DE1940174C3 - Regelanlage für Gasturbinentriebwerke mit getrennter Arbeitsturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für Gasturbinentriebwerke mit getrennter Arbeitsturbine, mit einem vom Brennstoffdruck beeinflußten Brennstoffregelventil und mit einer ersten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung, durch deren Kolbenstange mittels eines Hebels die E'.ntrittsleitschaufeln der Arbeitsturbine verstellbar sind, wobei jene Kolbenstange noch über eine zweite Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung durch einen Bedienhebel steuerbar ist.

Eine derartige Regelanlage ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 426 322 bekannt. Bei dieser bekannten Regelanlage, bei der die Veränderung der Schaufelstellung der Arbeitsturbine eine Änderung der Leistungsverteilung zwischen Verdichterturbine und Arbeitsturbine zur Folge hat, ist es wünschenswert, die Temperatur im Brennraum auf einen Höchstwert über den gesamten Bereich der Laufdrehzahlen hinwegzuhalten. Dazu reicht es nicht aus, allein die Brennstoffzufuhr zu erhöhen, da die Temperatur des Brennraums nicht über die des bestehenden Höchstwerts angehoben werden kann. Bei dieser bekannten Anlage ist damit bei derjenigen Höchstnutzlast, die durch die höchstzulässige Gastemperatur bei bestimmter Drehzahl gegeben ist, nicht immer ein optimales Beschleunigungsvermögen gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es, Regelanlagen für derartige Gasturbinentriebwerke mit getrennter Arbeitsturbine derart zu verbessern, daß auch bei durch die höchstzulässige Gastemperatur bei bestimmter Drehzahl gegebene Höchstnutzlast ein gutes Beschleunigungsvermögen gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolbenstange der zweiten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung über ein Kurventeil an der Kolbenstange der ersten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung deren Hub begrenzend angreift und mittels eines Steuerventils einen auch vom Betriebszustand des Triebwerks abhängigen, zwischen Drosselglied und Stellglied des Brennstoffregelventils anliegenden Steuermitteldruck steuert, und daß diese erste Stelleinrichtung durch einen in jener zweiten Stelleinrichtung gebildeten Steuerflüssigkeitsdruck betätigbar ist.

Durch diese erfindungsgemäße Anlage wird der Beschleunigungsvorgang im Bereich höchstzulässiger Gastemperatur derart beherrscht, daß die höchstzulässige Leistungsausbeute erreicht wird. Zur Beschleunigung wird zunächst die Gastemperatur in der Brenn-

kammer herabgesetzt und gleichzeitig die Durchsatzmenge des Arbeitsmittels durch weiteres öffnen der £intrittsleitschaufeln der nachgeschalteten, getrennten Arbeitsturbine über einen Drehzahlregler vergrößert, so daß Leistung und Drehzahl von Verdienter- und Arbeitsturbine erhalten bleiben. Danach wird die Brennstoffzufuhr derart erhöht, daß wieder die hochstzulässige Temperatur erreicht wird, wobei der Drehzahlregler die für den neuen Beharrungszustand erforderliche Stellung der Leitschaufeln einstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Regelanlage für ein Gasturbinentriebwerk,

Fig-2 eine Variante einer Einzelheit in schematischer Darstellung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

pig 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F i g. 5 b'^{s 8} schematische Darstellungen von Brennstoff-Regelanlagen, die für die in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele verwendet werden können.

Die in F i g. 1 gezeigte Anlage ist zur Verwendung in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk für ein Straßenfahrzeug vorgesehen.

Die grundsätzlichen Größen der Steueranlage sind die Turbinendrehzahl a, der Druck b an der Ansaugseite des Verdichters der Turbine, der Ausgangsdruck c des Verdichters und die Stellung d eines Bedienhebels (Gaspedal) zur Drosselregelung.

