DE3878261T2

DE3878261T2 - Drehzahlbegrenzer fuer ein elektronisches kraftstoff-regelsystem.

Info

Publication number: DE3878261T2
Application number: DE8888905039T
Authority: DE
Inventors: Soraya Eisa; Joseph Peczkowski; Glenn Richardson; Henry Tyler
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2008-02-27
Also published as: DE3878261D1; JPH02501676A; WO1989001092A1; EP0419453B1; JPH056019B2; CA1274698A; EP0419453A1; US4837697A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehzahlbegrenzer zur Verwendung in einem Kraftstoffregelsystem mit einem elektronischen Computer zur primären Kraftstoffregelung für eine Turbine.
Jeder Turbinenmotor hat ein optimales Verhältnis von Krakftstoff zu Luft für den Betrieb, bei dem der gewünschte Schub (auch genannt Anlauf) erzeugt wird. Normalerweise hat ein Kraftstoffregelungssystem eine elektronische Meßwerterfassung und einen Computer, der elektrische Signale empfängt, welche die variablen Betriebsbedingungen des Motors repräsentieren, wie beispielsweise Motordrehzahl, Gashebelstellung, Temperatur der Verdichteransaugluft, Unterdruck und andere Motorvariablen. Der elektronische Rechner bewertet diese Eingänge und betätigt ein Dosierventil, wie es in der US-P-4 245 462 zur Förderung des optimalen Kraftstoffs für den Betrieb einer Turbine offenbart wurde.
Die Drehung der Turbine kann allgemein als eine Funktion des von dem Dosierventil zugeführten Kraftstoffs betrachtet werden. Die meisten Turbinen sind so ausgelegt, daß sie bei einer bestimmten Drehzahl oberhalb ihrer normalen Drehzahl arbeiten, um für eine kurze Zeitdauer einen zusätzlichen Schub zu gewähren, ohne die Turbine zu beschädigen.
In der US-P-3 374 622 wird ein auf die Motordrehzahl ansprechfähiger Regler zum Schutz des Motors gegen Überdrehen durch Begrenzung der Kraftstoffmenge offenbart, die dem Motor zugeführt wird. Bei eingeschalteter zusätzlicher Leistungsregelung werden Änderungen in der Drosselklappenstellung verwendet, um das Ansprechen des Reglers zu verändern und bei allen Drosselklappeneinstellungen die Gefahr des Überdrehens auf ein Minimum herabzusetzen.
In der US-P-2 968 345 wird eine Kraftanlage mit einem Hauptdrosselventil und einem Ausgangsregelungssystem offenbart. In dem Ausgangsregelungssystem wird Kraftstoff unter Druck von einem Übertragungssystem durch eine Eintrittsleitung empfangen, die mit dem Hauptdrosselventil verbunden ist. An dem Drosselventil liegt über ein Druckregelungsventil ein Druckabfall, welches Druckregelungsventil den Druck vor und hinter dem Drosselventil über eine erste Leitung erfaßt. Bei normalem Betrieb wird dieser Druckabfall an dem Drosselventil durch eine einstellbare Düse festgelegt. Eine zweite, parallel zum Einlaß und Auslaß des Drosselventils verlaufende Leitung besitzt eine einstellbare Düse, welche den Leerlaufdurchfluß oder Minimaldurchfluß für die Kraftanlage regelt. Normalerweise wird der Druckabfall über dem Drosselventil an einem vorbestimmten ventil durch das Druckregelventil entsprechend der Einstellung der Düse aufrechterhalten. Dieser Druckabfall kann jedoch durch ein der Drehzahl vorgeschaltetes Signal variiert werden, welches den Druck in einer von dem Vorschaltregler kommenden Leitung ändert und mit dem Druckregelventil verbunden ist. Danach wird der Kraftstoff zu der Quelle zurückgeführt, um eine Überdrehzahlbedingung zu vermeiden, die aus der Zufuhr von Kraftstoff zu der Kraftanlage resultiert.
Es ist praxisüblich, ein Kraftstoffregelsystem für eine Turbine in einem Flugzeug mit einem mechanischen Reservesystem zu versorgen, für den Fall, daß ein elektrischer Fehler in der Primärregelung des Dosierventils auftritt. Dieses Reservesystem wirkt zur Begrenzung der Kraftstoffmenge für den Betrieb der Turbine, umfaßt jedoch nicht die vielen Eingänge, die bei einem optimalen Betrieb gewährt werden.
Es wurde beobachtet, daß ein vom Bordcomputer kommendes elektrisches Fehlersignal dazu führen kann, daß mehr Kraftstoff der Turbine zugeführt wird, als tatsächlich für die optimalen Betriebsbedingungen benötigt wird. Da die einer Turbine zugeführte Menge des Kraftstoff s im wesentlichen die Turbinendrehzahl bestimmt, wenn die optimale Kraftstoffmenge überschritten wird, kann es zu einer Überdrehzahlbedingung kommen.
Um eine in der elektrischen Betriebsart fahrende Turbine vor einem Überdrehzahlbetrieb zu schützen, wurde ein mechanischer Drehzahlbegrenzer erfunden.

