DE1751043C3 - Gasturbinenanlage mit mehreren Gasturbinenstrahltriebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit mehreren Gasturbinenstrahltriebwerken, die an ihrem Verdichter eine Anzapfleitung mit einem Zweiwegventil aufweisen, das den Weg entweder in eine für alle Triebwerke gemeinsame Druckluftverbrauchsleitung oder in je einen Ablaß in die Umgebung freigibt und in Abhängigkeit vom vor und hinter dem Ventil in der Anzapfleitung herrschenden Druck mittels einer hydraulischen Servoeinrichtung betätigbar ist, die einen durch eine Feder in Schließrichrung des Druckluftverbrauchswegs beaufschlagten Stellkolben enthält.

Eine derartige Ventilsteuerung ist bei mit mehreren Triebwerken arbeitenden Triebwerksanlagen zum Schutz der Einzeltriebwerke erforderlich. Das Ventil muß dabei dafür sorgen, daß die vom Verdichter abgezapfte Luft nur dann in den gemeinsamen Druckluftkanal eingeleitet wird, wenn der Druck dieser abgezapften Luft einen bestimmten Wert überschreitet, während beim Unterschreiten dieses Drucks die Druckluft zum Auslaß abgeleitet wird.

Zur Steuerung des Stellkolbens der Servoeinrichtung ist bei einer bekannten Triebwerksanlage dieser Bauart, die in der US-PS 3179 356 beschrieben ist, ein Schieberventil vorgesehen, das über Membranen-Stellglieder und mechanisch einstellbare Drosselstellen in Abhängigkeit vom in der Leitung herrschenden Druck gesteuert wird. Diese mechanisch bewegten Teile der Steuereinheit erfordern eine relativ große Ansprechzeit und neigen zu Betriebsstörungen, wenn die zugeführte Druckluft Verunreinigungen enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuereinheit für den Stellkolben der Servoeinrichtung einer solchen Gasturbinenanlage so zu verbessern, daß ein schnelleres und betriebssicheres Ansprechen gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stellkolben der Servoeinrichtung vom Ausgang einer Fluidic-Schaltung beaufschlagt ist, die folgende Elemente enthält:

a) ein erstes an sich bekanntes Fluidic-Element mit einen an den Verdichterauslaß angeschlossenen Eingang, mit einem ins Freie mündenden Normalbetriebs-Ausgang und einem mit dem Eingang eines zweiten Fluidic-Elementes verbundenen zweiten Ausgang, sowie mit einem auf der Seite des Normalbetriebs-Ausgangs quer einmündenden, an den Verdichterauslaß angeschlossenen Steuerkanal und einem gegenüberliegend einmündenden, an die gemeinsame Druckluftverbrauchsleitung angeschlossenen Steuerkanal;

b) ein zweites Fluidic-Element mit einem Normalbetriebs-Ausgang und einem zweiten Ausgang, die mit zwei gegenüberliegend quer in ein drittes Fluidic-Element einmündenden Steuerkanälen verbunden sind, sowie mit einem auf der Seite des Normalbetriebs-Ausgangs quer einmündenden, an den Verdichterauslaß angeschlossenen Steuerkanal und einem gegenüberliegend einmündenden, an die Umgebung angeschlossenen Steuerkanal;

c) ein drittes Fluidic-Element mit einem an den Verdichterauslaß angeschlossenen Eingang, mit einem ins Freie mündenden Norrcalbetriebs-Ausgang und einem den Stellkolben des Zweiwegventils in öffnungsrichtung des Druckluftverbrauchswegs beaufschlagenden zweiten Ausgang.

Durch den Wegfall mechanisch bewegter Teile wird die Ansprechzeit erheblich verkürzt, so daß bei auftretenden Druckänderungen eine sehr feinfühlige und schnelle Umschaltung der Klappen erfolgen kann, noch bevor der in der gemeinsamen Druckluft-

Verbraucherleitung herrschende Druck die Strömung eines in der Leistung abgefallenen Triebwerks in schädlicher Weise beeinflussen könnte.

