DE950038C - Control device for gas turbines - Google Patents

Description

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.Control device for gas turbines There are control devices for gas turbines with a fuel pump delivering depending on the turbine speed in the from Fuel tank leading to the burners n feed line known. In the return line a return control valve controlled by the pressure: in this line is switched on, which a second control pulse from a speed-law-dependent, from a pressure difference influenced servo valve receives.

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.The previously known constructive designs of these control units however, they are complicated and their manufacturing and evaluation costs are relatively high. The invention is intended to eliminate this disadvantage. At the same time, the risk of Operational disruptions are significantly reduced. The inventive solution to this The task is that the pressure difference controlling the servo valve at the Feed line and return line is removed and that as a speed controller Servo valve, the flow opening, provided with an adjustable spring one to the fuel tank or to another part of the control device with a low level Pressure-carrying second bypass line regulates that of the one control room of the return control valve proceeds from the -In dar branch of the second Shunt line or the feed line prevailing to the Druvkabfall at one Reduced pressure is applied to the throttle in the branch line. To the ETfindurng is the piston of the control valve located in the fuel return line in the opening direction by the pressure prevailing in the fuel return line and in the Sense of closure by the in one via a pressure reducing nozzle from the fuel return line branched line prevailing, supported by a compression spring pressure applied.

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.In another embodiment of the control valve circuit, the Piston of the latter in the opening direction through the one in the feed line in front of a pressure-increasing valve The prevailing pressure and, in the direction of looping, through the in-one via a pressure reducing nozzle from a branch of the feed line of this burner branched line prevailing Pressure can be applied. The preload of the spring, which acts as a speed regulator Servo valve in the Seb; sense of leave acts, is to achieve a sensitive control by means of a preferably provided with a handle Exent, -rs discontinued.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind- aus der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbei.spiele des Erfindungsgedankens zu ersehen.Further details of the invention can be found in the description below two exemplary embodiments of the inventive concept can be seen.

Die F.ig. i veranschaulicht schematisch eine Regeleinriehtung für Gasturbinen. In Fig.2 ist ebenfalls schematisch ein Ausschnitt aus einer Variante dieser Regeleinrichtung dargestellt.The F.ig. i schematically illustrates a control mechanism for Gas turbines. A section from a variant is also shown schematically in FIG this control device shown.

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.In the case of the control device according to FIG. i draws fuel from the pump 11 from the fuel tank 12 and conveys this fuel via the feed line 13 to the burners of the gas turbine, one of which is shown schematically and with is provided with the reference numeral 14.- The fuel return line 15 leads to the Paths to the suction side of the pump i i via a controllable flow opening 16, whose Size is influenced by a control valve 17, which after .dem pressure balance principle is built. The control valve 17 has a piston 18 which has a cylinder space divided into two rooms i9 and 2o. The fuel return line 15 opens into the room i9, while one emanating from the fuel return line is routed via a throttle Branch line is also directed to room 2o. The control valve 17 is in the closing direction influenced by the compression spring: 23.

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.The space 2o, the size of which depends on the position of the piston 18 depends on, can be damaged with several openings to which different Controller for the control valve 17 are connected. These controllers can, for example designed as a centrifugal force controller, as an acceleration controller or as a speed controller be.

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.In the embodiment of the inventive concept shown in FIG only one power -25 is connected to room 2o, in which a changeable one Flow opening 24- is located. fIf this flow opening is not throttled, can fuel from the fuel return line 15 via the throttle 22, the branch line 21, the cylinder space 2o, the line z5, through the opening 2.4 into the line 26 ' flow that either to the Brennsrtofftank 12 or to an audexen part .der Control device is angeseWossea, which has a low pressure.

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.If such a Breatoluß occurs, there will be a pressure drop at the throttle a2. The difference in the fuel pressures in front of and behind the throttle 22 will affect the movement of the piston 18 within the cylinder amount of fuel from the burners 14 via the line 15 and the aperture r6 to the suction side of the pump ii from flowing back when the opening 2 4 will be extended, then an enlarged Ilrenns.toffmenge will flow through the nozzle 22. This has the Sequence, -..., that The pressure difference between the cylinder chambers 19 and 20 is increased. The control valve 17 will then enlarge the flow opening rti so that more fuel flows back to the central side of the pump Amount of fuel fed.

