DE2307305C3 - Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Beim Inbetriebsetzen des Nachbrenners einer Strahlturbine muß der Pilot darauf achten, daß in dem Augenblick, in dem er den Handhebel für die Regelung der Strahlturbine in die Stellung »Nachverbrennung« schwenkt, die Verdichterdrehzahl und die Gastemperatur die Werte für Vollast beim »trockenen« Betrieb erreicht haben. Die Nachverbrennung ist in der Tat nicht nötig und nur von Interesse, wenn die Strahlturbine im übrigen bereits mit Vollast arbeitet Außerdem setzt die richtige Regelung der Nachverbrennung voraus, daß die oben genannten Parameter während der gesamten Betriebszeit der Nachverbrennung konstant gehalten werden.

Um das vorzeitige Inbetriebsetzen des Nachbrenners zu vermeiden (d. h, vor dem tatsächlichen Erreichen der Vollast), muß der Pilot den Handhebel für die Strahlturbine genügend lange in der Stellung »trockene Vollast« halten, damit sich die genannten Parameter auf den gewünschten Wert einstellen können. Ausgehend von der Stellung »trockene Teillast« kann er daher den Handhebel nicht unmittelbar in irgendeine Stellung im Bereich »Nachverbrennung« schwenken, ohne in der Stellung »trockene Vollast« eine Wartezeit eingehalten zu haben und ohne sich vergewissert zu haben, ob die das Einschalten zulassenden Bedingungen erfüllt sind.

Hierdurch werden die Aufgaben der Piloten zusätzlich erschwert; falsche Manöver sind möglich. Außerdem ergibt sich ein Zeitverlust beim Beschleunigungsvorgang (z. B. beim Start oder Aufstieg) eines von einer derartigen Strahlturbine angetriebenen Flugzeugs.

Die Zündeinrichtung für den Nachbrenner besteht

häufig aus einer Einrichtung, die während eines bestimmten Zeitraumes in die Hauptbrennkammer eine zusätzliche Brennstoffmenge durch eine Düse einspritzt, die etwas oberhalb der Turbine mündet Der sich daraus ergebende, entzündete Strahl durchquert die Turbine und zündet den Brennstoff im Nachbrenner. Diese besonders einfache Einrichtung erhöht die Temperatur der Turbinenschaufeln zusätzlich, die schon beim »trockenen« Betrieb (d.h. ohne Nachverbrennung) in den modernen Strahlturbinen sehr hoch ist

Um diese zusätzliche Temperaturerhöhung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist es folglich ratsam, die Einspritzdauer des Brennstoffs durch die Zündeinspritzdüse soweit wie möglich zu begrenzen. Diese Einspritzung darf weder zu früh beginnen (d. h. bevor die das Einleiten der Nachverbrennung zulassenden Bedingungen erfüllt sind), noch zu lange (d.h. nachdem die Zündung des Brennstoffs im Nachverbrennungskanal tatsächlich erfolgt ist oder im Falle einer erfolglosen Zündung) dauern. Hierdurch werden die Aufgaben der Piloten noch komplexer.

Eine Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners der eingangs genannten Art, mit welchem der Pilot in der geschilderten Situation in gewisser Weise entlastet wird, ist aus der US-PS 30 07 303 bekannt Mit dieser Vorrichtung läßt sich die Brennstoffzufuhr im Nachbrenner als Funktion zweier Parameter, nämlich des Ausgangsdrucks des Kompressors sowie der Winkelstellung des Handhebels, dosieren. Dies wird dadurch erreicht, daß ein verringerter Druck β · Pc erzeugt wird, der mit Hilfe eines Nadelventils verändert werden kann. Dieses Nadelventil kann jedoch keine »Wartezeit« in der Stellung »Teillast-Nachverbrennung« bewirken, wenn der Handhebel weiter in Richtung Nachverbrennung geschoben wird. Hier ist also notwendig, daß der Pilot selbst diese Wartezeit einhält

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners der eingangs genannten Art anzugeben, die bei kontrollierter Zündung ein Umlegen des Handhebels direkt aus dem Bereich »Teillast trocken« in den Bereich »Vollast-Nachverbrennung« ohne Einhaltung einer Wartezeit zuläßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale des kennzeichnenden Teils gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bleibt während der Dauer der Inbetriebsetzungsphase des Nachbrenners der Durchsatz des tatsächlich in den Nachverbr°nner eingespritzten Brennstoffs sehr klein (z.B. gleich oder kleiner als der entsprechende Durchsatz bei »Teillast-Nachverbrennung«). Dies unabhängig von der vom Handhebel eingenommenen Stellung.

Ausgehend z. B. von der Stellung »Teillast, trocken« kann daher der Pilot in einem Zug den Handhebel unmittelbar in eine Stellung des Bereichs »Nachverbrennung« — einschließlich der Stellung »Vollast-Nach-VerbfennUng« verschieben. Die Einrichtung wirkt sich so aus, als ob der Handhebel in der Stellung »Einleiten der Nachverbrennung« oder »Teillast-Nachverbrennung« gehalten würde, bis die erforderlichen Parameter zur Weiterstellung erreicht sind.