Zusammenfassung der Erfindung

Das mechanische Drehzahlbegrenzungssystem umf aßt einen Fliehkraftmechanismus, eine Nocke mit 4 Konturen, einen Integratorkolben, ein Proportionalventil, ein Integralventil und ein Drosselklappenventil.
Der Fliehkraftmechanismus erhält einen Eingang von der Turbine, um die tatsächliche Drehung der Turbine in Reaktion auf den momentan gelieferten Kraftstoff als Ergebnis der Stellung eines Dosierventils über einen elektronischen Drehmelder zu messen. Der Fliehkraftmechanismus betätigt ein erstes Ventil, um das Betriebsfluid an ein Stellglied zu geben und die Nocke in eine Stellung entsprechend der Drehung der Turbine zu drehen. Ein auf die erste Kontur auf der Nocke ansprechbarer Rückführmechanismus reagiert gegen die Bewegung des ersten Ventils, um die Strömung des Betriebsfluids zu dem Stellglied zu unterbrechen, wenn die momentane Drehzahlstellung erreicht worden ist.
Die zweite Kontur auf der Nocke liefert dem Proportionalventil einen Eingang entsprechend der Ist- Drehzahl der Turbine. Während des normalen Betriebs der Turbine verzögert das Proportionalventil den Ausgleich eines Betriebsf luids von einem Meßkopf zu einer Rückführleitung, die mit einem Versorgungsbehälter verbunden ist. Wenn durch die Drehzahlposition der zweiten Kontur eine Überdrehzahl der Turbine angezeigt wird, öffnet das Proportionalventil eine Öffnung, um einen Druckabfall in dem Betriebsf luid an einem Meßkopf und einem Umgehungsventil aufzubauen. Der Druckabfall an dem Umgehungsventil bewegt einen Kolben, damit ein Teil des zu dem Dosierventil geführten Kraftstoffs in die Rückführleitung strömen kann. Selbst wenn das Dosierventil in der von dem elektronischen Drehmelder eingestellten Position stationär bleibt, wird dadurch der zu der Turbine geführte Kraftstoff reduziert und danach die Überdrehzahlbedingung behoben.
Wenn die von dem Fliehkraftmechanismus erfaßte Drehzahl der Turbine eine vorgegebene Drehzahl überschreitet, wird die Nocke in eine Stellung gedreht, in der die dritte Kontur den Integratorkolben und das Integralventil betätigt, um eine zweite Öffnung zu öffnen und den Druckabfall in dem Betriebsfluid noch weiter zu reduzieren, so daß das Umgehungsventil noch weiter geöffnet wird, um weiteren Kraftstoff zurückströmen zu lassen anstelle der Turbine zuzuführen, und zwar als Funktion der Stellung des Dosierventils.
Sollte der Eingang von dem Fliehkraftmechanismus die Nocke zur Anzeige einer Überdrehzahl drehen, so daß die anhaltende Rotation der Turbine Schaden oder irreparable Beschädigungen hervorruf en könnte, liefert die vierte Kontur einen Eingang an ein Drosselklappenventil, so daß in dem Betriebsfluid ein zusätzlicher Druckabfall geschaffen wird. In dieser Situation öffnet der zusätzliche Druckabfall das Umgehungsventil noch weiter, so daß noch mehr Kraftstoff in die Rückführung strömen kann.
Mit dem geöffneten Drosselklappenventil bewegt sich der integratorkolben in eine solche Position, daß die von dem Fliehkraftmechanismus erfaßte Ist-Drehzahl der Turbine die Nocke nicht zum Schließen des Drosselklappenventils bewegen kann, wobei ein Schalter betätigt wird, der den elektronischen Drehmelder in eine inaktive Stellung bringt. Danach liefert eine mechanische Reserveregelung den Betriebseingang für den Betrieb der Turbine an das Dosierventil.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffregelsystem mit einem mechanischen Regler zu schaffen, um eine Überdrehzahl der Turbine zu vermeiden, wenn ein elektronischer Drehmelder den Kraftstrom für den Betrieb der Turbine regelt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Überdrehzahlreglers mit einem proportionalventil und einem Integralventil, um nacheinander den auf ein Umgehungsventil wirkenden Fluiddruck zu senken, welches die Strömung des Kraftstoffes in eine Rückführleitung regelt und dadurch entsprechend den zum Betrieb einer Turbine zugeführten Kraftstoff reduziert.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht in dem mechanischen Regler, der über einen elektronischen Drehmelder in die Funktion eines Dosierventils eingreift, um die Ist-Drehzahl der Turbine innerhalb der festgesetzten Grenzen zu halten und dadurch eine Überdrehzahlbedingung zu verhindern, welche die Turbine beschädigen könnte.
Die Aufgaben und Vorteile werden anhand der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffregelsystems für eine Turbine mit einem mechanischen Regler zur Begrenzung des Durchflusses von Kraftstoff für einen Turbinenmodus nach den Grundsätzen der Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Kraftstoffregelsystems nach Fig. 1 mit einem Proportionalventil in dem mechanischen Regler, der als Folge der Drehzahl der Turbine betätigt wird;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffregelsystems nach Fig. 1 mit einem Integralventil in dem mechanischen Regler, der als Folge der Drehzahl der Turbine betätigt wird;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Kraftstoffregelsystems nach Fig. 1 mit einem Drosselklappenventil in dem mechanischen Regler, der als Folge der Drehzahl der Turbine betätigt wird;
