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Regeleinrichtung für Gasturbinen Es sind Regeleinrichtungen für Gasturbinen
mit einer abhängigvon derTurbinendrehzahl fördernden Brennstoffpumpe in der vom
Brennstofftank zu den Brennern fühmende n Speiseleitung bekannt. In die Rücklaufleitung
ist ein vom Druck :in diieser Leitung gesteuertes Rücklauf-Regelventil eingeschaltet,
welches einen zweiten Regelimpuls von einem drehzai$lawbhängigen, von einer Druckdifferenz
beeinflußten Servoventil erhält.
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Die bisher bekannten konstruktiven Ausführengen dieser Regeleinri£htungen
sind jedoch kompliziert und ihre Herstellungs- und Wertungskosten relativ hoch.
Diesen Nachteil soll die Erfindung beseitigen. Gleichzeitig soll die Gefahr von
Betriebsstörungen wesentlich verringert werden. Die erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht darin, daß die das Servoventil steuernde Druckdifferenz an der,
Speiseleitung und -an der Rücklaufleitung abgenommen wird und das als Drehzahlregler
dienende, mü einer einstellbaren, Feder versehene Servoventil die Durchflußöffnu.ng`
einer zum Bzennstofftank oder zu einem anderen Regeleinrichitungsteil mi-t niedirigem
Druck führenden zweiten Nebenschlußleitung regelt, die von dem einen Steuerraum
des Rücklauf-Regelventils ausgeht, der von dem -In dar Zweigleitung der zweiten
Nebenschlußleitung oder der Speiseleitung herrschenden, um den Druvkabfall an einer
Drossel in der Zweigleitung vermindeaten Druck beaufsahlagt ist.
Nach
der ETfindurng ist der Kolben des in der Brenustoffrückleitung liegenden Regelventils
im Öffnungssinn durch den -in der Brennstoffrückleitung herrschenden Druck und im
Schließungssinn durch den in einer über eine Druckreduzierungsdüse von der Brennstoffrückleitung
abgezweigten Leitung herrschenden, durch eine Druckfeder unterstützten Druck beaufschlagt.
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Bei einer anderen Ausfwhirungsform der Regelventilschaltunb kann der
Kolben des letzteren im Öffnungssinn durch den in der Speiseleitung vor einem Druckvergrößerungsventil
h errschenden Druck und im SchliAungs.sinn durch den.in -einer über eine DTuckreduzierungsdüse
von einer Zweigleistung der Speiseleitung dies Brenners abgezweigten Leitung herrschenden
Druck heaufschlagt werden. Die Vorspannung der Feder, welche auf das als Geschwindigkeitsregler
dienende Servoventil im Seb ;ließungssinn einwirkt, wird zwecks Erzielung einer
feinfühligen Regelung mittels eines vorzugsweise mit einem Handgriff versehenen
Exent,-rs eingestellt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind- aus der nachstehenden Beschreibung
zweier Ausführungsbei.spiele des Erfindungsgedankens zu ersehen.
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Die F.ig. i veranschaulicht schematisch eine Regeleinriehtung für
Gasturbinen. In Fig.2 ist ebenfalls schematisch ein Ausschnitt aus einer Variante
dieser Regeleinrichtung dargestellt.
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Bei der Regeleinrichtung nach der Fi-g. i entnimmt die Pumpe 11 Brennstoff
aus dem Brennstofftank 12 und fördert diesen Brennstoff über die Speiseleitung 13
zu den Brennern der Gasturbine, von denen einer schematisch dargestellt und mit
dem Bezugszeichen 14. versehen ist.- Die Brennstoffrückleitung 15 führt auf dem
Wege zur Ansaugseite der Pumpe i i über eine regelbare Durchflußöffnung 16, deren
Größe durch ein Regelventil 17 beeinflußt wird, das nach .dem Druckwaagenprinzip
gebaut ist. Das RegelNentil 17 hat ,einen Kolben 18, welcher einen Zylinderraum
in zwei Räume i9 und 2o aufteilt. Die Brennstoffrückleitung 15 mündet in den Raum
i9, während eine von der Brennstoffrückleitung ausgehende, über eine Drossel= geführte
Zweigleitung zudem Raum 2o geleitet ist. Das Regelventil 17 wird im Schließungssinn
von der Druckfeder :23 beeinflußt.