Dieses Ergebnis wird erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken verschiedener Merkmale erreicht. Zum einen ist es erforderlich, mittels einer besonderen Einrichtung wenigstens einen Betriebsparameter der Strahlturbine zu überwachen. Diese Einrichtung stellt fest, wenn der oder die Parameter einen vorgegebenen Schwellwert erreicht haben. Das Überschreiten dieses Schwellwertes zeigt an, daB grundsätzlich der Nachbrenner gezündet werden kann. Befindet sich die Vorwähleinrichtung in der Stellung, die der »Nachverbrennung« entspricht, so wird nun die Versorgungseinrichtung für den Nachbrenner in Betrieb gesetzt Hat

ίο der Brennstoff im Nachbrenner gezündet, so wird die Einrichtung zur Modifikation des Parameters β außer Betrieb gesetzt

Der Pilot muß sich daher nicht mehr vergewissern, ob die Drehzahl oder die Temperatur der Gase den Schwellwert erreicht haben, der das Einschalten des Nachbrenners gestattet Beim Umlegen des Handhebels wird der Vollast-Betrieb der Strahlturbine (sofern er nicht schon vorliegt) herbeigeführt; gleichzeitig wird die Nachverbrennung vorgewählt

Ein Attsführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung aäher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht der Strahlturbine mit Nachbrenner und mit einer erfindungsgemäßen

Einrichtung;

F i g. 2 eine schematische Ansicht der Dosiereinrichtung für den Brennstoffdurchsatz zum Nachbrenner;

Fig.3 ein die Funktion des in Fig.2 gezeigten Dosierreglers darstellendes Diagramm;

F i g. 4 eine schematische Ansicht eines Druckminderventils, das mit der Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners nach der Erfindung zusammenarbeitet; F i g. 5 ein vereinfachtes Schaltungsschema;

F i g. 6 Diagramme, welche die Inbetriebsetzung des Nachbrenners darstellen, wie sie bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung erhalten wird.

In F i g. 1 ist eine Strahlturbine gezeigt Sie enthält aufeinanderfolgend nach einem nicht gezeigten Luftein laß einen Kompressor 1, eine Hauptbrennkammer 2, eine Expansionsturbine 3, einen Nachbrenner 4 und eine Schubdüse 5 mit durch Klappen 6 regelbarem Querschnitt Der aus der Turbine austretende, heiße Gasstrom ist mit Fbezeichnet

4^r. In die Hauptbrennkammer 2 münden Haupteinspritzdüsen 7. Eine über eine Ansaugkanalanordnung 9 versorgte Pumpe 8 fördert Brennstoff zu den Einspritzdüsen 7 über Kanäle 10, 11, zwischen die eine Durchsatz-Dosiereinrichtung 12 bekannter Bauart ge-

>o schaltet ist.

Im Nachbrenner 4 sind Rampen R\, Ri, Rj zur Einspritzung einer Brennstoffmenge C in den heißen Gasstrom Fangeordnet. Diese Brennstoffmenge wird von diner Pumpe 13 über Kanäle 14, 15 über einen Verteiler 16 und Kanäle CRu CRi, CR₃... gefördert und mit Hilfe einer Dosiereinrichtung 17 dosiert. Die Pumpe 13 wird von einer nicht gezeigten Quelle mit Brennstoff über einen durch ein Hauptventil 19 absperrbaren Ansaugkanal 18 Vfsorgt

ι·" Die Drehzahl (eventuell auf Flughöhe korrigiert) des

Kompressors und ein charakteristischer Druck des Kompressors, z. B. der Förderdruck, sind mit N bzw. Pi

bezeichnet.

Der an einer geeigneten Stelle des Kompressors

·· ■ abgenommene Druck P₂ wird über einen Kanal 20 zu einem Druckminderer R übertragen, der, hiervon ausgehend, einen Parameter ß verarbeitet, der höchstens gleich 1 ist. Der im Druckminderer R erzeugte

Druck ßP₂ wird über einen zwischengeschalteten Kanal 22 auf die Dosiereinrichtung 17 für den Nachbrenner übertragen.

Ein Steuerkasten 23 ist mit den beiden Dosiereinrichtungen 12 und 17 über 24 und 25 bzw. mit dem Handhobel M für die Regelung der Strahlturbine verbunden. Dieser Handhebel besitzt einen mit Gradeinteilung versehenen Abschnitt Die Stellung des Handhebels ist durch einen Winkel λ gekennzeichnet, der von einem geeigneten Nullpunkt aus gemessen wird. Jeder Handhebelwinkel entspricht einer vom Piloten bestimmten Last, «ι, «2t «3, ««. «5 sind fünf charakteristische Winkel des Handhebels, denen folgende Situationen entsprechen: »trockene Teillast«, »trockene Vollast«, »Einschalten der Nachverbrennung«. »Teillast-Nachverbrennung«, »Vollast-Nachverbrennung«. Der Winkel zwischen Null und «a bildet den Bereich »trocken«, während der über «3 hinausgehende Winkel den Bereich »Nachverbrennung« bildet.