Fig. 5 ist eine Ansicht durch Linie 5-5 nach Fig. 1, welche die Eintrittsöffnung des Proportionalventils zeigt; und
Fig. 6 ist eine Ansicht durch Linie 6-6 nach Fig. 1, welche die Eintrittsöffnung für das Integralventil zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Der in Fig. 1 gezeigte konventionelle Gasturbinenmotor 10 hat einen Lufteinlaß 12, einen Luftverdichter 14, mehrere verbrennungskammern 16, 16N, eine über eine Welle 20 an dem Verdichter 14 angeschlossene Gasturbine 18 zu deren Antrieb und eine Abgasdüse 22, aus der die verbrennungsprodukte in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen 24, die mit einer Kraftstoffsammelleitung 26 verbunden sind, spritzen dosierten Druckkraftstoff in die Verbrennungskammern 16, 16N, in denen das resultierende Luft/Kraftstoffgemisch zur Erzeugung von heißem Treibgas verbrannt wird, welches zum Antrieb des Kompressors 14 durch die Turbine 18 geleitet wird und danach durch die Düse 22 zur Erzeugung des Antriebschubs an die Atmosphäre abgegeben wird.
Von dem Kraftstoffbehälter 28 wird über eine motorgetriebene Kraftstof fpumpe 30 vom Verdrängertyp der Kraftstoffsammelleitung 26 ein dosierter Kraftstoffstrom zugeführt. Ein Kraftstoffregelsystem 32 umfaßt ein Steuerteil 34 des hydromechanischen Reglers und eine elektronische Meßwerterfassung und einen Signalcomputer 36, der den Kraftstoffstrom zur Kraftstoffsammelleitung 26 regelt.
Der Abschnitt 36 zur elektronischen Meßwerterfassung und Signalberechnung ist insofern in seinem Aufbau und seiner Funktion konventionell, daß er elektrische Eingangssignale empfängt, welche ausgewählte Variablenbedingungen des Motorbetriebs repräsentieren, wie beispielsweise die Motordrehzahl N, Druck Pc der Verdichteraustrittsluft, Stellung PLA des Gashebels 35 und Temperatur Ti der Verdichteransaugluft oder andere Motortemperaturen. Die elektrischen Eingangssignale werden elektronisch in herkömmlicher Weise erfaßt und verglichen und ergeben ein berechnetes elektrisches Signal, das in der geeigneten Form verstärkt und als ein elektrisches Ausgangssignal beaufschlagt werden kann, um das elektrohydraulische Servoventil 500 und den Drehmelder 48 zu betätigen, wodurch ein Dosierventil 50 gestellt wird, um den Kraftstoffstrom zur Kraftstoffsammelleitung 26 über eine Leitung 46 zu steuern.
Das Dosierventil 50 hat einen Flachschieber 52, der den Kraftstoffstrom durch eine dreieckige Öffnung 54 zur Leitung 46 in Reaktion auf die Bewegung des Stößels 56 über die Funktion des Eingangs an den elektronischen Rechner 36 zum Drehmelder 48 steuert.
Ein Teil des von der Pumpe 30 kommenden Kraftstoffs wird durch die Leitung 61 zu Servo-Reglerventilen 60 und 62 umgeleitet, um ein Betriebsfluid zu liefern, das im wesentlichen einen konstanten Druck Pc hat. Wenn der zugeführte Kraftstoff durch die Leitung 58 das Dosierventil 50 erreicht, beträgt sein Fluiddruck P&sub1;. Der eingeschränkte Kraftstoffstrom durch die Öffnung 54 erzeugt einen Druckabfall, so daß der zu der Kraftstoff sammelleitung geführte Kraftstoff jetzt einen Fluiddruck P&sub2; aufweist.
Die Drehung der Welle 20 in der Turbine 10 ist eine direkte Funktion der Stellung des Flachschiebers 52 des Dosierventils und des über dem Flachschieber 52 des Dosierventi1s aufgebauten Druckabfalls (P&sub1;-P&sub2;).
Ein Meßkopf 64 hat einen Balg 66, der den Fluiddruck P&sub1; von dem Dosierventil 50 erhält und auf ein bewegliches Teil 68 wirkt. Das bewegliche Teil 68 hat eine Fläche 70, die gegen den Sitz 72 durch eine einstellbare Feder 74 und den Fluiddruck P&sub2; gedrückt wird, der von der Leitung 46 über die mit dem Absperr-Wechselschieber 76 verbundene Leitung 47 ausgeglichen wird. Eine Reihe von konzentrisch im Inneren der Feder 74 angeordnete Bimetallscheiben 78 berücksichtigt die Änderungen der Temperatur, welche das spezifische Gewicht des zu der Kraftstoffsammelleitung 26 geführten Kraftstoffs beeinträchtigen könnten.
Ein Umgehungsventil 80 von dem Typ, wie er in der US-P- 3 106 934 offenbart wurde und mit dem Meßkopf 64 verbunden ist, hat eine in einer Bohrung 84 befindliche Muffe 82. Die Muffe 82 ist von dem integrierenden und proportional-Durchflußtyp, wie er in der US-P-3 106 934 offenbart wurde, welche an einem integratorkolben 86 angebracht ist, der die P&sub2;P-Kammer 94 von einer Vergleichs- oder Px-Kammer 96 trennt. Die Muffe 82 hat eine Reihe von Öffnungen 88, 88'...88N, die an ihrem Ende angeordnet sind, um den Ausgleich von der Bohrung 84 zur Öffnung 92 in der Rückführleitung 95 zu steuern, die mit dem Behälter 28 verbunden ist. Eine Feder 98 in der Px-Kammer 96 und der Fluiddruck Psf (Fluid von der Leitung 61 vor dem Durchlauf durch den Regler 60) wirken auf den Integratorkolben 86 und bewegen ihn zur Kammer 94 gegen den in der Kammer 94 herrschenden F1uiddruck P&sub2;P. Ein in der Muffe 82 angeordneter Proportionalkolben 100 hat an dem einen Ende eine