SE465243B - Saett och anordning foer att styra en effektkaella driven av en gasturbinmotor - Google Patents

Description

465 243 z övervakade spänningen är korrekt. En situation kan uppträda vid viïken ett fa11 i den övervakade spänningen aistrar ett motsvarande fa11 i referensspänningen så att ingen ändring indikeras i fråga om ski11nad meïian de två. I ett sådant fa11 sku11e matningsspänningsfaiiet kunna uppträda och förbii oindikerat.

Ett ytterïigare probiem kan uppträda vid övervakningsanordningar av denna typ för effektkäiior under motorns startfas. Under denna fas aïstrar den gene- rator, som aistrar eiektricitet för matning av effektkäïian, effekt vid reïa- tivt iåg spänning. Utgångsspänningen från effektkäïian kommer föïjaktïigen att vara reiativt iiten. Övervakningsanordningen för effektkälian kan tyda denna ïåga spänning såsom indikerande ett fariigt tiïistånd när det i sjäiva verket enbart beror på att motorn arbetar i startfasen.

En avsikt med föreiiggande uppfinning är att åstadkomma en ny och förbätt- rad övervakningsanordning för en effektkälia.

Ett ytteriigare syfte med föreiiggande uppfinning är att åstadkomma en ny och förbättrad övervakningsanordning för en effektkäiia, som för sin egen effekt ej beror av spänningen hos det övervakade steget hos effektkäiian.

Ett ytterïigare syfte med föreiiggande uppfinning är att åstadkomma en ny och förbättrad övervakningsanordning för en effektkäiia, som detekterar varia- tioner i effektkäïïans spänning och igångsätter en korrigerande åtgärd med avse- ende på den mekaniska energikäiia, som driver en generator, som matar effekt- käiïan. _ Ett ytteriigare syfte med föreïiggande uppfinning är att åstadkomma en ny och förbättrad övervakningsanordning för en effektkäiia, som är inaktiv under den mekaniska energikäiïans startfas och b1ir aktiv när denna käïia iämnar startfasen.

För uppnående av ovanstående syften har en anordning och ett sätt enïigt uppfinningen erhåiiit de i krav 1 resp. 7 angivna kännetecknen.

En form av föreiiggande uppfinning verkar i samband med en tvåstegs effekt- käïia, som har ett grovregierat och ett finregierat steg.

Genom uppfinningen övervakas den spänning, som erhå11s vid en utgångskiämma hos det finregierade steget, varvid emeiiertid egen driveffekt erhåiïs från det grovregierade steget. Utgångsspänningssignaien jämförs med en referensspännings- signal, och om skiiïnaden når ett förutbestämt värde aïstras en feïsignai.

Vid en föredragen utföringsform mottar tvåstegseffektkäïian sin energi från en eiektrisk generator, som drivs mekaniskt av en gasturbinmotor. övervaknings- anordningens feisignai matas ti11 varvtaisregïerande utrustning och denna ut- rustning bringas därigenom att reagera för att reducera motorns varvtaï genom exempeivis avstängning av bränsïefiödet.

Den föredragna utföringsformen innefattar vidare en sensor som mäter varv- talet hos en roterande komponent i motorn och aistrar en detta varvtaï indiker- se 3 _ . 465 245, ande signal. Signalen matas till kretsar, som antingen avaktiverar övervaknings- anordningen när motorvarvtalet är under en förutbestämd gräns eller aktiverar övervakningsanordningen när motorvarvtalet stiger över gränsen. Detta deakti- verar övervakningsanordningen under motorns startfas.

Den föredragna utföringsformen innefattar vidare provningskretsar, som til- låter en operatör att införa en signal i övervakningsanordningen, som har till verkan att simulera ett spänningsfall i den finreglerade effektkällan så att övervakningsanordningen utsänder en felsignal indikerande att effektkällans spänning har fallit under godtagbara gränser.