Ein Gaspedal 10 ist einer Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung It zugeordnet, wobei das Gaspedal 10 eine mechanische Eingangsbewegung eines Ventilglieds 12 dieser Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung bewirkt. Die Stelleinrichtung besteht im Prinzip aus einem Hydraulik-Zylinder 31c, in dem sich ein Kolben befindet. Das Ventilglied 12 wirkt mit einem Sitz zusammen, der durch das Ende der Kolbenstange der Einrichtung gebildet wird. Die Kolbenstange ist dabei rohrförmig ausgebildet. Der Kolben wird durch eine Feder 13 in einer solchen Richtung vorgespannt, daß er bestrebt ist, vom Ventilglied 12 wegzuwandern. Unter Druck stehende Flüssigkeit wird in das eine Ende des Zy'inders durch eine Druckleitung 14 über eine Drossel 15 und in das andere Ende über eine Drossel 16 eingeleitet. Dieses andere Ende des Zylinders weist einen Auslaß 17 auf; die Abflußleitung 18, die sich durch die Kolbenstange erstreckt, ist über ein flexibles Verbindungsstück 19 mit einer Ablaufleitung 20 verbunden. Im Gleichgewichtszustand fußt also Flüssigkeit kontinuierlich durch die Drossel 16 zum anderen Ende des Zylinders und durch dis Abflußleitung 18 in der Kolbenstange. Der Druck in diesem anderen Ende des Zylinders hängt vom Abstand des Ventilglieds 12 vom Kolben ab; für jede Stellung des Ventilglieds 12 gibt es eine entsprechende Stellung des Kolbens, derart, daß der Druck im anderen Ende des Zylinders ausreicht, um den Druck auszugleichen, mit dem das eine Ende des Zylinders beaufschlagt ist, wobei die Wirkung der Feder 13 berücksichtigt ist. Wenn das Gaspedal 10 niedergedrückt wird, wandert das Ventilglied 12 vom Kolben weg, so daß dei Druck im anderen Ende des Zylinders sofort abfällt. Das führt dazu, daß sich der Kolben so lang in Richtung auf das Ventilglied 12 bewegt, bis er eine neue Soll-Stellung erreicht, bei der das Gleichgewicht wieder hergestellt

ist. Die Drossel 15 verzögert die Bewegung des Kolbens. Damit herrscht während der Bewegung des Kolbens ein Minderdruck im AusIlB 17, der Druck steigt aber wieder, wenn der Kolben seine neue Stellung erreicht.

Wenn das Ventilglied 12 sich dem Kolben nähert, steigt der Druck im anderen Ende des Zylinders, so daß sich der Kolben vom Ventilglied 12 wegbewegt.

Zur Verstellung der Eintrittsleitschaufeln der Arbeitsturbine ist eine Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 21 vorgesehen. Dieser Mechanismus weist einen Zylinder 22 mit einem Kolben auf, dessen Kolbenstange 23 mit einem Hebel 24 gekoppelt ist, der den Schaufel-Verstellmechanismus betätigt (der nicht im einzelnen gezeigt ist). Die Bewegung der Kolbenstange 23 wird durch ein Kurventeil 25 begrenzt, das mit der Kolbenstange der Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 11 gekoppelt ist. Dieses Kurventeil hat ein Gleichdrehzahl-Profil 25a und ein Beschleunigungsprofil 25b. Der Kolben des Zylinders 22 wird durch eine Feder 26 in diesem derart vorgespannt, daß der Profiltaster 27 an das Beschleunigungsprofil 25b angedrückt wird. Die Kammer im Zylinder 22 auf der Seite des Kolbens, der beaufschlagt werden müßte, um ihn in der gleichen Richtung wie die 2< Feder 26 zu drücken, ist mit der Ablaufleilung 20 verbunden. Zur Steuerung der Druckbeaufschlagung auf die gegenüberliegende Seite des Kolbens ist ein Vorsteuerventil 28 vorgesehen. Der Schieber 29 dieses Ventils ist durch eine Feder 30 in eine solche Stellung vorgespannt, daß die Kammer der anderen Seite des Kolbens 22 mit der Ablaufleitung 20 verbunden ist. Der Schieber 29 ist jedoch gegen seine Vorspannung durch einen Druck bewegbar, mit dem er vom Auslaß 17 der Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 11 beaufschlagt wird. Während des normalen Gleichdrehzahllaufs der Turbine liegt der Schieber 29 durch diesen Druck an einem Anschlag 30 innerhalb des Vorsteuerventils 28 an, so daß die Kammer der anderen Seite des Kolbens nicht mit der Ablaßleitung 20 sondern mit der Druckleitung 14 verbunden ist. Wenn sich das Vorsteuerventil in diesem Zustand befindet, bewegt sich der Kolben der Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 22 gegen die Vorspannung der Feder, so daß sich der Profilabtaster 27 an das Gleichdrehzahlprofil 25a des Kurventeils anlegt. Die dargestellte Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 21 weist ebenfalls einen Arbeitszylinder 31 b zur Verstellung der Schwenkachse des Hebels 24 auf; dadurch wird eine unabhängige Verstellung der Schaufeln entsprechend der Drehzahl einer Antriebswelle erhalten. die von der Turbine angetrieben ist, und ein Turbinenbremsen ermöglicht. Die Zufuhr von Hydraulik-Flüssigkeit in diesen Arbeitszylinder 31b wird durch ein Ventil 32 geregelt, das während des Gleichdrehzahllaufs der Turbine durch eine Feder 33 in einem teilweise ge-S5 schlossenen Zustand gehalten wird. Dieses Ventil wird durch Angreifen des Kurventeils 25 an einem Stift geöffnet, wenn das Gaspedal 10 freigegeben wird. Der Kolben des Arbeitszylinders 31b wird durch eine Feder 36 derart in eine Endlage gedruckt, daß für jede Stellung der Kolbenstange 23 die Schaufeln so weit wie inöglich von ihrer voll geöffneten Stellung entfernt sind. Eine Bewegung des Kolbens des Arbeitszylinders 31b gegen die Federvorspannung kann die Schaufeln in ihre voll geöffnete Stellung oder über die hinaus ir Bremsstellung bewegen. Eine Kammer im Arbeitszylinder 31b auf einer Seite des Kolbens, die mit Druck be aufschlagt werden muß, um die Schaufeln in Richtung auf ihre offene Stellung zu bewegen, ist direkt mit dei

