DE2800397A1

DE2800397A1 - Treibstoffregelsystem fuer gasturbinen-triebwerk

Info

Publication number: DE2800397A1
Application number: DE19782800397
Authority: DE
Inventors: Trevor Stanley Smith
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-07-13
Also published as: JPS6113097B2; FR2376947A1; US4175383A; DE2800397C2; IT1088929B; JPS5386913A; FR2376947B1

Description

Lucas Industries Limited

G-reat Kin"·; Street

Q3-Birmin-;ham 3. Januar 1973

Treibstoffre relsysten für 'kisturbinen-Triebwerk

Me Erfindung betrifft ein Treibstoffre^elsystem für ein 0-?.sturbinen-Triebwerk.

Es ist aus der G-B-PS 1.465.430 bekannt, ein Treibstoff regelsystem für ein Gasturbinen-Triebwerk zu schaffen, bei dem ein Durchflußbegrenzungsventil in Reihe mit einer veränderlichen Dosierblende angeordnet ist. Das Durchflußbegrenzun.gsventil spricht auf unzulässige Erhöhungen in ?3etriebsbedingungen des Triebwerks an, beispielsweise der Verbrennun-stemperatur und der Drehzahl, um den Treibstoffzuflixß ztim Triebwerk zu verringern, wobei der normale Betriebszustand des Be- -renzungsventils eine vollständige öffnung desselben ist. Es ist aus der gleichen Quelle bekannt, ein Überlaufventil vorzusehen, daß auf den Druckabfall an der veränderlichen Dosierblende anspricht, so daß für eine bestimmte Triebwerksdrehzahl dieser Druckabfall konstant gehalten wird, damit die Treibstoffzufuhr zum Triebwerk immer eine bekannte !Punktion der Durchflußquerschnittsfläche der Dosierblende ist.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß dann, wenn sich das Durchflußbegrenzungsventil in Schließrichtung bewegt, um den Treibstoffdurchfluß zu verringern, der Druckabfall am Dosierventil ebenfalls verringert wird, und das Überlaufventil arbeitet so, daß der Überlaufstrom verringert wird, und es erfolgt eine Erhöhung des Treibstoffdrucks am Einlaß der Dosierblende in einem Versuch, den Treibstoffzufluß zum

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i?rieb\/erk aui'

Auß der U3-j.^J3 5.991·:>6y Ist: ebenfalls eine Reihenanordnung 9.UG einer veränderlichen Dosierblende und einem Durchflußbe- ;renrjun :sventil bekannt. In dieser Anordnung spricht ein Überlaufventil auf den ■Jesaictdruclrabfall an der Reihenanordnung an. Die I.acbteile des vorstehenden Systems v/erden dadurch vermieden, ;jei dom in der U3-P3 5.901. ¹SO¹J ;-;ezei---ten System ist es .jedoch ein i',>chteil, daß die effektive Durchflußquerschnittsflache des .lie^rensunrsventils sehr -rroß sein muß, damit dann, wenn es -ans offen ist, kein nennenswerter Beitrag zum Druckabfall an der Dosicrbicnde erfolgt, um dadurch zu verhindern, daß die Treib st off zufuhr zum Triebwerk eine bekannte Funktion der Durchflußquersehnittsflache der Dosierblende ist.

Der arfindun·-; liegt die Aufgabe zugrunde, ein Treibstoffre- --eis;/st ein für ein Gasturbinen-Triebwerk zu schaffen, bei dem beide vorstehend genannten Lachteile beseitigt werden und das ein Be ;ronaun ;sventil enthält, das eine relativ kleine Blende hat, bei dem aber der Systemdruckabfall so geregelt wird, daß er angemessen ist, /rleich'-ulti^, ob das Bevrrenzungsventil betätigt wird oder nicht.

