DE1816786C3 - - Google Patents

Description

2. Brennstoffregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite druckempfindliche Element einen in zwei Abschnitte (122,220) unterteilten Balg aufweist, bei dem das Ausgangsstellglied (124) an der Verbincmngsstelle der beiden Balgabschnitte (122, 220) befestigt ist und der mit dem Anschlag (224) zusammenwirkende Balgabschnitt (220) als Federeinrichtung dient.

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Brennstoffregeleinrichtung ist aus der US-PS 30 40 529 bekannt. In dieser sind drei Kammern mit unterschiedlichen Drücken vorhanden, die durch druckempfindliche Elemente — hier Balgen — voneinander getrennt sind. An einem dieser Elemente liegt ein erster pneumatischer Steuerdruck an, der ein Maß für den Verdichterausgangsdruck ist. Außerdem ist es mit dem zweiten druckempfindlichen Element mechanisch verbunden, das ebenfalls dem ersten Steuerdruck ausgesetzt ist. Die Wirkung dieses ersten Steuerdruckes auf das zweite druckempfindliche Element erfolgt jedoch in entgegengesetzter Richtung wie beim ersten druckempfindlichen Element. Zusätzlich spricht das zweite druckempfindliche Element noch auf einen zweiten pneumatischen Steuerdruck an. Dieser steht für die Differenz des Ist-Wertes der Turbinendrehzahl vom Drehzahlsollwert. Das Zumeßventil für die Brennstoffzufuhr des Gasturbinentriebwerkes wird von der kombinierten Wirkung beider druckempfindlichen Elemente betätigt.

Bei dieser bekannten Regeleinrichtung nun spricht das zweite druckempfindliche Element immer auf die Differenz der beiden genannten Steuerdrücke an. Befindet es sich am Anschlag, also am Ende seines Verstellweges, so ist weder durch das erste noch durch das zweite druckempfindliche Element eine weitere Regelung mehr möglich. Dies hat zur Folge, daß bei unvorsichtiger Verzögerung des Triebwerkes der Brenhstoffzufluß so gedrosselt werden kann, daß in den Brennkammern keine Verbrennung mehr aufrechterhalten wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennstoffregeleinrichtung der im Hauptanspruch angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Handregelung bei zu starken Drosselbewegungen überspielt werden kann, so daß eine Mindestzufuhr von Brennstoff zu den Brennkammern gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung kann die Drehzahl des Triebwerkes nicht schneller abgesenkt werden, als es einem vorgegebenen Verzögerungswert entspricht. Dieser Verzögerungswert ist so gewählt, daß dabei die Brennflamme mit Sicherheit nicht erlischt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbi- «) nentriebwerks mit einer erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung;

F i g. 2 einen schematischen Schnitt durch die Brennstoffregeleinrichtung nach Fig. 1.

In F i g. 1 ist ein Gasturbinentriebwerk 10 gezeigt, das einen Verdichter 12, eine Turbine 14 und mehrere Brennkammern 16 aufweist, an die Brennstoff durch einen Brennstoffverteiler 18, Brennstoffleitungen 20 und die Düsen 22 abgegeben wird. Die Brennstoffregeleinrichtung 30 wird durch den Gashebel 60 gesteuert und ίο spricht auf den Verdichterausgangsdruck an, der von einem Druckfühler 32 gemessen und über eine Leitung 34 weitergegeben wird. Der Regeleinrichtung wird auch die Drehzahl der Antriebsturbine für den Verdichter eingegeben, die durch eine Welle 36, ein Kegelradgetriebe 38, eine Welle 40, ein Kegelradgetriebe 42 und eine Welle 44 übertragen wird. Der Brennstoff wird von einem Brennstoffvorrat, beispielsweise einem Tank 46, durch eine Leitung 48 und eine Pumpe 50 abgegeben.

Die Brennstoffregeleinrichtung 30 (F i g. 2) besteht im wesentlichen aus einem Abschnitt 70, der den Brennstoffstromkreis enthält, und einem Abschnitt 72, der den pneumatischen Steuerstromkreis aufweist. Der Abschnitt 70 hat einen Einlaßkanal 74, der mit der Auslaßleitung der Brennstoffpumpe 50 verbunden ist, und einen Auslaßkanal 76. Der Auslaßkanal 76 führt zu den Brennstoffdüsen 22 der Brennkammern 16 über die Leitung 34, den Verteiler 18 und die Leitungen 20. In dem Abschnitt 70, in dem die Brennstoffzufuhr gesteuert wird, sind Einlaß- und Auslaßkanal durch Brennstoffka-

fao näle 78, 80 und 82 miteinander verbunden, wobei eine Zumeßöffnung 84 zwischen den Kanälen 80 und 82 angeordnet ist. Der wirksame Durchflußquerschnitt der