På bifogade ritning visar fig. 1 i schemaform en utföringsform av föreliggande uppfinning i samband med en elektricitetsalstrande utrustning, och fig. 2 ett kopplingsschema i blockform över en i fig. 1 ingående övervak- ningsanordning.

Såsom schematiskt visas i fig. 1 driver en motor 5, som kan vara en gastur- binmotor, en axel 8, som roterar enligt pilen ll. Axeln 8 överför den mekaniska energin till en generator 14, som alstrar elektrisk energi till en grovreglerad effektkälla 17 via elektriska ledningar 18A och l8B. Pilarna 20A och 2OB anger flödesriktningen för den elektriska energin och liknande pilar kommer att använ- das på andra ställen i fig. 1 för att ange den allmänna riktningen för energi- flöde och signalflöde. En grovlegrerad effektkälla 17 avger elektrisk energi till ledningar 22A och 22B vid förutbestämda spänningar, men inom vissa relativt grova toleranser. Ledaren 22A kan exempelvis avge energi vid en spänning av +2lV pluseller minus IV. På liknande sätt kan spänningen på ledaren 22B vara fast vid -2lV plus eller minus lV.

Ledarna 22A och 22B avger elektrisk energi till en finreglerad effektkälla 23 som avger elektrisk energi till ledare 24A och 24B vid spänningar, som är be- gränsade till mycket finare toleranser. Ledningen 24A kan exempelvis hållas vid +15V med en tolerans av 0,025V, medan ledaren 24B kan hållas vid -l5V och begränsas till samma tolerans. Den till ledarna 24A och 24B av den finreglerade effektkällan 23 avgivna elektriska energin används för sådana ändamål som ström- matning av motorprestandasensorer och motorstyrservomekanismer allmänt an- tydda med blocket 28. Allmänt med 30 betecknade pilar, vilken sträcker sig mel- lan rektangeln 28 och motorn 5 anger att informationssignaler och servomekanism- styrfunktioner går i båda riktningar mellan rektangeln 28 och motorn 5.

En ledare 34 är kopplad till en ingång 34A hos övervakningsanordningen en- ligt föreliggande uppfinning, som anges med ett block 35. En ledare 37 är an- Sluten till en annan ingång VC hos övervakningsanordningen 35. En ledare 40 är (465 245 ” ansluten mellan en utgång 40A hos övervakningsanordningen 35 och en ingång hos en styrutrustning för motorvarvtalet antydd med ett block 42. Varvtalsstyrut- rustningen 42 är ansluten till motorn 5 medelst en signalbana 44. En signal från en sensor (ej närmare visad), som avkänner varvtalet hos en komponent, såsom en kompressorrotor ( ej visad), hos motorn 5 leds via en bana 46 till en ingång 46A hos övervakningsanordningen 35. En ledare 48, som innehåller en strömställare 49, är ansluten mellan en annan ingång 48A hos övervakningsanordningen 35 och jord.

Funktionen hos den schematiskt i fig. 1 visade apparaten är enligt följan- de. Av motorn 5 alstrad mekanisk energi överförs till generatorn 14 och omvand- las däri till elektrisk energi. Groveffektkällan 17 omvandlar denna energi till en mera styrd och reglerad form och gör den tillgänglig på ledarna 22A och 22B.

Den finreglerade effektkällan 23 mottar denna energi och styr och reglerar den ytterligare och tillför den till ledarna 24A och 24B i en kraftigare reglerad form så att den spänning vid vilken den avges till ledarna 24A och 24B är utsatt med för mycket fin reglering såsom +l5V plus eller minus 0,025V respektive -l5V plus eller minus 0,025V, såsom nämns ovan. Den fint reglerade spänningssignalen, som tillförs ledaren 24B matas även till övervakningsanordningen 35 som en spänningssignal via ledaren 34. Overvakningsanordningen 35 mottar driveffekt från ledaren 22A via ledaren 37. Denna effekt används för att strömmata övervak- ningsanordningen 35 och även för att generera en referensspänningssignal. Alst- ringen av referensspänningssignalen diskuteras mera i detalj nedan.