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Der Raum 2o, dessen Größe von- der jeweiligen Stellung des Kolbens
18 abhängi=g ist, kann mit mvhreren Öffnungen versehren werden, an die versch,i.edene
Regler für d=as Regelventil 17 angeschlossen sind. Diese Regler können beispielswei.se
als Fliefikraftregler, als Beschleunigungsregler oder als Drehzahlregler ausgebildet
sein.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
ist an den Raum 2o nur eine Leistung -25 angeschlossen, in der eine veränd erliche
Durchflußöffnung 24- liegt. fVenn diese Dunchflußöffnung nicht abgedrosselt ist,
kann Brennstoff von der Brennstoffrückleitung 15 über dis Drossel 22, die Zweigloitung
21, den Zylinderraum 2o, die Leitung z5, durch die Öffnung 2.4 in die Leitung 26'
fließen, die entweder an den Brennsrtofftank 12 oder an einen audexen Teil .der
Regeleinrichtung angeseWossea ist, der einen niedrigen Druck aufweist.
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Wenn ein solcher Breatoluß eintritt" wird ein Druckabfall an der Drossel
a2 erfolgen. Die Differenz der Brennstoffdrücke vor und hinter der Drossel 22 wird
sich auf die Bewegung des Kolbens 18 innerhalb des Zylinders. auswirken und das
Regelventil 17 so weit öffnen,, daß eine bestimmte Brennstoffmenge von den Brennern
14 über die Leitung 15 und die Öffnung r6 zur Ansaugseite der Pumpe i i zurückfließt.
Wenn die Öffnung 24 erweitert wird, dann wird eine vergrößerte Ilrenns.toffmenge
über die Düse 22 fließen. Dies. hat zur Folg,-, daß die Druckdiffeienz zwischen
den Z.vlinderräumen i9 und 20 vergrößert wird Das Regelventil 17 wird dann die Durchf£ußöffnung
rti vergrößern, so daß mehr Brennstoff zur Z# imlaiseite der Pumpe i i zurückfließt.
Die Brenner 14 «.:erdetz in diesem Falle mit einer verringerten Brennstoffmenge
gespeist.
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Die Größe der Durchflußöffnung 24 wird durch ein Ve@util 27 geregelt,
dessen Schaft 28 mit. .dem Kolben a9 in fester Verbindung steht. Dieser Kolben ist
stufenförmig ausgebildet und gleitet in einer ebenfalls ausgebildeten Bohrung. Der
Raum 3o der Bohrung, in dem sich der Schaft 28 des Ventils 27 befindet, hat -einen
.größeren Durchmesser als der sich, auf der anderen Seite des Kolbens 29 befindende
Raum 31. Der Raunz 30. ist durch eine Leitung 32 mit der Speiseleitung r3 der Brenner
14 verbunden. Der Raunz 31 steht über die Leitung 33 mit der Brennstofrirückleitung
15 in Verbindung. Der Raum 3¢, der zwischen den Stufen des Kolbens 29 entsteht,
ist durch eine Öffnung 35 mit der Außenluft verbunden.
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Das Ventil 27 versucht, die Durchflußöffnung z4 zu erweitern, weil
der größere Druck in dem Raum 3o auf eine größere Fläche des Kolbens 29 wirkt und
im Raum 31 ein niedrigerer Druck herrscht. Das Ventil 27 wird im Schließungssinn
durchei.ne Druckfeder 36 bevinflußt. Diese Feder wirkt auf den nach .hinten verlängerten
Schaft 28 und ist mit einem beweglichen Widerla@ger 37 versehen. Dieses Widerlager
wird durch den exzentrischen Nocken 38 verstellt, der =mittels eines Handhebels
39 verstellt- werden kann.