Die zur Steuerung des Stellkolbens vorgesehenen Fluidic-Elemente sind, da sie keine bewegten Teile aufweisen, auch hinsichtlich Verunreinigungen in der Druckluft recht unempfindlich. Trotzdem sind die für die Strömung erforderlichen Fluidic-Elemente billiaer als mit mechanisch bewegten Teilen und Membranen arbeitende Steuereinheiten.

Durch die Erfindung wird damit eine betriebssichere Umschaltung der abgezapften Druckluft in einen Ablaß gewährleistet, wenn der Druck dieser Abzapfluft kleiner ist als der Druck in der gemeinsamen Druckluftverbrauchsleitung. Es wird mit Sicherheit ein Rückfließen der Druckluft aus der gemeinsamen Leitung in das betreffende Triebwerk verhin-Hprt wobei gleichzeitig eine Druckluftentleerung aus jedem Triebwerk gesichert ist, ohne Rücksicht dar- «nf ob dieses Triebwerk mit der gemeinsamen Leifüne in Verbindung steht oder nicht.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Ereinem Gehäuse 14 gleitbar angeordnet ist. Dieser Kolben 13 umfaßt zwei in entsprechenden Zylinderbohrungen 17 bzw. 18 im Gehäuse 14 gleitbahn una d-.srch eine Hülse 19 verbundenen Teilkolben Is una

16 mit unterschiedlicher Wirkfläche. Diese beiden Teilkolben 15, 16 teilen den Innenraum des Oenauses 14 in drei Kammern auf: die Kammer -0 weist am einen Ende des Gehäuses ί 4 einen Einlaß Zl am, die Kammer 22 am anderen Ende des Gehäuses.14,

die durch die Hülse 19 und den Kolben 16 gebildet ist, steht mit der Umgebung über eine Entlultungsöffnung 23 in Verbindung und die dazwischeniiieeende Kammer 24 zwischen den Kolben ¹⁵J.¹" ^slem über ein Rückschlagventil 25 mit der Verdicriteran-

zapfleitung3 und über ein Rückschlagventil 26 mn der gemeinsamen Leitung 5 in Verbindung, uie Kammer 24 steht auch mit der Kammer 20 über eine Drossel 27 im Kolben 15 in Verbindung

Die Bewegung des Kolbens 13 wird durch an sich

bekannte Fluidic-Elemente A, B und C gesteuert Diese haben jeweils einen Steuermittd-Eingang Al bzw. B 1 oder C 1, und jeweils zwei Ausgange λ λ,

f4 »ä äp

Fig" ein? schematische GrundriBansicht eines „ quer einmündende Kanäle/t

5 bzw.

GemäßFig.l ist das Flugzeug 1 mit 6 Hubstrahltriebwerken2^& ausgerüstet. Von jedem Triebwerk! zweiet hinter der letzten Verdichterstufe eine An-Siting 3 ab, durch welche ein Teil der Druckluft Am Druck P₂ abgeleitet wird. Jede Anzapfleitune 3 steht über ein Zweiwegventil 4 mit einer gemeinsamen Druckluftverbrauchsleitung 5 in Verbin-Lg. Die Druckluft aus der Leitung 5 wird für Hilfsantriebe benutzt, beispielsweise für die Betätigung von nicht dargestellten Klappen oder für Steuerdüsen N zum Steuern der Fluglage. Außerdem hat jedes Tdebwerk 2 einen Verdichterablaß 6.

edes der Ventile 4 hat eine erste Stellung, in der

*ÄÄ5^si San/'/, t" et ^Γ einen der beiden Ausgänge A 2, A 3 bzw. «2. ß3 oder C2, Cl. Die ^c-Elcmenu,sindmono« d.h. sie sind so aufgebaut, daß der *^euJ^rsl™"' einen bestimmten Ausgang strömt, wenn ke S euer druck ^n Steuerkana, beaufschlag . D.e? u, ^ menteAB und C sind so gescnaiiei, "'' _l