Fläche 102 und an dem anderen Ende eine Falz 104. Eine Feder 106 befindet sich zwischen dem Integratorkolben 86 und dem proportionalkolben 100. Der Fluiddruck P&sub2;P in der Kammer 94 wird in das Innere der Muffe 82 durch Öffnungen 110 und 112 übertragen. Die Feder 106 und der Fluiddruck P2P wirken auf den Proportionalkolben 100, um die Falz 104 gegen eine Schulter 108 auf der Muffe 82 gegen den Fluiddruck P&sub1; in der Kraftstoffzuführung an der Öffnung 90 in der Leitung 58 zu drücken. Abhängig von dem auf den integratorkolben 86 wirkenden Fluiddruck P&sub2;P bewegt sich die Muffe 82, um von der Bohrung 84 durch die Öffnungen 88, 88'...88N zu der Öffnung 92 eine Übertragung zu gewähren. Gleichzeitig bewegt die Druckdifferenz zwischen der Kraftstoffzuführung P&sub1; und dem auf den Kolben 100 wirkenden Fluiddruck P&sub2;P die Fläche 102, um die Zahl der Öffnungen 88, 88'...88N festzulegen, durch die der Kraftstoff in die Rückführleitung 95 strömen kann.
Der zur Turbine 10 geführte Kraftstoff bewirkt die Drehung der Welle 20. Dieser Drehantrieb wird über eine flexible Leitung 113 zur Welle 114 des mechanischen Regelsystem 116 übertragen.
Das mechanische Regelsystem 116, das einen Fliehkraftmechanismus 118, eine Nocke 120, ein Proportionalventil 122, einen Integratorkolben 124 und ein Ventil 126 sowie eine Drosselklappe 128 umf aßt, reagiert auf die Drehung der Welle 20, um das Auftreten einer Überdrehzahlbedingungen während des Betriebs des Dosierventils 50 durch den elektronischen Drehmelder-Computer 36 zu verhindern.
Der Fliehkraftmechanismus 118 liefert die Erfassung der Betriebsdrehzahl für das mechanische Regelsystem 116. Die Welle 114 dreht sich in Abhängigkeit von der Drehung der Welle 20 in der Turbine 10 und bewegt das Gewicht 130 und das Stellungsschieberventil 132. Die Bewegung des Schieberventils 132 steuert die Strömung des Betriebsfluids mit einem Fluiddruck Pc (Fluid vom Regler 60) entweder zur Leitung 134 oder 136, die mit den Kammern 138 bzw. 140 der Nockenvorrichtung 120 verbunden sind.
Der Stellkolben 144, der die Kammer 138 von der Kammer 140 trennt, hat ein Zahnstangenteil 146, das in den Kolben 148 greift, um die Welle 150 zu drehen. Ein an der Welle 150 angebrachter Zylinder 152 hat darauf vier Konturflächen 154, 156, 158 und 160. Der durch den Fluiddruck Pc des Betriebsfluids bewegte Kolben 144 bewegt die Zahnstange 146 zur Drehung der Welle 150 und bringt die Konturen 154, 156, 158 und 160 auf dem Zylinder 152 in einer Stellung in Position, die der Drehung der Welle 20 in der Turbine 10 entspricht.
Die Kontur 154 hat ein Rückführungsgestänge 162, das eine Rolle 164 bewegt, die auf einen Arm 166 wirkt, um die auf das Schieberventil 132 wirkende Fliehkraft der Gewichte 130 auszugleichen.
Die Kontur 156 hat ein Gestänge 168, das mit der Welle 170 des proportionalventils 122 verbunden ist.
Das Proportionalventil 122 hat eine hervorstehende Fläche 172, die sich hinter die Öffnung 174 bewegt, um die Kammer 75 in dem Meßkopf 64 mit dem Gehäuse des Reglers 34 über die Austrittsöf fnung 173 zu verbinden.
Wie am besten aus Fig. 5 zu entnehmen ist, hat die Eintrittsöffnung 174 eine rechteckige Öffnung 176 und eine dreieckige Öffnung 178. Die rechteckige Öffnung 176 wird als erste geöffnet und startet die Strömung von dem mit dem Meßkopf 64 verbundenen Druckgefäß 180. Wenn die Bewegung der hervorstehenden Fläche 172 durch das Gestänge 168 groß ist, erfolgt die Strömung sowohl durch die Öffnungen 176 als auch 178, um in dem Fluiddruck von P&sub2; auf P&sub2;P einen Anfangsdruckabfall zu gewähren.
Die Kontur 160 hat ein Gestänge 182, das sowohl mit dem Integratorkolben 124 als auch mit dem integratorventil 126 verbunden ist. Der integratorkolben 124 trennt eine erste Kammer 185 von einer zweiten Kammer 187. Die Kammer 185 empfängt das Betriebsfluid mit einem Fluiddruck Pc, während die Kammer 187 Fluid von dem Regler 62 mit einem Fluiddruck NCR empfängt, der im wesentlichen ein konstanter und geregelter Fluiddruck ist. Die Bewegung des Gestänges 182 durch den Integratorkolben 124 ist so bemessen, daß ein Verhältnis der Bewegung des integratorventils 126 von etwa 4:1 entsteht. Das Ventil 126 hat eine hervorstehende Fläche 184, bei deren Bewegung (siehe Fig. 6) die Öffnung 186 geöffnet wird und ein zusätzlicher Strömungsweg für das Betriebsfluid von dem Druckgefäß 180 zu dem Gehäuse 33 durch die Austrittsöffnung 190 in der Bohrung 188 geschaffen wird. Mit der Strömung des Betriebsf luids durch die Öffnung 186 zur Öffnung 190 fällt der Fluiddruck von P&sub2; auf P&sub2;P rasch ab.
Die Kontur 158 hat ein Gestänge 192, das mit der Drosselklappe 128 verbunden ist. Eine Feder 194 drückt eine Fläche 196 gegen einen Sitz 198 an der mit der Kammer 185 verbundenen Leitung 200. Wenn sich das Gestänge 192 in der Kontur 158 bewegt, bewegt sich die Fläche 196 von dem Sitz 198 weg, um den Fluiddruck in der Kammer 185 zu senken und dem Integratorkolben 124 die Bewegung gegen die Kammer 185 zu ermöglichen.