Die Strahlturbine ist mit einer Brennstoffzündeinrichtung versehen, die in den Nachbrenner hineinragt. Diese Zündeinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Zündeinspritzdüse 26, die in die Hauptbrennkammer 2 der Strahlturbine mündet und beim Inbetriebsetzen des Nachbrenners während einer bestimmten Zeit oberhalb der Turbine 3 eine Hilfsbrennstoffmenge abgibt. Dieser Brennstoff entflammt aufgrund der in der Kammer 2 herrschenden Temperatur und erzeugt dabei eine die Schaufeln der Turbine 3 durchquerende Stichflamme. Diese entzündet den aus der Einspritzpumpe oberhalb R\ entweichenden Nachbrenner-Brennstoff.

Die Zündeinspritzdüse 26 wird durch Zwischenschalten eines mit einem Rückschlagventil 28 versehenen Kanals 27 mit dem Ausgang der Pumpe 13 entnommenem Brennstoff versorgt Mit dem Verschluß 29 kann die Zündeinrichtung außer Betrieb gesetzt werden.

Der Nachbrenner ist mit einer Zündanzeigeeinrichtung 30 ausgerüstet. Sie gibt ein Signal ab, wenn die Entflammung des Brennstoffs im Nachbrenner tatsächlich erfolgt ist Dieses in einem Verstärker 31 verstärkte Signal beeinflußt die Inbetriebsetzung des Nachbrenners, wie noch hesphriphpn wird Dip 7ijnHan7Pigppinrichtung kann von bekannter Bauart sein.

Ti T₄ und Ts sind die Temperaturen unmittelbar oberhalb der Turbine 3, unmittelbar unterhalb dieser Tuitine und in der Düse 5.

Die Fig.2 zeigt die Dosiereinrichtung 17 für den Nachbrenner genauer.

Diese Dosiereinrichtung spricht erstens auf den Parameter ßP₂ und zweitens auf den Winkel α des Handhebels M r*n Bereich »Nachverbrennung« an. Er enthält insbesondere einen an einer Achse 41 angelenkten Schwinghebel 40 mit zwei Hebelarmen, deren Verhältnis mit a/b bezeichnet ist Ein Ende 40a des Schwinghebels steuert unter Zwischenschaltung einen Servomotor 42 die Verschiebung eines Dosierkolbens 43, der mit einem Dosierschlitz 44 zusammenarbeitet Ein nicht gezeigtes Steuerventil regelt in bekannter Weise den Druckabfall über dem Dosierschlitz 44. Für einen gegebenen Druckabfall ist der Brennstoffdurchsatz daher allein eine Funktion des freigegebenen Dosierschlitzes, d. h. der Stellung des Dosierkolbens 43.

Der in einem Raum 45 herrschende bzw. diesem entnommene Druck β P₂ steuert fiber Druckdosen 46 und über einen hydraulischen Verstärker 47 die Verstärkung des anderen Endes 406 des Schwinghebels 40. Für einen über dem Dosierschlitz gegebenen Druckabfall hält daher die Dosiereinrichtung 17 das Verhältnis C/ßP₂ konstant oder gleich dem Verhältnis a/b der Hebelarme des Schwinghebels 40.

Dieses Verhältnis kann mit Hilfe des Handhebels M durch Veränderung der Stellung der Anlenkachse 41 in

s einer vom Schwinghebel getragenen Gleitführung 40c verändert werden.

Fig.3 zeigt ein Diagramm, das die Funktion der Dosiereinrichtung 17 für verschiedene Handwinkel λ darstellt insbesondere für λ=λ« (»Teillast-Nachverbrennung«) und a =«5 (»Vollast-Nachverbrennung«). Da der Nachbrenner nur nötig ist, wenn die »trockene« Strahlturbine bereits mit Vollast arbeitet, hält die Dosiereinrichtung 12 die Kompressordrehzahl N und die Temperatur T₃ oberhalb der Turbine (und folglich auch die Temperatur T₄ unterhalb der Turbine) während der gesamten Betriebszeit des Nachbrenners konstant

Die Nachverbrennung kann durch Zunahme der Temperatur T₅ — T₄ charakterisiert werden. Nun ist aber diese Temperaturzunahme proportional dem Verhältnis C/D, wobei Cder Brennstoffdurchsatz und D der Luftdurchsatz des Nachbrenners ist. Dieser Luftdurchsatz ist seinerseits proportional einem charakteristischen Druck (z. B. dem Austrittsdruck) P₂ des Kompressors und ist dadurch gegeben, daß die Drehzahl N und die Temperaturen Tt und T₄ durch die Hauptregelung konstant gehalten werden. Daraus folgt, daß die Nachverbrennung durch das Verhältnis CZP₂ gut dargesVillt ist. Der Druck P₂ wird dabei durch den Parameter β korrigiert der kleiner als 1 ist (z. B. in der Größenordnung von 0,87) und bei dem sich auf dem Versuchsstand ein maximaler Schub der Strahlturbine bei der Nachverbrennung ergibt Dieser Parameter greift aber normalerweise nicht in das Funktionsprinzip der Regelung des Nachbrenners ein. Der Brennstoff-

JS durchsetz C des Nachbrenners ist daher durch den Ausdruck C=/?/V(«) gegeben.