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.The size of the flow opening 24 is regulated by a Ve @ util 27, whose shaft 28 with. .The piston a9 is firmly connected. This piston is designed in steps and slides in a bore that is also designed. Of the Space 3o of the bore in which the shaft 28 of the valve 27 is located has a . Larger diameter than that located on the other side of the piston 29 Room 31. Raunz 30. is the burner through a line 32 with the feed line r3 14 connected. The roughness 31 is connected to the fuel return line via the line 33 15 in connection. The space 3 ¢, which is created between the stages of the piston 29, is connected to the outside air through an opening 35.

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.The valve 27 tries to expand the flow opening z4 because the greater pressure in the space 3o acts on a larger area of the piston 29 and there is a lower pressure in space 31. The valve 27 is in the closing direction durchei.ne compression spring 36 flowed. This spring acts on the extended rear Shank 28 and is provided with a movable abutment 37. This abutment is adjusted by the eccentric cam 38, which = by means of a hand lever 39 can be adjusted.

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.When the cam 38 is in a certain position, the spring 36 exerts a certain closing pressure on the valve 27. The pressure difference between spaces 30 and 31 counteracts this spring pressure. Since this difference in pressure is due to the pressure difference between the feed line and the fuel return line of the burner, it is a function of the speed of the gas turbo.

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.When the set speed is reached, the valve 27 with its piston 29 is in a state of equilibrium. The valve 17, which regulates the size of the flow opening 16 in the fuel return line 15, will then also be in a state of equilibrium. If the speed of the gas turbine is to be increased, the hand lever 39 of the cam, 28 must be rotated so that the preload of the spring 36 is increased. This has the consequence that the valve 27 has a tendency to throttle the Dumchfluß opening 24 -. This throttling affects the control valve 17 by reducing the pressure difference between the cylinder chambers 1 j and 2o: the control valve 17 will therefore try to cut off the flow opening 16. As a result, more fuel flows into the combustion chamber of the gas turbine. The speed of the gas turbine will increase until the pressure differential LZ between the spaces 30 and 31 of the servo valve 27 is again in equilibrium with the tension of the spring 36. The reverse will occur when the lever 39 of the cam 38 is moved in the sense of reducing the force of the spring 36.

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.In the modified embodiment of the control device shown in FIG becomes the servo pressure of the feed line 13 instead of the fuel return line 15 taken. The cylinder of this control valve 17 is divided by a wall 4o, so that there is no pressure equalization between the feed line 13 within the cylinder and the fuel return line 15 takes place. The room to the left of the. Piston 18 is denoted by 41. It is connected to the feed line via branch line 42 i3 in connection. The line 21, in which the throttle 22 is located, branches off from. the Line 42 and leads to space 2b,. Which is to the right of piston 18. At this Circuit, it is necessary to provide a throttle valve 43 in the feed line 13, that is to prevent the pressure in the branch line 42 from falling below a certain value Working pressure drops.

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.The line 33 of the control device shown in Fig. 1, which the space 31 connects to the fuel return line 15, can from the Bren.nstoffrückleitung 15 separated and instead connected to the S, feed line 13 via a throttle connected between lines 32 and 33 .ist.

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.Another alternative is that the pressure difference between the spaces 31 and 30 by the centrifugal pressure in .einer driven by the gas turbine Centrifuge is replaced. This pressure d-i, fferenz affects the valve 27 in .dem the sense that the opening 24 is widened. So she acts under the pressure of Spring 36 counter.