Durchführung der Erfindung

Ein Bediener liefert einen Eetriebseingang an den Gashebel 35, um den elektronischen Rechenteil 36 mit einem Eingang zu versehen. Dieser Eingang wird gemeinsam mit anderen Betriebsparametern, wie beispielsweise Atmosphärendruck, Verdichteraustrittsdruck, Motordrehzahl, Temperatur der Einlaßluft, unterdruck und Motortemperatur, zur Entwicklung eines Betriebssignals bewertet, das zum elektronischen Computer 36 geführt wird, um das Dosierventil 50 zum Festlegen der Öffnung des Einlasses 54 für den Kraftstrom in die Leitung 46 festzulegen, die mit der Kraftstoffsammelleitung 26 verbunden ist. Der zur Kraftstoffsamelleitung 26 geführte Kraftstoff wird in der Kammer 16 verbrannt und bewirkt eine Ausdehnung der darin befindlichen Gase, die über die vorhandene Düse 22 die Welle 20 drehen. Die Drehung der Welle 20 ist direkt proportional dem Kraftstoff, welcher der Sammelleitung 26 zugeführt wird. Die Beschränkung der Strömung des Kraftstoffs durch die Öffnung 54 bewirkt das Auftreten eines Druckabfalls an dem Dosierventil 50, so daß der Kraftstoff in der Leitung 58 einen Fluiddruck P&sub1; und der in der Leitung 46 befindliche Kraftstoff einen Fluiddruck P&sub2; aufweisen.
Der Fluiddruck P&sub1; wird auf die Innenseite des Balgs 66 übertragen, während der Fluiddruck P&sub2;P über den Sperrschieber 76 und die Leitung 47 auf den Balg 66 übertragen wird, um auf die Außenseite des Balgs 66 im Meßkopf 64 zu wirken. Der auf das bewegliche Teil 68 wirkende Druckabfall bringt die Fläche 70 gegen den Sitz 72 in Position, um die Übertragung des Betriebsfluids mit einem Fluiddruck Psf zur Kammer 75 zu verhindern. Gleichzeitig wird der Fluiddruck P&sub2;P zur Kammer 94 in dem umgehungsventil 80 übertragen, um sowohl auf den Integratorkolben 86 als auch auf den Proportionalkolben 100 zu wirken und die Muffe 82 und die Falz 103 in Bezug auf die Öffnung 92 in Stellung zu bringen und die Größe der Öffnung zur Rückführleitung 95 einzustellen. Der Integralkolben 86, der über den Meßfühler 64 angesteuert wird, hält den Druckabfall an dem Balg 66 konstant.
Die Drehung der Welle 20 wird zu dem Meßfühler 118 des Fliehkraftreglers über eine flexible Welle 113 geführt. Das Gewicht 130 bewegt sich nach außen, um das drehende Schieberventil 132 so zu ziehen, daß die hervorstehende Fläche 133 sich hinter den Sitz 131 bewegt und die Strömung des Fluids mit einem Fluiddruck Pc in die Kammer 138 ermöglicht, während gleichzeitig die hervorstehende Fläche 135 sich hinter den Sitz 137 bewegt, um die Kammer 140 zum Gehäusedruck PB zu öffnen. Die Druckdifferenz Pc-PB wirkt auf den Kolben 144, um die Zahnstange 146 zu bewegen und die Nocke 120 so zu drehen, daß die erste 154, zweite 156, dritte 158 und vierte 160 Kontur an den Fliehkraftmechanismus 118, das Proportionalventil 122, Drosselklappenventil 128 einen Betriebseingang und eine Integratorkolben- Kontrollgröße legen.
Die Rückführung von der ersten Kontur 154 zu dem Fliehkraftmechanismus 118 gewährt eine Reaktionskraft, welche die Kraft des Gewichtes 130 am Schieberventil 132 ausgleicht. Wenn die Rückführkraft gleich der Kraft des Gewichts 130 ist, schließen die hervorstehenden Flächen 133 und 135 die Öffnungen 131 und 137 und unterbrechen die Übertragung des Fluiddrucks Pc zur Kammer 138.
Während des normalen Betriebs der Turbine, d.h. wenn die Drehzahl der Welle 20 unterhalb einer festgelegten Drehzahl ist, halten die Konturen 156, 158 und 160 das Proportionalventil 122, integralventil 126 und den Integralkolben 124 sowie das Drosselklappenventil 128 in einer im wesentlichen konstanten Position.