Erfindun-s--;emäß ist ein Treibstoffre^elsystem für ein Gasturbinen- Trieb v/er Ic ;;ekennzeichnet durch eine veränderliche Dosiervorrichtung, ein Drosselventil in Reihe mit der Dosiervorrichtung, Mittel zum Ändern des Treibstoffdrucks am Einlaß der Dosiervorrichtung und auf die Betätigung des Drosselventils ansprechende Wahlmittel zum Ansprechenlassen der kittel zum Ändern des Treibstoffdrucks auf die Druckdifferenz an der Dosiervorrichtung dann, wenn das Drosselventil ganz •eöffnet ist, und auf die Druckdifferenz an der Reihenanordnung aus der Dosiervorrichtung und dem Did sselventil in allen anderen Zuständen des Drosselventils.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbei-

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spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Pig. 1 ein Blockschaltbild eines Treibstoffregelsystems nach der Erfindung und

FiFf₁, 2 und 3 schematische Darstellungen von Einzelheiten jeweiliger Blöcke in Fir-:» 1.

Ein Gasturbinen-Triebwerk 10 erhält Treibstoff von einer Pumpe 1 1 über eine Dosier- und Drosselventilanordnun."; 12, die in ihren Einzelheiten in ¥±r, 2 gezeigt ist. Der Auslaß der Purnpe 11 steht mit einer Niederdruck-Rüekleitun-; 13 über ein Rückschlagventil 14 in Verbindung. Treibstoff von der Pumpe 11 wird über einen Kanal 15 einem Dosierventil 16 zugeleitet. Das Ventil 16 spricht auf einen ersten Servodruck in einer Kammer an. Die Kammer 17 steht mit dem Kanal 15 über eine Dorsselstel-Ie 18 und außerdem mit einem ersten Pilotventil 19, das noch zu beschreiben sein wird, mittels eines Kanals 20 in Verbindun -.

Ein Überlaufventil 21 ermöglicht ein Überlaufen von Treibstoff vom Kanal 15 zur Rückleitung 13. Das Überlaufventil 21 wird durch den Druck im Kanal 15 off engbedruckt;, und es wird durch einen Servodruck in einer Kammer 22 geschlossen gedrückt. Sin noch zu beschreibendes Ventil 23 liefert diesen Servodruck mittels einer Leitung 24.

Ein Drosselventil 25 ist in Reihe zwischen dem Dosierventil 16 und einem Auslaßkanal 26 angeordnet, durch das Treibstoff zu den Hauptbrennern des Triebwerks 10 fließen kann. Das Drosselventil 25 weist eine Kolbenpartie auf, die auf den Druck in einer Kammer 27 anspricht. Dieser Druck wird von demjenigen im Auslaßkanal 26 mittels einer Drosselstelle 28, einer Leitung 29 und einem Regelventil 30 abgeleitet. Das Ventil wird von einem Drehmomentenmotor 31 betätigt, der auf die V/erte von Triebwerksdrehzahl und Brennkammertemperatur anspricht, wobei ein unzulässiger Anstieg in diesen Werten bewirkt, daß

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aas ',entil 30 :eüfi'nefc wird, so daß sich das Drosselventil 25 ;:oi.!o.U nor Darstellung in 1'¹J.-:. 2 nach unten bewegt, um den Treibstoffstrom zum Auslaßkanal 26 zu drosseln. Das Ventil 30 öffnet in eine Kammer 32, die mit der Niederdruckrückleitun;-13 in 'Verbindung steht. Ein von Hand betäti;:bares Ventil 33 eri'iö ;lieht es, daß die Kammer 27 über eine Leitun ; 54 mit der kammer 32 in "Verbindun. · "olari-t, um damit das i3roacelventil 2b co r;u oov/o en, daw die Treibstoffzufuhr zum Auslaiokanal 25 uni;erbrochen vri.ru. .;ine ,iüclikopplun^sfeder 35 wirkt mit dem Jrosselvenfcil 25 und mit dem ile.jelventil 30 zusammen, um zu bewirken, daß eine Bev/e;;unr; des Ventils 25 zu einer iinderuruc im Servodruck in der Kammer 27 führt, der dieser Beweijun/.; entgegenwirkt.

Im normalen Befcriebsziistand (der dargestellt ist) des von Hand bedienbaren Ventils 33 steht der Auslaßkanal 26 über eine Leitung 36, das Ventil 33, eine Drosselctelle 37 und einen Kanal 33 mit den Zündbremiern des Triebwerks 10 in Verbindung.