Ausgangsseite des Ventils 32 verbunden. Die Kammer auf der anderen Seite des Kolbens ist mit der Auslaßseite des Ventils 32 über eine Drossel 37 und ferner mit einem drehzahlempfindlichen Abflußventil 38 verbunden, das bei einer Soll-Drehzahl der von der Arbeitsturbine angetriebenen Antriebswelle zu öffnen beginnt. Wenn das Abflußventil 38 geschlossen ist, erfolgt eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der gegenüberliegenden Seiten des Kolbens des Arbeitszylinders 316; der Kolben wird damit durch die Feder 36 in seiner Endslellung gehalten. Wenn sich das Abflußventil 38 jedoch zu öffnen beginnt, fließt Flüssigkeit durch die Drossel 37, wodurch eine Druckdifferenz an den beiden Seiten des Kolbens 316 hervorgerufen wird. Der Kolben wird bewegt, wenn die Druckdifferenz die auf den Kolben ausgeübte Federvorspannung überwindet. Es versteht sich, daß das Ventil 32 in teilweise geschlossenem Zustand den Strom durch die Drossel 37 drosselt, so daß die Drehzahl der Antriebswelle, bei der der Druckabfall ausreicht, um den Kolben zu bewegen, während eines Normallaufs höher ist als während des Leerlaufs.

Die Zufuhr von Brennstoff zu den Brennern 39 der Turbine wird durch ein Brennstoffregelventil 40 bestimmt, das' den Überlauf von Brennstoff von der Druckseite einer Pumpe 41 regelt. Eine solche Regelung erfolgt durch ein Drosselglied 42, das mit einer Düse 43 zusammenwirkt. Das Drosselglied 42 wird durch eine Feder 44 in Richtung auf die Düse 43 gedrückt. Ein mit dem Drosselglied 42 verbundenes membranenförmiges Stellglied 45 trennt die Kammer 46, die mit einer Zapfstelle von der Ansaugseite des Verdichters verbunden ist, von einer Kammer 47, die über eine Drossel 48 mit einer Zapfstelle an der Druckseite des Verdichters verbunden ist.