Zustand die Steuerstrahlen aus der.Bnga^gen A1 B 1, C1 in die entsprechenden, durch PMe gekenn zeichneten Ausgangeι Al, Bl C3 geJ^cg^e* ^™¹= Jeder Ausgang der «^^Β mit e.ner Entlüftungsöffnung^ g welche Strömungsmittel* rahlen c in der^ umge kehrten Richtung durch diesen Auslaß «M

meinsamen Leitung5 bzw. in einer kurzen g

Speiche zum Ablaß6 führt Außerhalb der Leitungen 5,7 sind die die Drosselklappen 4«, 4 b tragenden Wellen mit Kurbelarmen 8,9 versehen deren äußere Enden durch einen Lenker 10 verbunden sind. Ein weiterer Kurbelarm 11 sitzt auf der Welle der Klappe Aa und ist an seinem äußeren Ende mit seinerseits mit der Ap
Verdichte, verbunden^ und ^^ dem Druck ^ aurn.m _{der insamcn}

AS ist übe eine Le,tung' _{4fl verbunden},

Leitung Stromab d^⁵« P^_{erkanal B 4 des} d Dk F η Anzapfleitung 3 ver-

Steuerkanal B 5 mit

Leitung Stro
wo de Druck
tlements» '^SJ

Druckluft aus der Anzapfleiüing 3 durch den Ab- Luft ν on"ru^* _{n des Gehauses 14} ist eine

laß 6 an die Umgebung abgeleitet wird nn.ckfeder 30 angeordnet, die den Kolben 13 gegen

Die beiden Drosselklappen 4 a, 4 b werden durch 65 ^D™^c£ *^deJ ³Ji 7°^Γ°_{β Fig}.₂ nach links ver-

die Kolbenstange 12 gleichzeitig bewegt An ihrem den E nlaQ^ 21 d h.^^J^ _{am Einlaß} 21

rr^^Tt StASTA ÄS sich die ^,!vorrichtung daher in der

17 Fl 043

Stellung gemäß Fig. 2, in welcher die Ventilklappe Verhältnis P₂IP₀ einen bestimmten Minimalwert (in 4 α völlig geschlossen und die Klappe 4 b völlig ge- diesem Beispiel Gleichheit) erreicht,
öffnet ist. Anzapfluft vom betreffenden Verdichter Das Schalten auf den Auslaß B 3 hat zur Folge, wird daher aus der Anzapfleiiung 3 durch der. Ah- daß der Eingangsdnuck P₂ des Elements C dem Auslaß 6 an die Umgebung abgeführt, während die An- 5 laß C 2 und damit dem Einlaß 21 der Slellvorrichzapfleitung 3 von der gemeinsamen Leitung 5 g?- tung zugeleitet wird,
trennt ist. Der Kolben 13 wird somit nach rechts gedrückt,

Solange der Enddruck P₂ des betreffenden Ver- wobei Luft aus der Kammer 24 durch die Drossel 27

dichters kleiner als der Druck P₁, in der gemeinsa- im Kolben 15 ausgestoßen wird. Die Kolbenstange

men LeitungS ist, bleibt das Fluidic-Element A in io 12 bewegt sich daher nach rechts, öffnet die Drossel-

scincr stabilen Stellung, in der der Druckmittelstrahl klappe 4 a und schließt gleichzeitig die Drosselklappe

durch den Auslaß A 2 strömt. Wenn der Druck P₂ 4 b. Wenn der Druck P₂ eines Triebwerks unter den

den Druck P₀ erreicht oder übersteigt, wird der Steu- Druck P₀ in der gemeinsamen Druckluftverbrauchs-

ermittelstrahl durch den Druck P₂ aus dem Steuerka- leitung5 abfällt, z.B. dadurch, daß das Triebwerk

nal A 4 in den Auslaßkanal A 3 abgelenkt und 15 beim Anlassen gegenüber den anderen Triebwerken

schafft damit einen Einlaßdruck P₂' im Einlaß D 1 zurückbleibt, verbleibt das Element A in seiner stabi-

des Elementes B. Das Fluidic-Element B wird infol- len Strömungsstellung, bei der der Ausgang A 2 ins