Öffnung 84 wird durch ein mit einer Kontur versehenes Ventilglied 86 gesteuert, das in Abhängigkeit von

bs Druckschwankungen in dem pneumatischen Steuerkreis in dem Abschnitt 72 betätigt wird. Der Druckabfall über der Zumeßöffnung 84 wird durch einen Druckregler 90 gesteuert, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel

eine biegsame Membran 92 aufweist, die ein Rückflußventil 94 als Funktion der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 96 und 98 betätigt, die mit den Kanälen SO und 82 verbunden sind. Die -esultierende Druckkraft auf die Membran 92 wird durch eine Feder 100 ausgeglichen, deren Druck durch ;ine Einstelleinrichtung 102 eingestellt wird, die einen bewegbaren Zylinder 104 und eine Stellschraube 106 aufweist. Das Rückflußventil 94 liegt zwischen der Leitung 108. die zu dem Kanal 74 führt, und einer Rückflußleitung 110, die zu dem Tank 46 über die Leitung 48 führt. Ein Entlastungsventil 112, beispielsweise ein Kugelventil, liegt zwischen dem Kanal 74 und dem Kanal 114, der zu der Rückflußleitung 110 führt In dieser Brennstoffregeleinrichtung wird der Druckabfall über der Zumeßöffnung 84 im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten, der durch die Einstellung der Feder 100 bestimmt wird, so daß die Brennstoffzufuhr zu dem Turbinentriebwerk im wesentlichen als Tunktion der Stellung des Zumeßventilgliedes 86 geregelt wird.

Die pneumatische Betätigungseinrichtung 120 in dem Abschnitt 72 weist ein aus einem Stempel 124 und einem schwenkbaren Gestänge 126 bestehendes Ausgangsstellglied auf, das mit dem Zumeßventilglied 86 zu dessen Einstellung in Abhängigkeit von der Druckschwankung verbunden ist, die durch ein Regelventil in dem Regelgehäuse 156 gesteuert wird. Bei einer Bewegung des Stempels 124 nach unten wird der wirksame Durchflußquerschnitt der Zumeßöffnung 84 größer.

Die Betätigungseinrichtung 120 weist ein Gehäuse 132 mit einer Kammer 130 auf, in der ein nachgiebiger Regelbalg 122, 220 und ein evakuierter Balg 230 angeordnet sind, die beide mit dem Steuerstempel 124 ve.hunden sind. Ein Ende des Balges 122, 220 ist gegenüber dem Gehäuse 132 abgedichtet und mit ihm fest verbunden, so daß eine Steuerkammer 140 geschaffen wird; der Innenraum des Balges 122, 220 ist zur Kammer 130 hin offen. Der Stempel 124 ist mit dem Balg 122,220 zwischen dessen Enden verbunden, so daß ein nachgiebiger, bewegbarer, die Bewegung verlangsamender Balgabschnitt 220 zwischen dem Befestigungspunkt des Stempels 124 und einem frei beweglichen Balgende 222 gebildet wird. Ein Anschlag 224 ist einstellbar in dem Gehäuse 132 angeordnet, der die Bewegung des freien Balgendes 222 nach oben begrenzt, wenn die Druckdifferenz über dem Balg 122, 220 über einen bestimmten Wert steigt, so dr.ß auf diese Weise eine entsprechende Verkleinerung des wirksamen Durchflußquerschnittes der Zumeßöffnung 84 begrenzt wird.

Die Kammer 130 ist mit dem Auslaß des Verdichters durch eine Leitung 138, einen Einlaßkanal 136 und eine Einlaßöffnung 134 verbunden, die an dem Gehäuse 156 zur Verbindung mit der den Verdichterausgangsdruck führenden Leitung 34 vorgesehen ist. Eine öffnung 202, die durch ein Anreicherungsventil 200 gesteuert wird, liegt zwischen dem Kanal 136 und der Leitung 138. Die Steuerkammer 140 ist mit der Leitung 138 über einen Kanal 142, eine öffnung 152 mit verringertem Durchmesser, eine Kamr-r i-i, die stromabwärts davon angeordnet ist, die Kanäle 146, 148 und die Leitung 150 verbunden. Ein Regelventil 154, das den wirksamen Durchflußquerschnitt des Kanals 170 steuert, verbindet die Kammer 144 mit einer pneumatischen Druckquelle relativ geringen Drucks, beispielsweise mit der Atmosphäre.

