to the combustion chamber, since a reduction in the nozzle opening and an increase in the fuel supply to the afterburner cause the counterpressure of the engine to rise, which causes the engine speed to drop momentarily and to restore the intended one Speed causes an increase in the main fuel supply.
An increase in the fuel supply to the afterburner and a reduction in the size of the nozzle opening by increasing the counterpressure on the turbine cause an increase in the main fuel quantity to maintain the set engine speed, which in turn increases the temperature.
Conversely, a throttling of the afterburner feed or an enlargement of the nozzle opening causes the reverse function of the speed control circuit, i.e. a reduction in the fuel supply to the combustion chambers and a decrease in temperature. This is the exact mode of operation of the temperature limiting circuit for the nozzle regulator and the fuel regulator of the afterburner.
If the temperature limit were to be effected by directly influencing the main fuel supply via the diode 92 and the associated circuit, regardless of the setting of the nozzle opening and the fuel supply to the afterburner, the engine speed would constantly decrease compared to the set one
<Desc / Clms Page number 6>
Value, which - as already explained above - is undesirable, since compliance with the maximum speed and the maximum permissible power is of great importance. For this reason, the set machine speeds should not be exceeded.
In addition, it must also be taken into account that the fuel turnover in the main combustion chamber 18 is more efficient than in the afterburner 17, which is why the largest possible amount of main fuel for the maximum speed and the maximum permissible temperature should always be set when a thrust is selected that provides additional fuel to the afterburner.
It should be mentioned that the parameters of the engine speed, the nozzle opening and the fuel supply to the afterburner, as indicated in Fig. 2 for different settings of the thrust selector, are associated with the above-described process of rapid adjustment of the thrust selector from the minimum to the maximum value do not occur in sequence.
Rather, these variables represent the operating states that deliver the best efficiency in each case at different positions of the thrust selector, which occur when the thrust selector remains in the relevant position. For example, in point A at position 55 degrees, no fuel is fed to the afterburner, but the turbine runs at 851179 the maximum speed according to the line 113, and the nozzle opening of 117% exceeds the normal value, as the line 112 indicates.
Even though the normally closed contacts 108 of the currentless relay 59 are closed after the acceleration to this mean thrust force and the solenoid valve 106 is energized, i.e. the line 105 to the afterburner is open, no fuel is supplied to the afterburner since, according to the line 114 in FIG Fuel supply is provided.
Likewise, although the opening of the normally open contact 58 when the relay 59 is de-energized, the fuel quantity limiting circuit with the diode 47 is switched to the operating range with the increased maximum quantity, the fuel quantity is not increased to this maximum value, so that even at the current speed of only 85% of the maximum speed Pump effects of the compressor of the machine, which has then already reached its continuous operating state, do not occur.
The main purpose of increasing the maximum amount in the limiter circuit for the main fuel supply when the contact 58 is opened is that the fuel supply can be increased when the engine has reached its maximum speed and to maintain the afterburner operating and to reduce the nozzle opening in order to increase the thrust an increased fuel supply is necessary to overcome the greater back pressure (which is then possible without risk of exposure).
In the position 55 angular degrees corresponding to a mean thrust force or higher positions of about 70 angular degrees of the thrust force selector, the effective nozzle opening can be larger than indicated by the line 112, since this is caused by the temperature limiting circuit 109, to be exceeded by L7 to prevent the maximum temperature. The adjusting mechanism for the nozzle can be designed accordingly to allow larger nozzle openings than those according to the program, in order to ensure a sufficiently large adjustment range to maintain the maximum temperature of the machine.