Solange die Drehzahl der Welle 20 unterhalb eines Sollwerts liegt, hat der mechanische Regler 116 keinen Einfluß auf die Kraftstoffströmung zur Kraftstoffsammelleitung 26. Sollte eine Fehlfunktion in dem Abschnitt 36 zum elektronischen Erfassen oder Rechnen auftreten, der das elektrohydraulische Servoventil 500 zur Bewegung des Schiebers 52 ansteuert, so daß der zum Betrieb der Turbine 10 zugeführte Kraftstoff eine Erhöhung der Drehzahl über den Sollwert hinaus bewirkt, wird der mechanische Regler 116 durch die Drehung des auf das Schieberventil 132 wirkenden Fliehkraftgewichts 30 und die Bewegung der Nockenvorrichtung 120 ausgelöst.
Wenn die Drehzahl der Welle 20 oberhalb einer ersten Grenze der Soll-Drehzahl, 10 % oder irgend einer anderen Grenze liegt, reagiert der Drehzahlbegrenzer 116 in einer solchen Weise, wie sie in Fig. 2 dargestellt wird. Das Proportionalventil 122 reagiert auf die Drehzahl und wird über die zweite Kontur 156 in Betrieb gesetzt. Danach bewegt sich die hervorstehende Fläche 172 hinter die Öffnungen 176 und 178 (siehe Fig. 5), so daß das Fluid vom Behälter 180 zu dem Gehäuse 34 durch die Öffnung 173 strömen kann. Der auf die Fläche 102 des Proportionalkolbens 100 im Umgehungsventil 80 wirkende Fluiddruck P&sub1; bewegt den Kolben 100 gegen den Intetratorkolben 86, um die Öffnung 88, 88'...88N zu vergrößern und dadurch in der Leitung 58 einen größeren Anteil des verfügbaren Kraftstoffs für die Strömung in die Rückführleitung 95 zu ermöglichen. Diese Herabsetzung des Kraftstoffvolumens oder der Kraftstoffmenge, die zur Turbine 10 geführt wird, sollte zu einer Verminderung der Drehzahl der Welle 20 führen.
Wenn die Drehzahl der Welle die zweite Grenze der Solldrehzahl, 13 % oder irgendeine andere angestrebte Grenze überschreitet, reagiert der Drehzahlbegrenzer 118 in der in Fig. 3 gezeigten Weise.
Das Proportionalventil 122 ist vollständig geöffnet, und die Kontur 158 betätigt das Drosselklappenventil 128, welches den Integratorkolben 124 zum Öffnen des integralen Ventils 126 bewegt. Ein Kolben 184 bewegt sich hinter die Öffnung 186, so daß zusätzliches Fluid vom Behälter 180 strömt, um den Fluiddruck in der Kammer 94 auf P&sub2;P weiter zu reduzieren. Diese Herabsetzung des Fluiddrucks ermöglicht dem Proportionalkolben 100 ein weiteres Öffnen und erlaubt eine entsprechende Zunahme des in die Leitung 95 rückgeführten Kraftstoffs.
Sollte der den Düsen zugeführte Kraftstoff ein Drehen der Welle 20 und Überschreiten des zulässigen Bereichs oder einer Schubgrenze für die Turbine bewirken, so schafft die über das Kabel 113 an den mechanischen Regler 116 übertragene Drehung eine Situation, wie sie in Fig. 4 dargestellt wird. In dieser Situation sind das proportionalventil 122 und das Integralventil 126 vollständig geöffnet. Während des Durchprüfens bei niedriger Drehzahl (0 % bis 50 % der Drehzahl) wird das Integrator-Regelventil 126 von der Kontur 160 von seiner Öffnungsstellung zurückgestellt, so daß die Integratorkolben-Kontrolle ohne Betätigung des Reglers erfolgen kann. Die Kontur 158 wirkt auf das Gestänge 192, um das Ende 196 von dem Sitz 198 wegzubewegen, so daß das Betriebsf luid in der Kammer 185 in das Gehäuse 34 strömen kann. Bei geöffnetem Drosselklappenventil 128 bewegt der Fluiddruck PCR (Fluid vom Regler 62) in der Kammer 187 den Integratorkolben 189 in einen festen Eingriff mit dem im Zusammenhang mit dem Meßfühler 292 fest angeordneten Deckel 191. Ein Signal von dem Meßfühler 292 wird an die elektronische Computereinheit 36 übertragen, um diese Betriebsbedingung anzuzeigen.
Abschließend kann das Wesen der vorliegenden Erfindung folgendermaßen erklärt werden: Wenn der Differenzdruck (P&sub2;-P&sub2;P) am Meßkopf 64 zunimmt, nimmt der Differenzdruck (P&sub1;-P&sub2;) am Dosierventil 50 ab, so daß als Folge der dosierte Kraftstoff zum Motor 10 strömt und eine Verringerung der Drehzahl der Turbinenwelle 20 resultiert, um die Drehzahl innerhalb eines Sollwerts zu halten.