Der Pilot kann daher mit Hilfe seines Handhebels M die Last der Nachverbrennung wählen, indem er das Verhältnis C/ßP₂ regelt Die Hauptregelung hält dabei

•»ο weiterhin die Parameter N, Ti, T₄ konstant Die durch den Betrieb des Nachbrenners unterhalb der Turbine hprhpicTpfnhrtAn QtÄr»in»<»n οιαγΗρπ A*%rr>Vt o!r»ja woita»·

geöffnete Stellung der Schubdüse 5 ausgeglichen.
Eine Drosselung des Brennstoffdurchsatzes läßt sich

•3 nun durch Veränderung des Parameters β mit Hilfe eines schaltbaren Druckminderventils, etwa des in F i g. 4 gezeigten, erzielen. Dieses schaltbare Druckminderventil wird mit Druckmittel, z. B. Luft unter dem Druck ßpi gespeist Es hat einen Raum 145, der mit zwei

V) engen Blenden 70,71 zusammenarbeitet Der Raum 145 öffnet sich über die Blende 71 zu einem Niederdruckraum (z. B. zur Atmosphäre oder zu einem Unterdnickraum). Dieser Raum wird über die Blende 70 mit Druckmittel unter dem Druck βP₂ gespeist Beim

« dargestellten Beispiel wird das schaltbare Druckminderventil 70, 145, 71 vom Hauptdruckminderventil 21 gespeist; beide zusammen bilden eine Dnickmindereinrichtung R. Die Blende 71 bildet einen Austrittskanal, durch den im Betrieb das Druckmittel den Raum 145 mit

w Schallgeschwindigkeit verläßt

Ein elektrisch betätigter Hahn ADF oder eine ähnliche Einrichtung stellt zwischen dem Austrittskanal 71 und dem Raum 145 eine Verbindung her, bzw. unterbricht diese. Wenn dieser Hahn ADF geschlossen

'■- ist sind die in den beiden Räumen 50 und 145 herrschenden Drücke gleich groß, da kein Durchsatz durch die Blende 70 vorliegt Die Einrichtung arbeitet dann so, wie dies auch bekannte Einrichtungen dieser

Art tun.

Wenn dagegen der Hahn ADF offen ist, erfährt das durch den Kanal 20 ankommende, unter dem Druck P₂ stehende Druckmitte! zwei aufeinanderfolgende Druckminderungen; die erste im Hauptdruckminderventil 21 (52, SO, 51) und die zweite im Hilfsdruckminderventil 70, 145, 7t. Unter diesen Bedingungen stellt sich im Raum 145 ein verminderter Druck ß'Pi ein, wobei ß' sehr viel kleiner als β ist. Mit dem Hilfsdruckminderventil 70,145, 71 können somit der Parameter β sowie der durch die Dosiereinrichtung 17 dosierte Brennstoffdurchsatz verändert werden. Dabei sinkt letzterer von seinem normalen Wert C=/?AV(«) auf einen stark, verminderten Wert C'=ß'P₂l[x).

In Fig. 5 ist das gesamte Funktionsschema der Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme des Nachbrenners dargestellt. Der elektrisch betätigte Hahn 65 steuert die Brennstoffversorgungseinrichtung 18,19 für die Nachverbrennung. Der elektrisch betätigte Hahn 29 steuert die Zündeinrichtung 26. Die Kontrollampe 62 zeigt das tatsächliche Funktionieren der Nachverbrennung (amberfarbene Lampe) an. Die Kontrollampe 63 überwacht das Funktionieren der Zündeinrichtung (rote Lampe). Das bereits anhand der Fig.4 beschriebene Druckminderventil 70, 145, 71 ist zu erkennen, das mit Hilfe des elektrisch betätigten Hahns ADFm oder außer Betrieb gesetzt werden kann.

Eine Vorwähleinrichtung 100 für den Nachbrenner kann die Betriebsstellung »trocken« oder die Betriebsstellung »Nachverbrennung« einnehmen. Die Vorwähleinrichtung wird durch einen elektrischen Kontakt gebildet, der unter Zwischenschaltung einer Verbindung 101 mittels des Handhebels Mso gesteuert wird, daß die Bewegung von der Stellung »trocken« in die Stellung »Nachverbrennung« sich vollzieht, wenn der Handhebel in den Bereich »Nachverbrennung« (α > »ι) eintritt.

Der Kontakt 100 wählt die Versorgung eines elektrischen Kreises vor, der insbesondere aus einem elektronischen Unterbrecher 102, beispielsweise einem Transistor, und einem Umschalter besteht.

An der Basis des Transistors 102 liegt ein Signal, das werden.

Der Transistor 102 bildet auf diese Weise eine Art Blockiereinrichtung, die den Betrieb des Nachbrenners verbietet, solange die »trockene« Vollast nicht erreicht

s ist.