Die Drossel 48 bildet einen Teil eines Luftpotentiomctcrs, dessen anderer Teil durch eine Düse 49 in einer Brennstoff-Hilfsregeleinrichtung 50 gebildet ist. Der Luftstrom von der Düse 49 wird durch ein Drosselglied

51 geregelt, auf den an einem Ende ein Drehzahlregler

52 einwirkt, der von der Turbine angetrieben ist. Auf das andere Ende des Drosselgliedes 51 wirkt eine Feder 53 ein, die über einen Lenker 54 mit der Kolbenstange der Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 11 verbunden ist. Die Düse 49 wird durch eine Zunahme in der Drehzahl der Turbine oder durch eine Abnahme in der Kraft geöffnet, die auf das Drpsselgiied 51 durch die Feder 53 ausgeübt wird, und zwar als Folge einer Bewegung der Kolbenstange der Einrichtung 11, wenn das Gaspedal 10 hochgelassen wird.

Während eines normalen Gleichdrehzahllaufs befinden sich Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 11 und Brennstoff-Hilfsregeleinrichtung 50 im Gleichgewichtszustand, so daß die den Brennern 39 zugeführte Brennstoffmenge gerade ausreicht, um die von der Stellung des Gaspedals 10 abhängige Drehzahl aufrechtzuerhalten. Die Stellung der Schaufeln wird durch die Stellung des Pedals 10 bestimmt, wobei der Profilabtaster 27 an der Kolbenstange 23 am Kurvenprovil 25a anliegt.

Beim Niederdrücken des Pedals 10 zur Erhöhung der Drehzahl fällt der Druck am Auslaß 17 unmittelbar von dem zuvor vorhandenen Wert ab, so daß der Schieber 29 durch seine Federvorspannung in die dargestellte Lage bewegt wird. Die Feder 26 bewirkt dann ein Öffnen der Schaufeln. Inzwischen bewegt sich die Kolbenstange der Einrichtung 11 nach links gemäß Blickrichtung in der Zeichnung, so daß eine zunehmende Kraft durch die Feder 53 auf das Drosselglied 51 ausgeübt wird, wodurch die Düse 49 teilweise geschlossen wird. Ein Druckanstieg in der Kammer 47 bewirkt eine Verringerung der Brennstoffmenge, die vom Auslaß der Pumpe 41 ausströmt, so daß zusätzlicher Brennstoff den Brennern 39 zugeführt wird, wodurch sich die Drehzahl der Turbine erhöht. Wenn der Kolben der Einrichtung 11 seinen neuen Gleichgewichtszustand erreicht, steigt der Druck am Auslaß 17 wieder, so daß der Ventilschieber 29 gegen seine Federvorspannung zurückbewegt wird, wodurch Druck zur Einrichtung 21 gelassen und damit die Schaufeln in die neue, durch das Kurvenprofil 25a bestimmte Stellung gebracht werden. Das dargestellte Beispiel weist ferner einen Drehzahl-Grenzregler für die Antriebswelle in Form eines drchzahlabhängigen Abflußventils 55 auf, das dem drehzahlabhängigen Abflußventil 38 ähnlich ist. Das Ventil 55 läßt von der Drossel 48 bemessene Luft ab, wodurch der Druck in der Kammer 47 abgesenkt wird, wenn die Drehzahl der Antriebswelle über einen Sollwert ansteigt.

Die in F i g. 2 gezeigte Variante zeigt einen änderbaren Drehpunkt für den Hebel 154, der dem Hebel 54 der F i g. 1 entspricht. Der Hebel 154 hat einen Bogenschlitz 154a, in dem ein am Ende eines durch eine Temperaturmeßeinrichtung 156 schwenkbaren Arms 155 angebrachter Drehstift läuft. Diese Einrichtung spricht auf die Eingangstemperatur des Verdichters oder auf die Verbrennungstemperatur an.

Als Alternativ-Anordnung zur Schaffung einer Abstimmung in Erwiderung auf die Eingangstemperatur des Verdichters können die Kurvenprofile 25a und 256 äußere dreidimensionale Profile auf einem zylindrischen Körper sein, der wie das Kurventeil 25 axial bewegbar ist, jedoch durch eine Temperatur-Meßeinrichtung auch drehbar ist. In diesem Fall werden zwei im Abstand angeordnete Abtaster an der Stange 23 an Stelle des einzigen Abtasters 27 vorgesehen.

In dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel betätigt das Gaspedel UO eine Stange 111 mit einem Ventilglied 112 an seinem Ende. Dieses stellt den Druck ein, mit dem der Hilfskolben 113 einer Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 114. 116 beaufschlagt wird. Dieser Kolben 113 hat einen Ventilsitz 114, mit dem das Ventilglied 112 zusammenwirkt Der Kolben 113 ist durch eine Feder 115 in eine außer Anlage am Ventilglied 112 wirkende Richtung vorgespannt. Die Enden eines Zylinders 116 der Stelleinrichtung sind über zwei Drosseln 117 bzw. 118 mit einer Hilfs-Druckmittelquelle verbun den. Das vom Ventilglied 112 und vom Sitz 114 gebilde te Ventil steuert den Ablauf vom Ende des Zylinder; 116, der der Drossel 118 zugeordnet ist. Der Druck it diesem letztgenannten Ende des Zylinders drückt dei Kolben in die gleiche Richtung wie die Feder 115. Dei Kolben 113 weist eine Kolbenstange auf, die beispiels weise gemäß der Darstellung durch eine Koppel un< eine drehbare Scheibe mit einem Hebel 119 verbundei ist, der einen mechanischen Eingang zu einem Steuer ventil 120 bildet, das außerdem einen mechanische) Eingang von einem Drehzahlregler 121 erhält, der vor Verdichter der Turbine angetrieben wird. Das Steuer ventil 120 wird im Gleichgewichtszustand gehaltei wenn die durch eine Feder 122 vom Hebel 119 darai ausgeübte Kraft durch die Kraft aufgehoben wird, di vom Drehzahlregler 121 ausgeübt wird, so daß sich da Steuerventil 120 in einem Gleichgewichtszustand fi jede Stellung des Hilfskolben IU befindet, wenn de Verdichter mit einer Soll-Drehzahl läuft, die der dt Stellung des Kolbens 113 entspricht.

Zur Verstellung der Leitschaufeln der Arbeitsturbine ist ein nicht im einzelnen beschriebener Mechanismus 123 vorgesehen, der durch eine Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 124 betätigt wird, wobei eine Kolbenstange

125 Ausgangsteil ist. Diese ist mit einem in einem Zylinder 127 gleitbaren Kolben 126 verbunden. Der Kolben

126 wird durch Federn 128 und 129 in eine Mittelstellung gespannt, in der er eine Mittelöffnung 130 im Zylinder 127 bedeckt. Die Enden des Zylinders 127 sind über Drossel 131 bzw. 132 mit der Hilfsdruckmittelquelle verbunden. Die Öffnung 130 ist über eine Drossel 133 mit einem Ventil 134 verbunden, das mit dem Ende des Zylinders 116 verbunden ist, an dem die Drossel 118 sitzt Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß der Druck in den Enden des Zylinders 116 an die öffnung 130 angelegt wird, wenn sich die Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung im Gleichgewichtszustand befindet. Wenn der Druck in dem besagten Ende des Zylinders 116 abfällt, nimmt während der Beschleunigung das Ventil 134 den dargestellten Zustand ein, bei dem das Druckmittel von der öffnung 130 über die Drossel 133 und das Ventil 134 zum Ablauf fließt. Der Kolben

126 weist ebenfalls eine Kolbenstange 135 auf, die einen Kanal enthält, der mit dem Ende des Zylinders

127 in Verbindung steht, an dem die Drossel 131 sitzt. Das Ende der Kolbenstange 135 hat ein Folge-Hilfsventil 136, das den Ausfluß von Druckmittel aus dem Kanal innerhalb der Kolbenstange 135 zum Abfluß steuert. Dieses Folge-Hilfsventil 136 wirkt mit einem dreidimensionalen Kurventeil 137 zusammen, das durch die Kolben 113 der Hilfseinrichtung drehbar und durch eine von der Temperatur an der Ansaugseite des Verdichters abhängige Einrichtung 138 axial verstellbar ist.