gcdesscn geschaltet. Freie durchsirömt und der Einlaß B1 des EIe-

Das Fluidic-ElementB ist so aufgebaut, daß der mentsß entlastet wird. Das Elemente bleibt daher Stcucrmitteldruck normalerweise den Ausiaßkanal ao in seiner stabilen Strömungsstellung, bei welcher der B 2 beaufschlagt; der Ausgang B 3 wird nur dann ge- Ausgang C 3 ins Freie durchströmt; der Einlaß 21 schaltet, wenn der durch den Steuerkanal B 4 einwir- wird durch den anderen Auslaß C 2 und die Entlüfkende Verdichterdruck P₂ den durch den Steuerka- tungsöffnung ν an die Umgebung entlüftet. Der KoI-nal B 5 einwirkenden Verdichtereinlaßdruck P₀ über- ben 13 bewegt sich unter der Kraft der Feder 30 steigt. Die stabile Stellung des Elements B wird also 25 schnell nach links. Diese Bewegung des Kolbens 13 nur dann verlassen, wenn das Verhältnis P₂: P₀ einen wird durch die in die Kammer 24 über das Rückbestimmten Minimalwert seines normalen Arbeitsbe- schlagventil 25 oder 26 (je nachdem, ob der Druck rcichs erreicht. Das Umschalten von B 2 auf B 3 er- P₂ oder P₀ höher ist) einströmende Druckluft unterfolgt daher nur, wenn sowohl das Verhältnis P₂-P₀ stützt. Die Drosselklappe 4 α wird daher geschlosser einen bestimmten Minimalwert erreicht, als auch das 3° und die Drosselklappe 4 b geöffnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasturbinenanlage mit mehreren Gasturbinenstrahltriebwerken, die an ihrem Verdichter eine Anzapf leitung mit einem Zweiwegventil aufweisen, das den Weg entweder in eine für alle Triebwerke gemeinsame Druckluftverbrauchsleitung oder in je einen Ablaß in die Umgebung freigibt und in Abhängigkeit vom vor und hinter dem Ventil in der Anzapfleitung herschenden Druck mittels einer hydraulischen Servoeinrichtung betätigbar ist, die einen durch eine Feder in Schließrichtung des Druckluftverbrauchswegs beaufschlagten Stellkolben enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (13) der Servoeinrichtung vom Ausgang einer Fluidic-SchaJtung (A, B, C) beaufschlagt ist, die folgende Elemente enthält:

   20

   a) ein erstes an sich bekanntes Fluidic-Element (A) mit einem an den Verdichterausiaß angeschlossenen Eingang (A 1), mit einem ins Freie mündenden Normalbetriebs-Ausgang (A 2) und einem mit dem Eingang (B 1) eines zweiten Fluidic-Elcments (ß) verbundenen zweiten Ausgang (A 3), sowie mit einem auf der Seite des Normalbetriebs-Ausgangs (A 2) quer einmündenden, an den Verdichterauslaß angeschlossenen Steuerkanal (A 4) und einem gegenüberliegend einmündenden, an die gemeinsame Druckluftverbrauchsleitung (5) angeschlossenen Steuerkanal (A S);

   b) ein zweites Fluidic-Element (B) mit einem Normalbetriebs-Ausgang (B 2) und einem zweiten Ausgang (B 3), die mit zwei gegenüberliegend qiir in ein drittes Fluidic-Element (C) einmündenden Steuerkanälen (C 4, C 5) verbunden sind, sowie mit einem auf der Seite des Normalbetriebs-Ausgangs (B 2) quer einmündenden, an den Verdichterauslaß (3) angeschlossenen Steuerkanal (B 4) und einem gegenüberliegend einmündenden, an die Umgebung angeschlossenen Steuerkanal (B S);

   c) ein drittes Fluidic-Element (C) mit einem an den Verdichterauslaß angeschlossenen Eingang (C 1), mit einem ins Freie mündenden Normalbetriebs-Ausgang (C 3) und einem den Stellkolben (13) des Zweiwegventils (4) in Öffnungsrichtung des Druckluftverbrauchswegs beaufschlagenden zweiten Ausgang (C 2).

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