Der Umschalter 110 kann zwei Stellungen einnehmen. In seiner ersten, in F i g. 5 gezeigten Stellung, die seine normale Ruhelage ist, schaltet er den elektrisch betätigten Hahn 29 für die Steuerung der Zündeinrichtung 26 unter Zwischenschaltung eines verzögerten Unterbrechers ein. Dieser Unterbrecher bleibt normalerweise während einer zum normalen Zünden ausreichenden Zeit geschlossen. Seine Rolle wird später beschrieben.

π In seiner zweiten Stellung schaltet der Umschalter einerseits die Kontrollampe 62 für den tatsächlichen Betrieb des Nachbrenners (amberfarbene Lampe) und andererseits den elektrisch betätigten Hahn ADFüber eine Verzögerungseinrichtung 130 ein. Sind die Vorwähleinrichtung 100 und der elektronische Unterbrecher 102 geschlossen, so leuchtet die Lampe 62 auf. Der elektrisch betätigte Hahn ADF wird über die Verzögerungseinrichtung 130 nur nach einer vorgegebenen Verzögerung z. B. in der Größenordnung von 1,5 Sek. erregt, so daß das Druckminderventil 70,145,71 außer Betrieb gesetzt wird.

Der Umschalter 110 wird in seine zweite Stellung durch ein Relais Ul gesteuert, das so lange erregt ist, wie die Zündanzeigeeinrichtung 30 ein Signal abgibt.

Durch dieses Signal wird angezeigt, daß die Zündung des Brennstoffs im Nachbrenner tatsächlich erzielt wurde.

Ein Unterbrecher 120 unterbricht beim Fehlen eines von der Zündanzeigeeinrichtung 30 kommenden Signals, d. h. im Falle einer erfolglosen Zündung, die Erregung des elektrisch betätigten Hahns 29, so daß die Zündeinrichtung 26 außer Betrieb gesetzt wird. Der Unterbrecher 120 kann so ausgebildet sein, daß er nach einer vorgegebenen Zeit (z. B. 8 Sek.) öffnet, gerechnet vom Rpgjnn Hpr Zündeinspriizüüg (d. h. von dsrr. Augenblick an, an dem der Transistor 102 freigegeben

in einem Verstärker 104 verstärkt wurde. Der Komparator 103 nimmt ein oder mehrere Signale auf, etwa X oder Y, die von einem oder mehreren nicht dargestellten Gebern abgegeben werden und die mit einem oder mehreren Bezugssignalen X_nI, Y_nT verglichen werden. Die Signale X, Y werden durch mindestens ein einen Funktionsparameter der »trockenen« Strahlturbine darstellendes Signal gebildet, etwa durch die Verdichterdrehzahl N oder die Gastemperatur T₃ oder 7i am Eintritt oder Austritt der Turbine. Die Bezugssignale werden vorteilhaft durch Signale gebildet, die einen vorgegebenen Schwellwert (vorzugsweise den Wert für die »trockene« Vollast) der oben angegebenen Parameter darstellen (z.B. N =8100U/ min. und Ti = 720°Q.

Solange der oder die Parameter X, Y nicht den angegebenen Schwellwert erreicht haben, hält das vom Komparator 103 abgegebene Signal den Transistor 102 gesperrt Der Komparator 103 erzeugt ein Signal zum Freigeben dieses Transistors, sobald dieser Schwellwert erreicht ist Der Transistor 102 wird durch eine Rückführungsschleife 105 leitend gehalten, die insbesondere eine Diode 106 enthält Dadurch soll das ungewollte Anhalten der Nachverbrennung für den Fall einer vorübergehenden Änderung eines der vorerwähnten Parameter, insbesondere der Drehzahl N, verhindert Ein Umschalter ist mit 140 bezeichnet In seiner ersten, normalen, in F · g. 5 gezeigten Stellung, die im folgenden allein betrachtet wird, kann der elektrisch betätigte Hahn ADF das Druckminderventil 70,145, 71 unter den anschließend zu untersuchenden Bedingungen in bzw. außer Betrieb setzen. In der zweiten Stellung, die nur eine HilfsStellung ist, verbindet der Umschalter 140

so den Hahn ADFmil einer elektrischen Energiequelle, so dtß der Hahn dauernd in Schließstellung bleibt Dann verläuft alles so, als ob das Druckminderventil 70,145, 71 ausgeschaltet wäre. Dies kann beim Versagen der Nachverbrennungsregelung nützlich sein und das Inbetriebsetzen einer vereinfachten Regelung ermöglichen.

Es sei nun angenommen, daß sich der Handhebel M in dem Augenblick, in dem der Pilot so schnell wie möglich über den maximalen Schub des Nachbrenners verfugen muß, in der Stellung »trockene« Teillast (λ =«i) befindet

In diesem Augenblick befindet sich die Vorwähleinrichtung 100 noch in der Betriebsstellung »trocken«; der Transistor 102 ist gesperrt Der Umschalter 110 befindet

es sich m seiner ersten Stellung. Die elektrisch betätigten Hähne 65 und 29 sind in Schließstellung; der elektrisch betätigte Hahn ADF ist offen (das Druckminderventil 70,145,71 kann daher arbeiten). Die Lampen 62 und 63

sind erloschen.