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Bei einer bestimmten Stellung des Nockens 38 übt die Feder 36 einen
bestimmten Schließdruck auf das Ventil 27 aus. Diesem Federdruck wirkt der Druckunterschied
zwischen den Räumen 30 und 31 entgegen. Da dieser Druckunteirschied von dem
Druckunterschied zwisc=hen der Speiseleitung und der Brennstoffrückleitung der Brenner
herrührt, stellt er eine Funktion der Drehzahl der Gasturhime darr.
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Wenn die eingestellte Drehzahl erreicht ist, befindet sich das Ventil
27 mit seinem Kolben 29 im Gleichgewichtszustand. Das Ventil 17, welches die Größe
der Durchflußöffnung 16 in der Brenn.stoffrü.ckleitung 15 regelt, wird sich dann
ebenfalls im Gleichgewichtszustand bifinden. Wenn die Drehzahl der Gasturbine erhöht
werden soll, muß der
Handhebel 39 des Nockens, 28 so verdreht
werden, daß die Vorspannung der Feder 36 erhöht vrlied. Dies hat zur Folge, daß
das Ventil 27 die Tendenz hat, die Dumchflußöffnung 24. - abzudrosseln. Diese
Abdrosselung wirkt sich auf das Regelventil 17 durch Verringerung der Druckdifferenz
zwischen den Zylinderräumen 1 j und 2o aus: Das Regelventil 17 wird deshalb versuchen,
die Durchflußöffnung 16 abzudirosseln. Dies hat zur Folge, daß mehr Brennstoff in
die Brennkammer der Gasturbine einströmt. Die Drehzahl ,der Gastturbine wird sich
also vergrößern, bis die DruckdiffererLZ zwischen- den Räumen 30 und 31 des
Servoventils 27 wieder ° im: Gleichgewicht mit der Spannung der Feder 36 ist. Das
Umgekehrte wird eintreten, wenn der Hebel 39 des Nockens 38 im Sinne einer Verringerung
der Kraft der Feder 36 ,bewegt wird.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der Regeleinrichtung
wird der Servodruck der Speiseleitung 13 an Stelle der Brennstoffrückleitung 15
entnommen. Der Zylinder dies Regelventils 17 ist durch eine Wand 4o unterteilt,
damit innerhalb des Zylinders kein Druckausgleich' zwisehen der Speieeleitung 13
und der Brennstoffrück= ' eitung 15 stattfindet. Der Raum zur linken Seite des.
Kolbens 18 ist mit 41 bezeichnet. Er steht über die Zweigleitung 42 mit der Speiseleitung
i3 in Verbindung. Die Leitung 21, -in der die Drossel 22 liegt, zweigt von. d er
Leitung 42 ab und führt zum Raum 2b, .der rechts vom Kolben 18 liegt. Bei dieser
Schaltung ist es notwendig, in der Speiseleitung 13 ein Drosselventil 43 vorzusehen,
das verhindern soll, daß der Druck in der Zweigleitung 42 unter einen bestimmten
Arbeitsdiruck absinkt.
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Die Leitung 33 der in Fig. 1 dargestellten Regeleinrichtung, welche
den Raum 31 mit der Brennstoffrückleitung 15 verbindet, kann von der Bren.nstoffrückleitung
15 getrennt und statt dessen mit der S,peiscleitung 13 über eine Drossel verbunden
werden, die zwischen den Leitungen 32 und 33 eingeschaltet .ist.
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Eine andere Alternative besteht darin, daß die Druckdifferenz zwischen
den Räumen 31 und 30 durch den Zentrifugaldruck in .einer von der Gasturbine angetriebenen
Zentrifuge ersetzt wird. Diese Druckd-i,fferenz wirkt sich auf ,das Ventil 27 in
.dem Sinne aus, daß die Öffnung 24 erweitert wird. Sie wirkt also dem Druck der
Feder 36 entgegen.
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Das Servoventil 27 stellt also -ein sehr einfaches Organ zur Regelung
der Drehzahl der Gasturbine dar.