Das Servoventil 27 stellt also -ein sehr einfaches Organ zur Regelung der Drehzahl der Gasturbine dar.The servo valve 27 thus represents a very simple control element the speed of the gas turbine.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Regeleinrichtung für Gasturbinen mit einer abhängig von der Turbinendrehzahl fördernden Brennstoffpumpe in der vom Brennstofftank zu den Brennern führenden Speiseleitung und einem in die Rücklaufleitumg eingeschalteten. . vom Druck in dieser Leitung gesteuerten Rücklaui-Regelventil, das einen zweiten Regelimpuls voneinem drehzahlabhängigen, von einar@Druckdif£erenz beeinflußten Servoventil erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die das Servoventil (27) steuernde Druckdifferenz an der Speiseleitung (13) und an der Rücklauflestung (15) a2bgenommen wird -und das ails Drehzahlregler dienende, mit einer einstellbaren Feder (36) versehene Servoventil (a7) die Durchhiußöffnung (24) einer zum Brennstofftank (I2) oder zu einem anderen Regelein@richtungsteil mit nie-drigem Druck führenden zweiten Nebenschluß-,leitung (25) regelt, die von. dem einen Steuerraum (2o) des Rücltlauf-Regelventils (17) ausgeht, der von dem in der Zweigleitung (21) der zweiten Nebenschlußleitung (25) oder der Speiseleitung (13) herrschenden, um den Druckabfall an einer Drossel (22) in der -Zweigleitung (21,) verminderten Druck beaufschlagt ist. z. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) des in- der Brennstoffrückleitung (15) liegend-en Regelventils (17) im Öffnungssinn durch dien in der Brennstoffrückleitung (15) -herrschenden Druck und im Schließungs,sInn durch den in einer über eine D:rosisel (22) von der Brenn_ stoffrückleitung (15) abgezweigten Leitung (21) herrschenden, durch eine Druckfeder (23) unterstützten Druck beaufis,chlagt ist (vgl. Fig. 1). 3. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) des in der Brennstoffrückleitung (15) liegenden Regelventils (17) im Öffnungssinn durch den in der Speiseleitung (13) vor einem Drosselventil (43) herrschenden Druck und im Sehl,ießungssi.nn durch den in einer über eine Drossel (22) von einer Zweigleitung (42) der Speiseleitung (13) des Brenners (14) abgezweligten Leitung (21) herrschenden Druck beaufschlagt ist, (vgl. Fig. 2). 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder, in dem der Ventilkolben (29) des Servoventils (27) geführt ist, zwei druckbeaufscblagte Räume (3o und 31) verschiedenen Durchmessers aufweist und der zwischen diesen Räumen durch den.abgesetzten Durchmesser des Kolbens (29) gebildete Ringraum (34) durch eine Öffnung (3.5) mit der Außenluft in Verbindung steht. 5. Regeleinrichtung .nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (36), welche auf das als Drehzahlregler dienende Servoventil (27) im Schließungssinn einwirkt, mittels eines vorzugsweise mit einem Handgriff (39) versehenen Exzenters (38) ei.nstellbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831 621.PATENT CLAIMS: 1. Control device for gas turbines with a dependent from the turbine speed promoting fuel pump in the from the fuel tank to the feed line leading to the burners and one connected to the return line. . by the pressure in this line controlled return flow control valve, the second Control pulse from a speed-dependent servo valve influenced by a pressure difference obtained, characterized in that the pressure difference controlling the servo valve (27) a2b is taken on the feed line (13) and on the return valve (15) -and the servo valve, which serves as a speed controller and is provided with an adjustable spring (36) (A7) the passage opening (24) one to the fuel tank (I2) or to another Control unit with low pressure second shunt line (25) governs that of. one control room (2o) of the return control valve (17) starts from the one in the branch line (21) of the second bypass line (25) or the feed line (13) prevailing in order to reduce the pressure drop at a throttle (22) reduced pressure is applied in the branch line (21,). z. Control device according to claim 1, characterized in that the piston (18) of the in the fuel return line (15) lying control valve (17) in the opening direction by serving in the fuel return line (15) -presisting pressure and in the closing, sInn through the in one over a D: rosisel (22) from the fuel return line (15) branched line (21) prevailing, pressure supported by a compression spring (23) is applied (cf. FIG. 1). 3. Control device according to claim i, characterized in that the piston (18) of the control valve (17) located in the fuel return line (15) in the opening direction by the pressure prevailing in the feed line (13) upstream of a throttle valve (43) and in the Sehl, ießungssi.nn through the in one via a throttle (22) of a branch line (42) of the feed line (13) of the burner (14) branched line (21) prevailing Pressure is applied (see. Fig. 2). 4. Control device according to claim 1, characterized characterized in that the cylinder in which the valve piston (29) of the servo valve (27) is guided, two pressurized spaces (3o and 31) of different diameters and the diameter of the piston between these spaces (29) formed annular space (34) through an opening (3.5) in connection with the outside air stands. 5. control device .nach claim 1, characterized in that the bias the spring (36) which acts on the servo valve (27) serving as a speed controller in the closing direction acts, by means of an eccentric preferably provided with a handle (39) (38) is adjustable. Publications considered: German patent specification No. 831 621.