Der Pilot schwenkt dann ohne zu warten einen Handhebel in den Bereich »Nachverbrennung« bis in die Stellung »Vollast-Nachverbrennung«. In dem Augenblick, in dem der Handhebel in den Bereich »Nachverbrennung« (<x>tX}) eintritt, nimmt der die Vorwähleinrichtung bildende Kontakt 100 seine Betriebsstellung f'ir die Nachverbrennung ein. Von diesem Augenblick all ist der Betrieb des Nachbrenners programmiert.

Da der Handhebel A/die Stellung »trockene Vollast« (λ =«2) erreicht und passiert hat, wird die Strahlturbine zunächst auf »trockene Vollast« gebracht. Der oder die Betriebsparameter der »trockenen« Strahlturbine (insbesondere die Verdichterdrehzahl A/und die Gastemperaturen Tj oder T«) erreichen zunehmend den Schwellwert Xref, Yref, der das tatsächliche Erreichen der »trockenen« Vollast anzeigt. In diesem Augenblick gibt der Schwellwertkomparator 103 ein Signal ab, das den Transistor 102 freigibt.

Der elektrisch betätigte Hahn 65 wird dann so erregt, daß das Hauptventil 19 öffnet und die Versorgungseinrichtung 18,19 für den Nachbrenner in Betrieb setzt. Die Pumpe 13 wird mit Brennstoff versorgt, was den gesamten Kreis 14, 17, 15, 16, R_u R₂, Ri für den Nachbrenner-Brennstoff unter Druck setzt und die Einspritzung von Brennstoff in den Nachbrenner 4 über die Rampen Ä|, Rj, A3... bewirkt.

Gleichlaufend hierzu wird der elektrisch betätigte Hahn 29 in Öffnungsstellung gebracht, so daß der Kreis 27, 29, 28, 26 für Zündbrennstoff unter Druck gesetzt wird. Die die Zündeinspritzdüse 26 enthaltende Zündeinrichtung wird in Betrieb gesetzt und die Kontrollampe 63 (rote Lampe) leuchtet auf.

Die mittels der Zündeinspritzdüse 26 erfolgende Einspritzung von Brennstoff in die Hauptbrennkammer 2 läßt eine Stichflamme entstehen, die die Turbine 3 durchquert und nach einer bestimmten Zeit die Zündung des aus den Rampen R\, R₂, Λ3... in den Nachbrenner entweichenden Brennstoffs bewirkt.

Wenn die Zündung im Nachbrenner tatsächlich erreicht ist, gibt die Zündanzeigeeinrichtung 30 ein Signa! ab, das nach Verstärkung im Verstarker Jl den Schalter 100 in seine zweite Stellung bringt In diesem Augenblick gelangt der Hahn 29 wieder in die Schließstellung, wodurch die Zündeinrichtung 26 außer Betrieb gesetzt wird; die Kontrollampe 63 erlischt. Zu gleicher Zeit leuchtet die Kontrollampe 62 auf und zeigt das Gelingen der Zündung und den Beginn des Betriebs des Nachbrenners an.

Bei erfolgloser Zündung steuert der Unterbrecher 120 nach einer bestimmten Zeit (z. B. 8 Sek.) den elektrisch betätigten Hahn 29 in seine Schließstellung, so daß die Zündeinrichtung 26 außer Betrieb gesetzt wird. Der Pilot führt dann den Handhebel M in den Abschnitt »trocken« zurück und versucht eine neue Zündung.

Es wird nun das Verhalten der mit dem Druckminderventil 70, 145, 71 vereinigten Dosiereinrichtung 17 während der gesamten Inbetriebsetzungsphase des Nachbrenners beschrieben.

Solange der Pilot nicht den Nachverbrennungsbetrieb vorgewählt hat, befindet sich die Druckmindereinrichtung R im Ruhezustand, d.h. sie wird mit Luft vom Druck Pz versorgt Der Parameter β ist dann gleich 1.

Sobald der Pilot mit Hilfe des Handhebels M den Nachverbrennungsbetrieb vorgewählt hat, beginnt die Druckmindereinrichtung R zu arbeiten. Nun befindet sich aber in diesem Augenblick der elektrisch betätigte Hahn ADF in 0?fnungsstellung, so daß das Hilfsdruckminderventil 70,145,71 in Betrieb ist. Die Druckmindereinrichtung R verarbeitet nun einen verminderten Druck β'P₂ der weit unter dem Druck βP₂ liegt. Dieser verminderte Druck β'P₂ drosselt vorübergehend den Durchsatz von Brennstoff zum Nachbrenner.