Allmänt jämförs enligt föreliggande uppfinning denna referensspänningssig- nal med den fint reglerade signalen på ledaren 24B. Om jämförelsen anger att den på ledaren 24B närvarande spänningen överskrider godtagbara gränser, alstras en felsignal på ledaren 40 som bringar styrutrustningen 42 för motorvarvtal att vidta åtgärder för att förhindra motoracceleration såsom exempelvis genom redu- cering eller strypning av motorbränsletillförseln.

Den på ledaren 46 närvarande motorvarvtalssignalen aktiverar övervaknings- anordningen 35 så att under motorns 5 startfas övervakningsanordningen 35 stängs av. Endast efter det att motorvarvtalet lämnat startfasen aktiveras övervak- ningsanordningen 35. Detaljerna i denna funktion ges nedan. Slutning av ström- ställaren 49 tillåter en operatör att simulera en signal indikerande att spän- ningen på ledningen 24B är otillåtet låg, så att därigenom systemets reaktions- förmåga kan provas.

Den finreglerade effektkällan 23 är såsom nämnts ovan en "följande" effekt- källa. Med detta menas att spänningen på ledaren 24B kommer att följa den på ledaren 24A ifråga om amplitud, men kommer att ha motsatt tecken, och vidare att 465 243; spänningen på ledaren 24A är oberoende av den på ledaren 24B. Spänningen på led- aren 24A kan exempelvis ändras från +15 till +l2V. Ledningen 24B kommer att följa med en ändring av -15 till -l2V. En spänningsändring på ledaren 24B bero- ende exempelvis på att överström tillförts denna ledare, kommer emellertid ej att påverka spänningen på ledaren 24A.

Eftersom en spänningsändring på ledaren 24B är tillräcklig för att utlösa utsändandet av en felsignal på ovan beskrivna sätt, finner man att övervaknings- anordningen 35 kan detektera tre möjliga felfunktioner hos spänningar på ledarna 24A och 24B. För det första kan en felfunktion indikerad genom spänningsfall på ledaren 24A detekteras genom den motsvarande spänningsändringen som alstras på ledningen 24B genom den "följande" naturen hos den finreglerade effektkällan 23.

Ett spänningsfall från +15 till +13 på ledaren 24 kommer exempelvis att åtföljas av en spänningsändring från -15 till -13 på ledaren 24B. Om övervakningsanord- ningen inställs så att en sådan tvåvolts ändring kommer att utlösa utsändandet av en felsignal, kommer sålunda en ändring från +15 till +13 på ledaren 24A att åstadkomma en sådan felsignal. För det andra kommer en ändring i spänningen på ledaren 24B från exempelvis från -15 till -l2V, som ej åtföljs av en spännings- ändring på ledaren 24A, att detekteras av övervakningsanordningen och en fel- signal kommer att avges. För det tredje skulle en kortslutning över ledarna 24A och 24B, vilken skulle kunna medföra att de bringas på identiskt samma spän- ningspotential, likaledes kunna upptäckas, med undantag av den osannolika hän- delsen att denna potential var lägre en utlösningspotentialen (diskuteras sen- are) hos övervakningsanordningen 35.