Claims

1. Kraftstoffregelsystem (32) mit einer Quelle (28) zur Zufuhr von auf einen im wesentlichen konstanten Fluiddruck gehobenen Kraftstoff, ein durch einen elektronischen Regler (48, 36) betätigtes Dosierventil zum Zuführen von Kraftstoff unter Druck, P&sub2;, zu einer Turbine (10), ein Umgehungsventil (80), das auf den Fluiddruck P&sub2; ansprechbar ist, um einem Teil der Kraftstoffzufuhr die Rückkehr zu der Quelle (28) durch die Leitung (95) zu ermöglichen, um einen Fluiddifferenzdruck P&sub1;-P&sub2; an dem Dosierventil (50) aufzubauen, wobei die Turbine (10) durch Drehen auf den Kraftstoff unter dem Druck P&sub2; anspricht, um einen gewünschten Anlauf zu erzeugen, ein mechanisches Regelsystem (116) mit einem auf die Drehung der Turbine (10) oberhalb einer vorbestimmten Drehung ansprechbaren Drehzahlmeßfühler (118) zur Entwicklung eines der Drehzahl der Turbine (10) entsprechenden Betätigungssignals, um den zu der Turbine (10) zugeführten Kraftstoff zu begrenzen und dadurch in der Turbine (10) einen Überdrehzahlzustand zu vermeiden, wobei das mechanische Regelsystem gekennzeichnet ist durch:

Nockenvorrichtung (120) mit einem Zylinder (152) mit ersten (154), zweiten (156), dritten (158) und vierten (160) Konturen darauf;

ein auf das Betätigungssignal ansprechbares ventil (132) zum Zuführen einer Bewegungskraft für das Bewegen der Nockenvorrichtung (120) in eine der Drehung der Turbine (10) entsprechende Stellung;

auf die erste Kontur (154) ansprechbares Rückführungsmittel (162), um das Ventil (132) mit einer direkten Stellungsanzeige der Nockenvorrichtung (120) auszustatten, wodurch das Betätigungssignal anulliert wird, wenn die Stellung der Nockenvorrichtung (120) der tatsächlichen Drehung der Turbine (10) entspricht; und

auf die zweite (156) , dritte (158) und vierte (160) Kontur auf dem Zylinder (152) ansprechbare Mittel (122, 168; 128, 192; 126, 182) zum Modifizieren der Druckdifferenz P&sub1; - P&sub2; an dem Dosierventil (50) durch Absenken des Fluiddrucks P&sub2;, die durch das Umgehungsventil (80) dargestellt sind, welche zusätzlichen Kraftstoff zur Quelle (28) durch die Leitung (95) rückzukehren erlauben, was zu einer entsprechenden Verminderung des zu der Turbine (10) zugeführten Kraftstoffs unabhängig von der Betätigung und der Stellung des Dosierventils (50) durch den elektronischen Regler (48-36) führt, wobei die Mittel (122, 168; 128, 192; 126, 182) ferner die Bewertung der Betriebsbereitschaft des mechanischen Reglers (116) bei Drehzahlen bis zur Hälfte der normalen Drehzahl der Turbine (10) erlauben.

2. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 1, worin die Mittel (122, 168; 128, 192; 126, 182) ferner gekennzeichnet sind durch:

ein Proportionalventil (122), das auf die Drehzahl der Turbine (10) ansprechbar und mit dem Umgehungsventil (80) über einen Meßfühler (64) verbunden ist, um Fluid unter Druck P&sub2; durch die Austrittsöffnung (173) strömen zu lassen und dadurch den Fluiddruck auf P&sub2;P abzusenken, wobei das Umgehungsventil (80) auf den abgesenkten Fluiddruck P&sub2;P durch Bewegen zum entsprechenden Instellungbringen der radialen Öffnungen (88, 88' ... 88N) in der Hülse (82) in Bezug auf eine Öffnung (92) zu der Rückführleitung (95) derart anspricht, daß zusätzlicher Kraftstoff in die Rückführleitung (95) strömt.

3. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 2, bei welchem das Proportionalventil (122) gekennzeichnet ist durch:

einen ersten, in einer Bohrung angeordneten Kolben (170), wobei die Bohrung eine Eintrittsöffnung (174) und die Austrittsöffnung (173) aufweist; und

Folgevorrichtung, die in der zweiten Kontur (156) angeordnet und mit dem ersten Kolben (170) verbunden ist, wobei die Folgevorrichtung (170) dem ersten Kolben (170) das Öffnen der Eintrittsöffnung (174) erlaubt und das Fluid zur Austrittsöffnung (173) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine (18) zu strömen erlaubt und dadurch den Fluiddruck in dem Meßfühler (84) und Umgehungsventil (80) von P&sub2; absenkt.

4. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 3, bei welchem die Eintrittsöffnung (174) für das Proportionalventil (122) gekennzeichnet ist durch:

eine rechteckige Öffnung (176) und eine dreieckige Öffnung (178), wobei die Bewegung des Kolben (170) zunächst die rechteckige Öffnung (176) öffnet, um eine Verminderung des Fluiddrucks P&sub2; zu schaffen und um bei Ansteigen der Drehzahl der Turbine (10) auf einen ersten Wert oberhalb der vorbestimmten Drehzahl entsprechend die Eintrittsöffnung (174) zur Einbeziehung sowohl der rechteckigen (176) als auch der dreieckigen (178) Öffnungen zu vergrößern, um die Strömung durch die Austrittsöffnung (173) zu erhöhen.

5. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 4, bei welchem die Mittel (122, 168; 128, 192; 126, 182) ferner gekennzeichnet sind durch:

eine Drosselklappe (128), die auf die dritte Kontur (158) an dem Zylinder (152) zum Öffnen der Leitung (200) ansprechbar ist, um ein Strömen von zusätzlichem Fluid von dem Meßfühler (64) zu ermöglichen und ferner den Fluiddruck darin zu senken, wodurch bewirkt wird, daß das Umgehungsventil (80) entsprechend bewegt wird und zusätzlicher Kraftstoff zur Rückführungsleitung (95) strömen kann.

6. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 5, bei welchem die Mittel (122, 168; 128, 192; 126, 182) ferner gekennzeichnet sind durch:

ein Gestänge (182) mit einem in der vierten Kontur (160) angeordneten ersten Ende und einem mit einem zweiten Kolben (124) verbundenen zweiten Ende; und

ein zweites Ventil (126), das an dem Gestänge (182) befestigt ist und daran eine Fläche (184) zum Öffnen einer Öffnung (190) in Abhängigkeit von der aus der Betätigung der Drosselklappe (128) resultierenden Bewegung des zweiten Kolbens (124), um das zusätzliche Fluid von dem Meßfühler (64) strömen zu lassen und den Fluiddruck P&sub2; zu senken.

7. Kraftstoffregelsystem (32) nach Anspruch 6, bei welchem das Strömen des Fluids als Folge der Bewegung des zweiten Kolbens (124) nach der Betätigung des Proportionalventils (122) erfolgt.