Das Druckminderventil 70, 145, 71 kann so ausgebildet werden, daß der gedrosselte Brennstoffdurchsatz sehr gering ist, beispielsweise gleich oder kleiner als der Brennstoffdurchsatz der normalerweise der »Teillast-Nachverbrennung« entspricht. Dies trotz der Tatsache, daß der Handhebel M in diesem Augenblick bereits die Stellung »Vollast-Nachverbrennung« (<x = as) ein nimmt. Alles geschieht daher während der Dauer des Eingreifens des Druckminderventils, als ob der Handgriff in der Stellung »Einschalten der Nachverbrennung« (* =«3) oder »Teillast-Nachverbrennung« (ot = ou) gehalten würde.

Das Druckminderventil 70, 145, 71 bleibt wenigstens bis zu dem Augenblick in Betrieb, in dem die Zündung des Brennstoffs im Nachbrenner tatsächlich erreicht wird. In diesem Augenblick schwenkt der Umschalter 110 in seine zweite Stellung, in der er nicht nur die Kontrollampe 62, sondern auch den elektrisch betätigten Hahn ADF einschaltet. Letzterer wird geschlossen, so daß das Druckminderventil 70,145,71 außer Betrieb gesetzt wird. Der Parameter für verminderten Druck nimmt dann wieder einen normalen Wert ßP₂ an; die Regelung des Nachbrenners kann sich nun in bekannter Weise fortsetzen.

Die Verzögerungseinrichtung 130 bewirkt eine Verzögerung (z. B. in der Größenordnung von 1,5 Sek.) bei der Außerbetriebsetzung des Druckminderventils 70,145,71, nachdem das Zündsignal abgegeben worden ist.

Der Ablauf der Inbetriebsetzungsfolge ist in F i g. 6 durch eine Anzahl von Diagrammen dargestellt.

Hieraus ist der Unterschied zu bemerken, der

zwischen der Steuerung »in einem Zug« (unmittelbare Bewegung von αϊ nach as) und der Steue'ung durch aufeinanderfolgende Stufen («ι, «2, «3. «4. «5) besteht, die bis heute notwendig war. Befreit von den bisherigen Beschränkungen kann der Pilot dank der Erfindung unmittelbar die »Vollast-Nachverbrennung« vorwählen, deren Verwirklichung erst nach einer automatischen Schaltfolge eintritt.

Die automatische Schaltfolge, die die Aufgabe des Piloten vereinfacht und die das Risiko von falschen Manövern vermindert, führt zu einem wichtigen Zeitgewinn. So kann beispielsweise der maximale Schub des Nachbrenners in bis zu 8—10 Sek. erreicht werden, während die Wartezeit im FnIl einer Strahlturbine mit bisheriger Steuerung 20 bis 25 SeIc erreichen konnte.

Ein weiterer, wichtiger Vorteil beruht auf der Begrenzung der Dauer des Betriebs der Zündeinspritzdüse, insbesondere für den Fall einer erfolglosen Zündung. Der Unterbrecher 120 begrenzt in allen Fällen die Dauer der Einspritzung des Zündbrennstoffs, z. B.

auf 8 Sek. Bisher mußte der Pilot die Einspritzdauer selbst überwachen und den Handhebel M in den Abschnitt »trocken«, z. B. nach 10 Sekunden, zurückführen. Falls das vergessen wurde, bestand die Gefahr einer thermischen Überlastung der Turbine.

Unter Umständen kann die Steuerung des Blockiertransistors 102 vereinfacht werden. Es kann genügen, daß einer der genannten Parameter X, Y seinen Bezugsschwellwert erreicht Z. B. wurde experimentell

festgestellt, daß bei bestimmten Strahlturbinen eine Verzögerung von drei Sekunden zwischen dem Augenblick, in dem die Drehzahl N sich auf ihren Wert für »trockene«Vollast eingestellt hat, und dem Augenblick, in dem die Temperatur T* ihrerseits ihren Schwellwert für »trockene Vollast« erreicht hat, liegt. Man kann sich dann in diesem Falle mit dem Drehzahlsignal N zufriedengeben, um die Freigabe des Transistors 102 zu steuern.

Die beschriebene Dosiereinrichtung für den Nachbrenner kann durch jede andere Drosseleinrichtung erzielt werden, die vorübergehend und unabhängig von der Stellung des Handhebels der Strahlturbine den Brennstoffdurchsatz der Nachverbrennung während der Inbetriebsetzung des Nachbrenners zu vermindern gestattet. Eine derartige Dosiereinrichtung könnte z. B. ein System von Anschlägen umfassen, das die Verschiebung eines Dosierorgans für den Nachverbrenniingshrennstnff bis ?v. dem Augenblick begrenzt, in dem die Verbrennung im Nachverbrenner tatsächlich erzielt wird. Man könnte in gleicher Weise die Inbetriebsetzung eines Hilfsdosierorgans ins Auge fassen, das allein während der Inbetriebsetzungsphase des Nachbrenners verwendet und ausgeschaltet wird, sobald die Verbrennung im Nachbrenner eingeleitet ist. Die Durchsatzdrosselung des Brennstoffs, die beim dargestellten Beispiel durch Veränderung des überdeckten Teils eines Dosierschlitzes oder -teils erzielt wird,

ίο kann auch durch Veränderung des Druckabfalls des Brennstoffs über einem derartigen Dosierkanal erhalten werden.