En mer detaljerad beskrivning av effektkälleövervakningningsanordningen 35 i fig. 1 ges med hänvisning till fig. 2. Den för övervakning avsedda spänningen är den på klämman 34A uppträdande, som motsvarar ledaren 34 i fig. 1. Ett motstånd 60 är anslutet mellan ledaren 34 och en punkt 63. Punkten 63 är anslu- ten till en klämma hos strömställaren 49 via ett motstånd 65. Strömställarens 49 andra klämma är ansluten till jord. Punkten 63 är även ansluten till den inver- terande ingången 70A hos en jämförelsekrets 70 via ett motstånd 72. Den icke - inverterande ingången 70B hos jämförelsekretsen 70 är ansluten till en referens- potential såsom jord. En kondensator 73 är ansluten mellan jämförelsekretsens 70 två ingångar 70A och 70B. Jämförelsekretsens 70 inverterande ingång 70A är även ansluten till en punkt 74 via ett motstånd 75. Punkten 74 är ansluten till jord via en pn-övergångsanordning, såsom en zenerdiod 76, liksom till en grovt reg- lerad spänning betecknad VC. Den grovt reglerade spänningen Vc svarar mot den på ledningen 22A i fig. l närvarande och ansluts till punkten 74 via ett åàes 243 motstånd 77. Punkten 74 är vidare ansluten till en effektingång 78 hos jämför- elsekretsen 70. Punkten 74 är även ansluten till kollektorn hos en NPN-transis- tor 79 medelst ett motstånd 81. Transistorns 79 emitter är ansluten till jord och transistorns bas till ledaren 46A. Ledaren 46A motsvarar signalbanan 46 i fig. 1 och är ansluten till transistorns 79 bas via ett motstånd 83. Transist- orns 79 kollektor är ansluten till basen hos en transistor 85, vars emitter är ansluten till jord medelst ett motstånd 87. Transistorns 85 kollektor är anslu- ten till en aktiverande ingång 89 hos jämförelsekretsen 70.

Jämförelsekretsens 70 utgång 7OD är ansluten till en ledare 92, som är an- sluten till en 5-Volts positiv spänningskälla, t ex +5 Volt, medelst ett mot- stånd 94 liksom till en klämma 40A svarande mot ledaren 40 i fig. 1. Denna klämma är vidare ansluten till styrutrustningen 42 för motorvarvtal (ej visad i fig. 2), som antyds schematiskt i fig. 1.

Den ovan beskrivna kretsens funktion beskrivs i det följande. Den till klämman VC tillförda spänningen förorsakar ett strömflöde genom motståndet 77, zenedioden 76 och till jord. Såsom är väl känt har en zenediod en spänningshåll- ande funktion så att när strömmen ökar genom zenedioden från 0 till något värde, spänningsfallet över zenedioden likaledes ökar. I och med att spänningsfallet en gång når ett visst värde bestämt av zenediodens egenskaper, uppträder emellertid ingen ytterligare zenerspänningsökning, trots ytterligare strömökning. Om en tillräckligt stor ström bringas att flyta genom zenerdioden 76, fasthålls så- lunda spänningen vid punkten 74 vid en viss nivå och kommer ej att bli större.

En förutbestämd första spänningsreferens upprättas följaktligen i punkten 74.

Mellan punkten 74 och den den övervakade spänningen bärande ledaren, näm- ligen klämman 34A, är motstånd 60,72 75 anslutna. Dessa motstånd fungerar som ett spänningsdelande nätverk. Kännedom om dessas värden, värdet på spänningen i punkten 74, och värdet på den övervakade spänningen, nämligen den vid klämman 34A, kommer att tillåta att den ingångsspänningssignal, som tillförs jämförelse- kretsens 70 inverterande ingång, kan kalkyleras. Vid en föredragen utföringsform kommer den till denna inverterande ingång tillförda spänningen att vara något under jordpotential när spänningen vid den övervakade klämman 34A är korrekt.

En andra referensspänningssignal, såsom jordpotential, tillförs jämförelsekret- sens 70 icke - inverterande ingång.

Antag att strömställaren 49 förblir öppen och att transistorn 85 ej är an- sluten till jämförelsekretsen 70. I detta fall är jämförelsekretsens 70 verkan att jämföra de på de två ingångarna 70A och 70B närvarande spänningarna. Om spänningen på den inverterande ingången 70A är mindre än den på den icke -inver- terande ingången 70B kommer spänningen på jämförelsekretsens utgång att vara "ett" i binärlogiska termer, t ex +5 Volt. 1% 1)' l 465 243; " Om spänningen vid den inverterande ingången 70A kryper något i positiv riktning, såsom exempelvis på grund av en positiv krypning i spänningen vid klämman 34A, kommer jämförelsekretsen 70 att utlösas vid den tidpunkt spännin- gen vid den inverterande ingången 70A passera 0 Volt, dvs just som den passerar jordpotential på väg i positiv riktning. En felsignal kommer att uppträda vid jämförelsekretsens 70 utgångspunkt i det jämförelsekretsen 70 drar sin utgångs- spänning till "0" - tillstånd i binärlogiska termer, t ex till O Volt. En av- vikelse i den övervakade spänningen på ledningen 34 detekteras sålunda och en felsignal i form av en svängning i spänningen på ledningen 92 genereras. Denna felsignal används som en styrsignal för motorvarvtalet på senare beskrivet sätt.