Wenn sich der Kolben 113 also im Gleichgewichtszustand befindet und der Druck im Ende des Zylinders 116, an dem die Drossel 118 sitzt, deshalb erhöht ist, dient das Ventil 134 dazu, die Öffnung 130 mit diesem Ende des Zylinders 116 zu verbinden, so daß auf den Kolben 126 eine verbleibende aufwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird (gemäß F i g. 3). Die Bewegung des Kolbens 126 nach oben setzt sich deshalb also fort, bis das Folge-Hilfsventil 136 am dreidimensionalen Kurventeil 137 anliegt, dessen Stellung von der an der Saugseite des Verdichters herrschenden Temperatur und von der Stellung des Kolbens 113 abhängt. Die Leitschaufeln der Arbeiisturbine werden deshalb durch diese beiden Veränderlichen verstellt. Während der Beschleunigung fällt, wie bereits erwähnt, der Druck am Ende des Zylinders 116 ab, an dem die Drossel 1Ί8 sitzt, so daß das Ventil 134 die öffnung 130 mit dem Auslauf verbindet. Als Folge davon bewegt sich der Kolben 126 in eine festgelegte Mittelstellung, wodurch die Schaufeln der Arbeitsturbine geöffnet werden. Diese Änderung der Schaufelstellung geht schneller vonstatten als die Änderung der Stellung des Kolbens 113, der die Brennstoffzufuhr erhöht. Nach Erreichen der erforderlichen Drehzahl steigt der Druck im Ende des Zylinders 116, an dem die Drossel 118 sitzt, erneut an. so daß der Kolben 126 wieder nach oben in eine neue Stellung bewegt wird, die der geänderten Stellung des Kurventeils 137 entspricht.

Zum Bremsen der Turbine werden die Leitschaufeln der Arbeitsturbine in eine entgegengesetzte Stellung gebracht, und zwar unter Verwendung des Hilfsstellmechanismus 124. Zu diesem Zweck ist ein Hubmagnetventil 139 vorgesehen, das bei Erregung das untere Ende des Zylinders 127 direkt mit dem Auslauf und das obere Ende des Zylinders 127 direkt mit der Hilfsdruckmittelquelle verbindet. Der Kolben 126 wird deshalb über seine Mittelstellung hinaus nach unten bewegt. Das Hubmagnetventil 139 wird unter verschiedenen Bedingungen erregt. Einmal kann es zum absichtlichen Bremsen der Turbine erregt werden, wenn das Pedal 110 freigegeben wird, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet. Das wird durch einen Schalter 140 bewirkt, der sich schließt, wenn das Pedal freigegeben wird, sowie durch einen Schalter 141, der durch

ίο einen Drehzahlregler 142 geschaltet wird, welcher von der Arbeitsturbine angetrieben wird und so eingerichtet ist, daß er öffnet, wenn sich die Arbeitsturbine in Ruhestellung befindet. Ein Schalter 143 am Kupplungspedal des Fahrzeugs, in dem die Turbine verwendet wird, kann dazu benutzt werden, das Hubmagnetventil 139 zu erregen, um die Schaufeln während des Umschaltens des Getriebes in Bremsstellung zu bringen. Schließlich kann ein vom Drehzahlregler 142 der Arbeitsturbine geschalteter Temperaturschalter 144 so angeordnet sein, daß er das Hubmagnetventil 139 erregt, wenn die Arbeitsturbine eine Solldrehzahl überschreitet.

In dem in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Regelanlage in zwei Teile geteilt. Das Gaspedal 110 wirkt nun auf eine Feder 143, die auf einen Hebel 144 einwirkt, auf den ferner der Drehzahlregler 142 der Arbeitsturbine einwirkt. Der Hebel 144 weist ein Vcntilglied 145 auf, das über Drosseln 146 und 147 in Reihe mit der Hilfsdruckmittelquelle verbunden ist. Dieses Ventilglied 145 regelt eine zweite Stufe einer Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung mit einem Arbeitszylinder 148, dessen Kolben ist mit einem Hebel 119 über eine Koppel 149 änderbarer Länge verbunden, die auf die Ansaugtemperatur des Verdichters anspricht. Der Kolben des Arbeitszylinders 148 ist durch eine Feder in eine Richtung vorgespannt, bei der die Brennstoffzufuhr zur Turbine verringert wird. Das die Federvorspannung des Kolbens durch Druckbeaufschlagung unterstützende Ende des Arbeitszylinders 148 ist über Drossel 150 und 151 in Reihe mit der Hilfsdruckmittelquelle verbunden. Eine Auslaufverbindung über eine weitere Drossel 152 besteht zur Verbindung zwischen diesen beiden Drosseln 150 und 151. Das andere Ende des Zylinders ist zwischen die Drosseln 146 und 147 geschaltet.