Hinsichtlich der Zündeinrichtung wurde beim dargestellten Beispiel angenommen, daß sie mit vom Srennstoffkreis des Nachbrenners stammenden Brennstoff gespeist wird. Der Zündbrennstoff kann selbst\ irständlich auch dem Hauptbrennstoffkreis 8, 9, 10 entnommen werden. Die Zündeinrichtung kann auch

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur programmierten Inbetriebnahme eines Nachbrenners, verwendbar bei einer Strahlturbine mit einem Kompressor, einem Nachbrenner, einer Brennstoffversorgungseinrichtung für den Nachbrenner, einer Dosiereinrichtung, die auf einen Druck β · Pi anspricht, wobei Pi ein charakteristischer Betriebsdruck des Kompressors und β ein Parameter kleiner oder gleich 1 ist, mit einer ι ο Einrichtung zur Modifikation des Parameters ß, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (70,71, ADF) zur Modifikation des Parameters β den Brennstoffdurchsatz zum Nachbrenner (R\, Ri, R3) auf einen Wert herabsetzt, der dem Durchsatz in der Stellung »Teillast-Nachverbrennung« entspricht, wenn der Handhebel (M) aus einer Stellung, die keiner Nachverbrennung entspricht, direkt in eine Stellung, die einer Nachverbrennung entspricht, umgelegt wird, und daß eine Einrichtung (30,31,110, Ul) vorgesehen ist, welche die Einrichtung zur Modifikation des Parameters β außer Betrieb setzt, nachdem der Brennstoff im Nachbrenner (R\, R7, R3) gezündet hat, und daß eine Vorwähleinrichtung (100) vorgesehen ist, die entweder eine Stellung für »trockenen« Betrieb oder eine Stellung für Nachverbrennungsbetrieb einnehmen fcann, daß ferner eine Einrichtung (102—106) vorgesehen ist, die wenigstens auf einen Betriebsparameter der »trockenen« Strahlturbine anspricht und die Versorgungseinrichtung (18,19, 6S) automatisch in Betrieb setzt, wenn der oder die Parameter einen vorgegebenen Schwellwert erreicht haben 1- ,d sich die Vorwähleinrichtung (100) in der Betriebsstellung »Nachverbrennung« befindet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (130) vorgesehen ist, weiche das Außerbetriebsetzen der Einrichtung (70, 71, ADF) zur Modifikation des Parameters β verzögert

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Modifikation des Parameters β ein mit unter dem Druck ßP\ stehenden Druckmittel gespeistes, schaltbares Druckminderventil (70,145,71) enthält, und daß eine Einrichtung (ADF) zum Außerbetriebsetzen des Druckminderventils (70,145,71) vorhanden ist

4. Einrichtung nach Anspruch 2, anwendbar bei einer Strahlturbine, bei welcher der Parameter des Druckes ßPi ausgehend vom Druck Pi in einer So Druckmindereinrichtung verarbeitet wird, die wenigstens ein Hauptdruckminderventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das schaltbare Druckminderventil (70, 145, 71) aus einem vom Hauptdruckminderventil (21) gespeisten Hitfsdruck- minderventil besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schaltbare Druckminderventil einen Raum (145) hat der Über eine enge Blende (70) mit Druckmittel vom Druck βP₂ gespeist «> wird unter der mit einem unter niedrigem Druck stehenden Zwischenraum über eine weitere enge Blende (71) in Verbindung steht, aus dem das Druckmittel im Betrieb mit Schallgeschwindigkeit entweicht, und daß die Einrichtung zum Außerbe- ■■■ triebsetzen des schaltbaren Druckminderventils eine Einrichtung (ADF) zum Anhalten des Druckmittelaustritts aus dem Raum (45) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, anwendbar bei einer Strahlturbine, die mit einer in den Nachbrenner hineinragenden Zündeinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den oder die Betriebsparameter der Strahlturbine ansprechende Einrichtung (102—106) in gleicher Weise die Zündeinrichtung (26) automatisch in Betrieb setzt, wenn der oder die Parameter einen vorgegebenen Schwellwert erreicht haben und sich die Vorwähleinrichtung (100) in der Betriebsstellung der Nachverbrennung befindet

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein verzögerter Unterbrecher (120) vorgesehen ist, der die Zündeinrichtung (26) nach einer vorgegebenen Zeit außer Betrieb setzt die von dem Augenblick ausgeht, an dem die Zündeinrichtung (26) in Betrieb gesetzt wurde.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, anwendbar bei einei Strahlturbine, die mit einer Zündanzeigeeinrichtung ausgerüstet ist die in dem Augenblick ein Signal abgibt, in dem die Entflammung des Brennstoffs im Nachverbrennungskanal tatsächlich erreicht wurde, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (110,112) zum automatischen Außerbetriebsetzen der Zündeinrichtung (26) durch das Zündsignal gesteuert wird.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsparameter die Kompressordrehzahl Λ/der Strahlturbine enthalten.