Die Regeleinrichtung, die das Regelventil 154 und das Anreicherungsventii 200 steuert, weist im wesentlichen eine Handbetätigung 162 auf, die durch den Gashebel 60 über einen Hebel 62 betätigt wird. Ein Drehzahlmesser 180 ist mit der Welle 44 verbunden, die durch die Antriebsturbine 14 für den Verdichter 12 angetrieben wird. Eine Steuerhebelanordnung 190,168 ist schwenkbar auf einem Stift 192 befestigt und steuert die Ventile 154 und 200 als Funktion der Drehzahiabweichungssignale, die sich durch den Vergleich der durch den

Gashebel 60 gewählten Solldrehzahl und der tatsächlichen Turbinendrehzahl ergibt, die von dem Drehzahl messer 180 gemessen wird. Zu diesem Zweck ist der Hebel 168 im Gegenuhrzeigersinn duich eine von Hand einstellbare Kraft von der Einrichtung 162 mittels einer Feder 166 vorbelastet, die mit einem Ende an dem Hebel 168 und mit dem anderen Ende an einem Hebel 164 befestigt ist, der durch eine mit dem Hebel 62 verbundene Nockeneinrichtung 160 betätigt wird. Der Hebel 190 ist im Gegenuhrzeigersinn durch eine Feder 194 vorgespannt, die bei 196 mit dem Hebel 168 verbunden ist, und wird im Uhrzeigersinn über eine Rolle 188 durch eine Hülse 186 nach oben in Abhängigkeit von der Bewegung der beiden Fliehgewichte 182, 184 beaufschlagt. Die Bewegung der

r> Fliehgewichte ist von der Drehzahl des Drehzahlmessers 180 abhängig. Es sind Vorsichtsmaßnahmen getroffen, welche eine überhöhte Drehzahl des Turbinentriebwerkes verhindern, die sich beispielsweise dadurch ergeben kann, daß ein kleines Fremdteilchen

i» den Durchtritt der Luft durch die Ventilöffnung 170 blockiert oder einschränkt. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung zur Begrenzung der Drehzahl vorgesehen, die im wesentlichen ein Ventil 231 aufweist, das durch eine Leitung 232 mit der Leitung 150 verbunden ist und

Γι das durch den Hebel 168 gesteuert wird, der auf einen Ventilstempel 234 wirkt. Das Ventil 231 wird geöffnet, wenn der Drehzahlmesser 180 eine zu große Turbinendrehzahl feststellt. Hierdurch wird der Druck in der Leitung 150 und in der Kammer 140 vermindert.

•ίο Dadurch dehnt sich der Balg 122 aus und bewegt das Zumeßventilglied 86 in seine geschlossene Stellung, so daß die Drehzahl der Turbine vermindert wird. Wenn die Verunreinigung aus der Ventilöffnung 170 entfernt ist, kehrt die Einrichtung in ihren normalen Betriebszustand zurück.

Die Regelung weist ferner eine Einrichtung 240 zum Ausgleich der Temperatur auf, die auf die Lufttemperatur an der Einlaßseite des Verdichters anspricht. Die Einrichtung 240 enthält ein Entlastungsventil 242, das mit dem Kanal 142 durch einen Kanal 244 verbunden ist. Durch dieses Ventil wird der Druck in der Kammer 130 vermindert, wenn die Temperatur der Umgebungsluft fällt, so daß sich das Ventil 84, 86 weiter öffnet. Hierdurch wird die Brennstoffzufuhr zu den Brennern erhöht. Der umgekehrte Vorgang läuft ab, wenn die Temperatur der Umgebungsluft steigt.

Beim Betrieb der Brennstoffregeleinrichtung 30 wird der Hebel 62 im Uhrzeigersinn (Fig.2) gedreht, wenn die Turbine beschleunigt werden soll. Hierdurch wird

bo der Hebel 168 in eine solche Richtung bewegt, daß die Ventilöffnung 170 und die Anreicherungsöffnung 202

. gedrosselt werden. Dadurch steigt der Druck in der

Kammer 130 an und die Druckdifferenz zwischen den Kammern 130 und 140 an dem Balg 122,220 fällt ab. Der

b5 erhöhte Verdichterdruck, der an die Kammer 130 weitergegeben wird, zieht den Balg 230 zusammen, so daß das Ventilglied 86 in seine offene Stellung bewegt und die Brennstoffzufuhr zu der Turbine erhöht wird.