Wenn sich die Anlage also im Gleichgewichtszustanc befindet, hält der Drehzahlregler 142 den Hebel 144 ir einer solchen Stellung, daß der Druck zwischen der Drosseln 146 und 147 den Druck zwischen den Dros sein 151 und 152 um die Federkraft überschreitet. Wäh rend der Beschleunigung schließt das Ventilglied 145 so daß der Druck zwischen den Drosseln 146 und 14; steigt und der Kolben deshalb nach rechts gemäß de Darstellung in F i g. 4 wandert, und zwar mit einer Ge schwindigkeit, die durch die Drossel 115 bestimmt wird Die Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 124 ist die glei

ehe wie die in F i g. 3 gezeigte, das Ventil 134 ist jedocl durch ein Ventil 153 ersetzt, das einen Schieber IS aufweist, der vom Druckabfall an der Drossel 146 be aufschlagt wird. Im Gleichgewichtszustand ist de Druckabfall an der Drossel 146 derart, daß der Schic ber 154 in der dargestellten Stellung gehalten wird, b( der verhindert wird, daß Druckmittel aus der Öffnun 130 der Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 124 ström Während der Beschleunigung wird der Fluß durch di Drossel 146 gemindert, so daß der Druckabfall an die ser Drossel herabgesetzt wird. Der Schieber 154 war dert dann gemäß der Darstellung in Fig.4 nach linie

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und verbindet die Öffnung 130 über die Drossel 133 mit dem Auslauf.

In dem in Fig.4 gezeigten Beispiel ist das Kurventeil eine Kurvenscheibe 155, die durch die Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung 148 relativ zu einer Koppelung 156 drehbar ist, die selbst auf einer Achse drehbar ist, die zur Achse der Kurvenscheibe 155 im Abstand liegt. F.ine temperaturabhängige Einrichtung 157 in Form eines Drehstellglieds ist so angeordnet, daß der Träger 156 gedreht wird, um die Schaufelverstellung entsprechend der vorhandenen Verbrennungstemperatur zu ändern.

In Fig.5 bis 8 sind Einzelheiten verschiedener Brennstoffregelanlagen gezeigt, die in den zuvor beschriebenen Anlagen verwendet werden können. Die in F i g. 5 gezeigte Anordnung weist ein Brennstoffregelventil 160 auf, das den Überlauf von Brennstoff von der Druckseite einer Zahnradpumpe 161 steuert. Eine solche Steuerung wird mittels eines Ventilglieds 162 bewirkt, das mit einem Ventilsitz 163 zusammenwirkt. Das Ventilglied 162 wird durch eine Feder 164 auf den Ventilsitz 163 gedrückt. Eine Membran 165, die mit dem Ventilglied 162 verbunden ist, trennt eine Kammer 166, die mit einer Zapfstelle an der Saugseite des Verdichters verbunden ist, von einer Kammer 167, die über eine Drossel 168 mit einer Zapfstelle in der Druckseite des Verdichters verbunden ist. Eine weitere Membran 169 wird vom Brennstoffdruck beaufschlagt, der bestrebt ist, das Ventilstellglied 162 gegen seine Federvorspannung zu bewegen. Das Steuerventil 120 in dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet in Verbindung mit der Drossel 168 ein Luftpotentiometer, wodurch der Luftdruck, mit dem die Kammer 167 beaufschlagt wird, eine Funktion des Ausgangsdrucks des Verdichters, der Stellung des Kolbens 113 und der Drehzahl des Verdichters ist.

In der in Fig.6 gezeigten Anordnung wird eine Überlauf-Einspritzdüse verwendet. Ein Ventil 160, das dem im Zusammenhang mit F i g. 5 beschriebenen etwa

ίο gleicht, steuert dabei den Ablauf von Brennstoff.

Gemäß F i g. 7 wird eine Kreiselpumpe 169 verwendet. An Stelle des Ventils 160 gemäß F i g. 6 wird ein etwas anderes Ventil 170 verwendet, das den Abfluß der Pumpe drosselt und damit den erforderlichen Druck entsprechend den gleichen Größen wie zuvor einstellt.