Kondensatorn 73 har till verkan att filtrera ut spänningstransienter resul- terande från sådana källor som oundvikligt elektriskt brus i omgivningarna. Den genomför denna funktion på grund av det faktum att kondensatorn 73 erfordrar en ändlig tid för laddning eller urladdning, dvs en ändlig tid att ändra sin spänning. Om varaktigheten av en transient är kortare än denna ändliga tid, kom- mer transienten att försvinna innan spänningen över kondensatorn 73 (vilken är densamma som spänningen över jämförelsekretsens ingångsklämmor) kan ändras avse- värt. Jämförelsekretsen 70 kommer sålunda att bli relativ opåverkad av transien- ten.

Jämförelsekretsens 70 grad av känslighet för ändringar i den övervakade spänningen på ledningen 34A bestäms delvis av den vid punkten 95 närvarande spänningen, som i sin tur bestäms av följande kombination: spänningen på led- ningen 34A; de tre motståndens 60,72, och 75 värden; samt spänningen på klämman VC. Ju närmre spänningen i punkten 95 inställs till den i punkten 96 genom manipulation av dessa fem parametrar, desto mindre spänningsändring i punkten 95 erfordras för att utlösa jämförelsekretsen, och desto känsligare kommer sys- temet att vara för små variationer i spänningen vid klämman 34A. Omvänt kommer systemet att bli desto mindre känsligt ju mera negativ punkten 95 inställs i förhållande till punkten 96.

Ledningen 46A för en signal indikerande motorvarvtalet, såsom nämns ovan.

När motorvarvtalet överskrider ett visst värde, indikerande att motorn har pas- serat ur sitt igångsättningsområde, blir en på ledningen 46A närvarande signal betecknad "varvtalssignal" en "etta" i binärlogiska termer. Detta medför ökning av strömmen genom transistorn 79, varigenom spänningen mellan dess kollektor och jord sänks, medförande sänkning av den till transistorns 85 bas tillförda spän- ningen, så att sålunda transistorn 85 spärras. Detta har till resultat att tran- sistorns 85 kollektorspänning tillåts öka. Detta aktiverar jämförelsekretsens 70 aktiveringsingång 89 och aktiverar jämförelsekretsen 70. När motorvarvtalet är för lågt stängs sålunda jämförelsekretsen 70 av, och när motorvarvtalet pas- serar ur igångsättningsområdet aktiveras jämförelsekretsen 70. 465 243 _' 8 När strömstäiiaren 49 är siuten ansiuts punkten 63 ti11 jord via motståndet 65. Eftersom ett spänningsdelande motståndsnätverk såïunda erhåïis meïian ied- ningen 34A; jord; och punkten 74, innefattande motstånden 60,65,72,75, kommer spänningen i punkten 63 att öka om rätt värde har vaits för dessa motstånd. Dm ökningen är ti11räck1ig kommer spänningen i punkten 95 att överskrida den i punkten 96, jämföreisekretsen 70 kommer att utïösas och en fe1signa1 kommer att uppträda i punkten 92. Strömstäiiaren 49 tiïïåter såiunda en operatör att prova övervakningsanordningens funktion genom manueïi aktivering av komparatorn 70.