,-L It:

Wenn die Turbine beschleunigt wird, bewegen die Fliehgewichte des Drehzahlmessers 180 den Hebel 190 im Uhrzeigersinn, so daß das Ventil 200 weit geöffnet wird, so daß kein wesentlicher Druckabfall an der öffnung 202 auftritt. Wenn der Hebel 190 sich weiter im Uhrzeigersinr bewegt, gibt die Feder 194 so weit nach, daß das obere Ende des Hebels 190 an dem Hebel 168 angreifen und ihn in eine Richtung verschieben kann, in welcher das Ventil 154 geöffnet wird. Durch das Vergrößern der öffnung des Ventiles 154 wird der Druckabfall an der Öffnung 152 an die beiden Kammern 130 und 140 weitergegeben; der Balg 122,220 dehnt sich aus, so daß der Stempel 124 und das Gestänge 126 in solch eine Richtung bewegt werden, daß das Ventil 84, 86 teilweise geschlossen wird. Diese Bewegung setzt sich fort, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen der Wirkung des Drehzahlmessers 180 und des Reglerbalges 122,220 erreicht ist. Wenn die Drehzahl der Turbine herabgesetzt werden soll, wird der Hebel 62 im Gegenuhrzeigersinn bewegt, so daß der Hebel 168 sich in der Richtung bewegt, in welcher das Ventil 154 weiter geöffnet wird. Auf diese Weise wird ein größerer Differenzdruck zwischen den Kammern 130 und 140 erzeugt, so daß der Balg 122,220 sich ausdehnt und den Stempel 124 und das Gestänge 126 in solch eine Richtung verschiebt, daß das Zumeßvenlil 84, 86 geschlossen wird. Das Balgende 222 des Balges 122,220 sitzt auf dem Anschlag 224 auf, so daß der Balg 122, 220 als ein auf Druck ansprechendes Mittel zur Steuerung des Ventiles 84, 86 unwirksam wird. Der Baigabschnitt 220 wirkt dann als Feder gleichsinnig mit der Bewegung des Balges 230 als Reaktion auf einen Abfall im Verdichterausgangsdruck. Die Verminderung der Drehzahl des Turbinentriebwerkes wird daher durch den

ίο Balg 230 gesteuert, dessen Wirkung durch die Federkraft des Balgabschnittes 220 so verändert ist, daß das Schließen des Zumeßventils proportional zu dem durch die Federkraft des Balgabschnittes 220 abgewandelten Verdichterausgangsdruck erfolgt. Wenn die Drehzahl des Verdichters geringer wird, fällt auch der Enddruck in der Kammer 130 ab und die Druckdifferenz über dem Balg 122, 220 wird ebenfalls vermindert, so daß dieser wiederum die Hauptsteuerung des Zumeßventiles 84,86 übernimmt.

In der beschriebenen Regeleinrichtung werden Balgen als druckempfindliche Elemente verwendet. Statt dessen können gegebenenfalls auch Membranen, Kolben und dgl. verwendet werden, die dieselbe Funktion ausüben können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einem durch eine Turbine angetriebenen Verdichter, bei der das Zumeßventil für die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk durch eine pneumatische Betätigungseinrichtung verstellbar ist, deren das Zumeßventil betätigendes Ausgangsstellglied einerseits durch ein erstes bewegliches, mit ihm fest verbundenes druckempfindliches Element, das auf einen den Verdichterausgangsdruck wiedergebenden ersten pneumatischen Steuerdruck anspricht, und andererseits durch ein zweites bewegliches druckempfindliches Element verstellbar ist, das auf die Druckdifferenz zwischen dem ersten Steuerdruck, der in entgegengesetzter Richtung als beim ersten druckempfindlicher. Element wirkt, und einem zweiten pneumatischen Steuerdruck anspricht, der von dem ersten Steuerdruck über ein in Abhängigkeit von einem Drehzahlabweichungssignal betätigtes Ventil mit veränderlichem Durchflußquerschnitt gesteuert wird, wobei das Drehzahlabweichungssignal die Differenz zwischen der von einem von der Verdichterantriebsturbine angetriebenen Fliehkraft-Drehzahlmesser erfaßten Ist-Drehzahl der Turbine und einem vorgegebenen Drehzahlsollwert wiedergibt, wobei der Verstellweg des zweiten druckempfindlichen Elements bei zu großem erstem Signaldruck durch einen Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite druckempfindliche Element (122,220) mit dem Ausgangsstellglied (124, 126) über eine Federeinrichtung (220) verbunden ist.