Im -eschloBcenen Zustand des Ventils 33 ist die Kaniner 27, wie vorstehend beschrieben, mit dem liiederdruck verbunden, und der 'l'reibcto'.T.",iiflu[3 üu den Brennern wird unterbrochen, und der Aunlaf-Jkaual 2(> steht l'iit oinor üännfverbindurt',· 39 in /erbindun·". "ALn Ifubr.ia "!lOoventil 40 ist bein Anlaufen des -Triem-rerks so betäti-bai;, daß die Drosselstelle 27 im llebenstrom passiert%v/ird und die richtige Hen'_;e an Zündtreibstoff dem Triebwerk 10 zugeführt wird.

Wie in Fi". 3 dargestellt ist, v/ird eine He,;;leranordnun^ 50 mit der Drehzahl IT des Triebwerks 10 angetrieben und weist einen Ventilschieber 51 auf, der in einem mit Öffnungen versehenen Schaft 52 verschiebbar ist, welcher einen Teil eines Kolbens 53 bildet. Der Schieber 51 und der Schaft 52 wirken zusammen, um ein Ventil zu bilden, das in Reihe mit einer Leitung 54 zwischen den Auslaß der Pumpe 11 und einer iliederdruckkainmer 55 geschaltet ist. JDine Seite des Kolbens 53 wird dem Druck in der

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Leitun- 54 ausgesetzt, und die andere Seite des Kolbens 53 wird durch einen Durck zwischen dem Druck in der Leitun : 54 und den Druck in der Kammer 55 beaufschlagt. Der Venti3.sehieber 51 und der Kolben 55 bilden damit eine Kachlauf-Servoanordnunr, um den Kolben 53 entsprechend der Drehzahl Ii des Triebwerks 10 zu positionieren.

Den Schaft 52 des Kolbens 53 umschließt ein Ring 56, aer mit einem Kanal 57 innerhalb des Schafts 52 zusammenwirkt, um ein Regelventil 58 für einen Servokolben 59 zu bilden. Das Ventil 58 befindet sich in Reihe mit einer Drosselstelle 60 zwischen, der Leitun"; 54 und der Iiiederdruckknimner 55.

Der Kin;; 56 wird entsprechend einer Solldrehzahl des Triebwerks mittels einer Koppel 61 positioniert, von der ein Ende gelenkig an einem Kniehebel 62 angreift, der in einem fixen Drehpunkt 63 gelagert ist. Das andere Ende der Koppel 61 greift an einem Arm 64 mittels eines G-elenkbolzens 73 an. Ein Ende des Arms 64 wandert mit dem Kolben 59, und das andere Ende 74 des Arms 64 hat die iOrm einer Kurvenführvm/:, die in einer Gabel im Ring 56 eingreift. Das Ende 74 des Arms 64 mit der Kurvenführung ist derart, daß eine Bewegurr·· den Arms 64 nach rechts um den Bolzen 73 herum den Rinn; 56 nach rechts drückt und eine Bewegung des Arms 64 nach links den Ring 56 nach links drückt.

Ein Kurvenabgreifer 65 ist um diden fixen Drehpunkt 63 mittels eines Piloten-Bedienungshebels 66 bewegbar. Der Kurvenabgreifer 65 wird in Anlage an eine Kurvenfläche 67 durch eine Feder 68 gespannt, und eine Bewegung des Kurvenabgreifers 65 wird auf den Ring 56 durch eine v/eitere Koppel 69, den Kniehebel 62 und die Koppel 61 übertragen. Der Schaft 52 wird entsprechend der Triebwerksdrehzahl N positioniert, und der Ring 56 wird unter anderem entsprechend der Solltriebwerksdrehzahl positioniert.· Der Arm 64 bildet eine ilückkoppel, die auf die Bewegung des Kolbens 59 anspricht, um den Ring 59 in eine Richtung zu bewegen, bei der der Servodruck im Kanal 57 in einem