Den i punkten 92 närvarande felsignaïen matas ti11 styrutrustningen 42 för motorvarvtai i fig. 1. Denna utrustning 42 svarar på feisignaien genom instä11- ning av motorstyrorganen så att acceieration förhindras. Ett exempei på en sådan instäïïning är minskning e11er avstängning av bränsïetiïiförseïn tiii motorn.

Detta medför en reducering av motorvarvtaïet och förhindrar såïunda att ändrin- gar i de spänningar som avges av den finregïerade effektkäïian indirekt indu- cerar en acceieration av motorvarvtaiet.

Föïjaktïigen har en övervakningsanordning för en effektkäiïa beskrivits och visats; som övervakar en spänningssignai, vilken avges av ett finregïerat steg i en effektkäila. Övervakningsanordningen mottar sin egen effekt från en annan kä11a än det övervakade steget. Övervakningsanordningen är vidare anordnad att förhindra acceïeration av en motor, som drivser en generator, som strömmatar effektkälïan, om en avvikeïse av den övervakade spänningssignaïen skuiie upp- träda. Övervakningsanordningen förbiir inaktiv under en startfas av motorn och övervakningsanordningen medger manueïï provning av en operatör.

Ehuru föredragna utföringsformer av föreïiggande uppfinning har beskrivits och visats inser man att ett fïertai ändringar kan göras utan att detta medför avvikeïse från uppfinningstanken. Föijaktiigen är den föreïiggande uppfinningen endast begränsad genom de bifogade kravens omfattning. :få

Claims (7)

465 243 4 " Patentkrav

1. Anordning för att styra en varvtalsreglerande utrustning (42) för en gasturbinmotor (30), som driver en effektkälla av följande typ, vilken innefat- tar ett grovreglerat effektsteg (17), som effektmatar ett finreglerat effektsteg (23), k ä n n e t e c k n a d av av att väsentligen all effekt som erfordras för anordningen tas från det grovreglerade effektsteget, avkänningsorgan (28) för att alstra en varvtalssignal indikerande varvtalet hos en komponent i motorn (30), organ (76,77) för att alstra en första referensspänningssignal, organ (60,72,75) för att kombinera en utgångssignal från det finreglerade effektsteget med den första referensspänningssignalen och därigenom alstra en ingångssignal, en jämförelseanordning (70) inrättad att alstra en felsignal när skillnaden mellan ingångssignalen och en andra förutbestämd referensspänningssignal når ett förutbestämt tröskelvärde, 2 organ (79, 85) för att aktivera nämnda jämförelseanordning (70) endast när motorns varvtal överskrider ett förutbestämd värde, samt organ (40) för att koppla felsignalen till varvtalsregleringsutrustningen (42) i ändamål att bringa den att förhindra övervarvtal hos motorn.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för alstring av den första referensspänningen innefattar en pn-övergångsanordning (76).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att pn-över-gångs- anordningen består av en zenerdiod (76).

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av filtreringsorgan (73) kopplade till jämförelseanordningen (70) för att filtrera bort transient- signaler från ingångssignalen.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda filtrer- ingsorgan innefattar en kondensator (73) kopplad över jämförelseanordningens in- gångsklämmor.

6. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av provningsorgan (49) inrättade att möjliggöra selektiv aktivering av jämförelseanordningen (70).

7. Sätt att skydda mot spänningsvariationer i en effektkälla av följande typ, som har grovt och fint reglerade steg och drivs av en gasturbinmotor, k ä n n e t e c k n a t av att effekt från det grovreglerade steget används för 465 243 10 att åstadkomma en första referensspänningssignaï och strömmata en jämföreïsean- ordning, att jämföreiseanordningen siås ti11 och från när motorns varvtai faïier under respektive stiger över en förutbestämd gräns, att en utgångssignaï från det finregïerade effektsteget kombineras med den första referensspänningssignaï- en för att aïstra en ingångssignai, som jämförs med en andra referensspännings- f signai och en feïsignaï aistras om skiïlnaden me11an de två överskrider ett förutbestämt värde, samt att en motorparameter modifieras styrt av fe1signa1en. à N