Schließlich zeigt F i g. 8 eine Anordnung, in der eine Duplex-Einspritzdüse 171 in Kombination mit einer Zahnradpumpe 161 verwendet wird. Der Hauptstrom zur Düse geht durch eine Drossel 172, während der Nebenstrom durch zwei in Reihe geschaltete Überdruckventile 173 und 174 fließt. Überschüssiger Brennstoff fließt zwischen den Ventilen 173 und 174 durch das Ventil 120 ab.

In den in F i g. 5,6 und 7 gezeigten Brennstoff-Regelanlagen kann der Pumpenausgang für die Hilfsfunktion verwendet werden. Im Fall der in F i g. 8 gezeigten Anordnung ist es jedoch erforderlich, eine getrennte Pumpe einzusetzen, um das Hilfsdruckmittel zuzuleiten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Regelanlage für Gasturbinentriebwerke mit getrennter Arbeitsturbine, mit einem vom Brennstoffdruck beeinflußten Brennstoffregelventil und mit einer ersten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung, durch deren Kolbenstange mittels eines Hebels die Eintrittsleitschaufeln der Arbeitsturbine verstellbar sind, wobei jene Kolbenstange noch über eine zweite Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung durch einen Bedienhebel steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange der zweiten Zylinder-Kolben-Steileinrichtung (ti, 114, 116, 148) über ein Kurventeil (25, 137, 155) an der Kolben- '5 stange (23) der ersten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (22, 124) deren Hub begrenzend angreift und mittels eines Steuerventils (49, 51, 120) einen auch vom Betriebszustand des Triebwerks abhängigen, zwischen Steuerglied (42) und Stellglied (45) des *° Brennstoffregelventils (40) anliegenden Steuermitteldruck steuert, und daß diese erste Stelleinrichtung durch einen in jener zweiten Stelleinrichtung gebildeten Steuerflüssigkeitsdruck betätigbar ist.

2. Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben der zweiten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (11, 114, 116, 148) zur Bildung des die erste Stelleinrichtung betätigenden Steuerfiüssigkeitsdrucks ein mit einer Abflußleitung (18, 114) verbundener Ventilsitz angeordnet ist, dessen zugehöriges Ventilglied (12,112) mit dem Bedienhebel (10) verbunden ist, und daß jeder Seite jener zweiten Stelleinrichtung über eine Drossel (15, 117 bzw. 16, 118) flüssiges Steuermittel konstanten Drucks zugeführt wird.

3. Regelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (22, 124) ein Vorsteuerventil (28) aufweist.

4. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des Hebels (24) quer zu seiner Längsachse durch eine dritte Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (21) verschiebbar ist, deren eine Seite über ein durch die Kolbenstange der zweiten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (11) steuerbaren Ventil (32) flüssiges Steuermittel konstanten Drucks zugeführt wird, und daß diese eine Seite mit der anderen Seite über eine Drossel (37) in Verbindung steht, die an ein von der Turbinendrehzahl abhängiges Abflußventil (38) an- 5<> geschlossen ist.

5. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (51) des Steuerventils (49,51,120) zusätzlich durch einen Turbinendrehzahlgeber (52, '.2I) steuerbar ist.

6. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermitteldruck des Brennstoffregelventils (40) über eine Drossel (48) von der Verdichterauslaßseite abgenommen wird und durch ein von der Turbinendrehzahl abhängiges Abflußventil (55) steuerbar ist.

7. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurventeil (25, 137, 155) ein Profil (25a) für gleichbleibende Drehzahl und ein Profil (25b) für Beschleunigung aufweist.

8. Regelanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch eekennzeichnet, daß durch die dritte Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (21) die Leitschaufeln in eine Brennstellung bewegbar sind.

9. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Kurventeil (137, 155) eine dreidimensionale Form aufweist.

10. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurventeil (156) zusätzlich durch eine Einrichtung (157) schwenkbewegbar ist, die auf die Temperatur im Brennraum der Turbine anspricht.

11. Regelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (49,51,120) von der zweiten Zylinder-Kolben-Stelleinrichtung (11, 114, 116, 148) über eine Koppelungseinrichtung (154, 154a, 156) steuerbar ist, die auf die Temperatur an der Saugseite des Verdichters anspricht.