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Sinn geändert wird, daß der Bewegung des Kolbens 59 entgegengewirkt wird. DerKolben 59 wird damit entsprechend der Differenz zwischen der Soll- und der Isttriebwerksdrehzahl positioniert. Die Position der Kurvenfläche 67 relativ zum Drehpunkt 63 ist durch einen Elektromotor 70 veränderbar, der die Kurvenfläche 67 an verstellbaren Supporten 71, 72 verschieben kann. Ein Hebel 80 ist durch den Kolben 59 um einen fixen Drehpunkt 31 bewegbar. Die Bewegung des Kolbens 59 wird auf den Hebel 80 durch federgespannte Buchsen 82 übertragen. Die Bewegung des Hebels 80 in Erwiderung auf Unterschiede zwischen der SoIluiid der Isttriebwerksdrehzahl wird durch Kniehebel 83, 84 begrenzt, die in Anlage an jeweiligen Kurvenprofilen am Schaft 52 durch eine Feder 85 gespannt werden. Die Buchsen 82 gestatten eine Weiterwanderung des Kolbens 59 nach Anlage des Hebels 80 an einem der beiden Kniehebel 83, 84. Der Kniehebel 83 wirkt als ein Beschleunigungsanschlag, und der Kniehebel 84 wirkt als ein Yerzögerungsanschlag.

Gemäß der Darstellung in Pig. 2 wirkt der Hebel 80 mit einem Arm 86 zusammen, an dessen freiem Ende sich eine Rolle 87 befindet. Die Rolle 87 sitzt zwischen einem Hebel 90 und einem weiteren Hebel 91, der ein Regelelement für das Pilotventil bildet. Bine Feder 92 sitzt zwischen dem Hebel 90 und dem Regelventil 16, um eine Positionsrückkopplungssignal vom Ventil zu liefern. Der Hebel 91 erstreckt sich dichtend in eine Kammer 93; auf ihn wirken zwei Faltenbälge 94, 95. Der Faltenbalg 94 start unter Unterdruck, und der Faltenbalg 95 spricht auf einen Druck P3P an, der vom Förderdruck P3 des Triebwerkkompressors abgeleitet wird. Die Kammer 93 enthält einen Durck P2 von einer Zwischenstufe des Triebwerkkompressors. Das Hebelregelelement 91 des Pilotventils 19 wird damit entsprechend den Triebwerkkompressordrücken P3 und P2 positioniert, urnnd das von der Feder 92 gelieferte Positionsrückkopplungssignal wird entsprechend der Differenz zwischen der Isttriebwerksdrehzahl F und der Solltriebwerksdrehzahl durch die Rolle 87 modifiziert.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 wird der Servodruck in der Lei-

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tung 24 zum Positionieren, des Überlaufventils 21, wie vorstehend angegeben, durch das Ventil 23 geregelt. Das Ventil 23 ist ein Schieberventil, das zwischen die Leitung 54 und eine Niederdruckkammer 95 geschaltet ist. Der Schieber des Ventils

23 v/ird von einer Regler anordnung 96 positioniert, die von der Regleranordnung 50 getrieben v/ird. Eine Erhöhung der Triebwerksdrehzahl I¹T bewirkt eine Bewegung des Schiebers des Ventils 23 in eine Richtung zur Erhöhung des Drucks in der Leitung

24 und damit zur Verringerung des Überlaufsstroms. Die Regleranordnung 96 legt sich gegen einen Kolben 97, der auf den Druck in einer Leitung 98 anspricht, wobei eine Druckerhöhung in der Leitung 98 auch so werkt, daß eine Druckerhöhung in der Leitung 94 erfolgt.

Die Leitung 98 steht mit dem Auslaß des Dosierventils 16 über eine Drosselstelle 100 und auch mit dem Auslaßkanal 26 über eine Öffnung 101 in Verbindung, die von einem Teil 102 des Drosselventils 25 verschlossen werden kann, wenn sich dieses in seiner voll geöffneten Position befindet. Wenn das Drosselventil also ganz offen ist und die Öffnung 101 geschlossen ist, ist der Druck in der Leitung 98 derjenige, der am Auslaß des Dosierventils 16 herrscht. In diesem Zu%stand ist der Druck in der Leitung 24 für eine bestimmte Trifeebwerksdrehzahl N vom Druck am Auslaß des Dosierventils 16 abhängig, und das Überlaufventil 21 v/ird damit entsprechend dem Druckabfall an dem Dosierventil 16 positioniert. In allen anderen Zuständen des Drosselventils 25 ist die Öffnung 101 mindestens teilweise offen, so daß der Druck in der Leitung 98 vom Druck im Auslaßkanal 26 abhängt. Unter diesen Umständen spricht das Überlaufventil 21 auf den Druckabfall an der Reihenanordnung aus dem Dosierventil 16 und dem Dorsselventil 25 an.

Das Drosselventil 25 is so dimensioniert, daß es in seiner ganz offenen Stellung eine sehr geringe Drosselung des Treibstoffzuflusses zum Triebwerk bewirkt, und dieser Zufluß wird fast ganz durch das Dosierventil 16 geregelt. Das Regelventil 30

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wird vom Drehmomentmotor 31 reöffnet, um den Druck in der Kammer 27 zu verringern und damit das Drosselventil in Schließrichtung zu bewegen, und zwar nur in Erwiderung auf einen unzulässigen Anstieg entweder in der Triebwerksdrehzahl oder in der Brennkammertemperatur. Bei normalem Betrieb bleibt das Überlaufventil 21 deshalb auf den Druckabfall an dem Dosierventil 16 ausschließlich ansprechend. Wenn sich das Drosselventil in Schließrichtun- "bewegt, bewegt die damit einhergehende Druckminderung in der Leitung 98 den Schieber des Ventils nach rechts, um den Druck in der leitung 24 zu verringern und damit einen höheren Überlaufstrom zu ermöglichen.

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Claims

COHAUSZ & FLORACK

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SCHUMANNSTR. 97 · D-4OOO DÜSSELDORF

Telefon: (0211) 683346 Telex: 08586513 cop d

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DipL-lng. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF ■ Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER - Oipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited

Great King Street

GB-Binninfitam 3. Januar 1978

Ansprüche

n\ Treibstoffre^r;elsystem für Gasturbinen-Triebwerk, ν e kennzeichnet durch eine veränderliche Dosiervorrichtung, ein Drosselventil in Reihe mit der Dosiervorrichtung, Mittel zum Andern, des Treibstoffdrucks am Einlaß der Dosiervorrichtung und auf die Betätigung des Drosselventils ansprechende Y/ahlmittel zum Ansprechenlassen der Mittel zum Indern des Treibstoffdrucks auf die Druckdifferenz an der Dosiervorrichtung dann, wenn das Drosselventil ganz geöffnet ist, und auf die Druckdifferenz an der Reihenanordnung aus der Dosiervorrichtung und dem Drosselventil in allen anderen Zuständen des Drosselventils.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Ändern des Treibstoffdrucks ein Überlaufventil zum Überlaufenlassen von Treibstoff aus dem Einlaß der Dosiervorrichtung aufweisen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Ändern des Treibstoffdrucks auf einen ersten Servodruck ansprechen und daß die V/ahlmittel ein gemeinsam mit dem Drosselventil bewegbares Regelventil zum wahlweisen Ableiten des ersten

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Servodrucks vom Druck an einer Zone zwischen der Dosiervorrichtung und dem Drosselventil und vom Druck an einer Zone hinter der genannten Reihenanordnung aufweisen.
4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet

d u r c h einen die Zwischenzone mit der nach^eschalteten Zone verbindenden Kanal und eine Durchflußdrosselstelle in dem Kanal, wobei das Regelventil so betätigbar ist, daß der Kanal von einer der Zonen getrennt wird, und der erste Servodruck derjenige innerhalb des Kanals zwischen der Drosselstelle und dex¹ einen Zone ist.
5. System nach Anspruch 4, d a d u r c h : e k e η η -

ζ e i c Ii η e t , daß die eine Zone die nach;;eschaltete Zone; ist.
6. Syfiteru nach eine>7i der Ansprüche 3 bis 5, dadurch

■■ e k e η <ι :; c; i c h η e fc , daß das ',/ahlwventil einen i'eil den Drosselventils bildet.
7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, '^ekenn-

•δ e i c h ti e t d u r c h ein auf den ersten Servodruck und auf den Druck in einer Zone vor der genannten Reihenanordnung ansprechendes Pilotventil sum Erzenen eines zweiten Servodrucks, wobei die Mittel zum Ändern des Treibstoffdrucks auf den zweiten Servodruck ansprechen.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Pilotventil auf die Triebwerksdrehzahl anspricht.

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