DE1957409B2

DE1957409B2 - Steuereinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1957409B2
Application number: DE1957409A
Authority: DE
Inventors: Robert William South Bend Ind. Schuster (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1980-07-03
Also published as: GB1264898A; DE1957409A1; FR2023405A1; SE345498B; DE1957409C3; US3526091A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Abstimmung der Ausgangsleistung von wenigstens zwei Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Steuereinrichtung ist in der US-Patentschrift 34 03 507 beschrieben. Sie dient dazu, eine mit mehreren Brennkraftmaschinen versehene Einrichtung, insbesondere ein Flugzeug, derart zu regeln, daß alle Brennkraftmaschinen in den verschiedenen Betriebszuständen dieselbe Leistung abgeben. Gerade bei Flugzeugen ist dies von großer Bedeutung, damit dem

J5 Piloten ein dauerndes Nachstimmen erspart bleibt Bei der bekannten Steuereinrichtung wird nun der schneller laufende Motor auf die Leistung des langsameren Motors reduziert und hierdurch die gleiche Leistung hergestellt Diese Art der Nachregelung ist jedoch dann

ίο von Nachteil, wenn eine der beideij Brennkraftmaschinen aufgrund eines Fehlers überhaupt nicht oder nicht hinreichend auf Leistung gebracht werden kann. Die bekannte Vorrichtung würde dann die zweite Brennkraftmaschine ebenfalls auf die Leistung Null oder die

« unzureichende Leistung herabregeln, was natürlich nicht zugelassen werden kann. Hier muß die automatische Steuerung schnellstens manuell übernommen oder in sonstiger Weise Vorsorge getroffen werden.
Aus der US-Patentschrift 27 68 504 ist eine Steuereinrichtung bekannt, mit welcher zwei Motoren eines Flugzeuges auf gleiche Leistung gebracht werden sollen. Hierzu werden die Brennstoffsysteme beider Motoren derart miteinander verbunden, daß deren Verbrennungskammern mit einer gemeinsamen Treibstofflei-

« stung verbunden sind. Auf diese Weise wird beiden Motoren Brennstoff unter demselben Druck zugeführt. Es ist offensichtlich, daß mit einer derartigen Steuereinrichtung die unten erläuterte Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht gelöst werden kann. Gleiches gilt für die in der deutschen Offenlegungsschrift 19 42 415 dargestellte Steuereinrichtung,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art derart auszubilden, daß auch

^Μ dann, wenn eine der Brennkraftmaschinen nicht auf (volle) Leistung gebracht werden kann, kein gefährlicher Betriebszustand auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des

Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüehen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird die langsamer laufende Brennkraftmaschine auf die s höhere Leistung der schneller laufenden Brennkraftmaschine gebracht Bei diesem Prinzip hat der Ausfall der einen Brennkraftmaschine nicht auch den Ausfall der zweiten Brennkraftmaschine zur Folge, Die vorliegende Erfindung gehe darüber hinaus noch einen Schritt weiter: Sie hält nicht nur die Leistung der voll funktionierenden Brennkraftmaschine aufrecht, sondern -erhöht diese auch noch in einer Weise, die zumindest zeitweise den Leistungsajisfall der ersten Brennkraftmaschine kompensiert In der sehr kritischen Situation, in der eine Brennkraftmaschine vorübergehend, ganz oder teilweise ausfällt, wird also das System der Gleichregelung beider Brennkraftmaschinen automatisch aufgegeben und stattdessen die lebenswichtige Gesamtleistung der Brennkraftmaschine aufrechterhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zweie«-Gasturbinentriebwerke und die erfindungsgemäße Brennstoff- « Steuereinrichtung;

Fig.2 einen schematischen Schnitt durch eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrichtungen, die zu den beiden in F i g. 1 gezeigten Turbinen gehören;

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von F i g. 1. μ

Die zwei Maschinen, im folgenden als Gasturbinentriebwerke 20, 22 bezeichnet (Fig. 1), haben jeweils einen Lufteinlaß 24, der zu einem Luftkompressor 26 führt, der die Luft unter einem verhältnismäßig hohen Druck Pc an mehrere Brennkammern 28 abgibt Das ^ heiße Antriebsgas, das in den Brennkammern 28 aufgrund des Verbrennungsprozesses erzeugt wird, strömt durch eine Gasturbine 30, die Ober eine Welle 32 mit dem Antriebskompressor 26 verbunden ist, und dann durch eine Nutzleistungsturbine 34, die unabhän- -to gig von dem Kompressor 26 drehbar gelagert ist Das Gas kann aus der Turbine 34 durch die Abgasdüse 36 in die Atmosphäre entweichen. Ein Brennstoffverteiler 38 führt den unter Druck stehenden Brennstoff den Brennstoffdüsen 40 zu, die ihrerseits so angeschlossen sind, daß sie den Brennstoff in die Brennkammern 28 einspritzen, wo die Luft-Brennstoffmischung gezündet und verbrannt wird, um das heiße Antriebsgas zu erzeugen. Ein unter Druck stehender Strom aus zugemessenem Brennstoff wird jedem Verteiler 38 über *> die zugehörigen Leitungen 42 und 44 zugeführt, die von den Steuereinrichtungen 46 bzw. 48 kommen. Die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 werden mit unter Druck stehendem Brennstoff über eine gegabelte Leitung 50 versorgt die von einem Brennstofftank 52 kommt und eine oder mehrere von der Turbine angetriebene Pumpen 54 aufweist die den durchfließenden Brennstoff unter Druck setzen. Die Nebenschlußleitungen 55 und 56 verbinden die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 mit der Leitung 50 an der **> Einlaßseite der Pumpe 54.

Ein bewegbarer Wahlhebel 56 für die Turbinendrehzahl oder die Leistung der Turbinen ist über die Gestänge 58 und 60 mit den Brennstoffsteuereinrichtungen 46 bzw. 48 verbunden, so daß ein entsprechendes ¹^¹ Eingangssignal zur Betätigung jeder Steuereinrichtung 46 und 48 erzeugt wird-

Die von dem Kompressor abgegebene Luft unter

dem Druck P_f wird in jedem Triebwerk ober eine zugehörige Druclisonde 68 und eine Leitung 70 zu der jeweiligen Steuereinrichtung 46 bzw. 48 weitergeleitet

Die Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 sind gleich ausgeführt und vorzugsweise pneumatische Einrichtungen, wiie sie in der deutschen Patentanmeldung P19 42415L8 beschrieben sind. Fig.2 ist ein schematischer Schnitt durch eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48, die nur so weit beschrieben werden, daß ersichtlich ist, welche Steuerfunktion durch die vorliegende Erfindung auf diese ausgeübt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 72 weist ein Gehäuse 74 auf, das eine Kammer 76 bildet die über einen Durchlaß 7Jl zu einer unter einem verhältnismäßig geringen Strömungsmitteldruck stehenden Quelle P₁, beispielsweise Atmosphäre, belüftet ist Die Mündungen 80 und 82 sind an Abgabeöffnungen 84 bzw. 86 angeordnet die unter einem geringen Abstand angeordnet sind, miteinander fluchten und mit der Kammer 76 in Verbindung stehen. Eine Leitung 48 verbindet die Mündung 80 mit der Steuereinrichtung 46 und steht in derselben mit einem Strömungsmitteldruck in Verbindung. Auf ähnliche Weise verbindet eine Leitung 90 die Mündung 82 mit der Steuereinrichtung 48 und steht darin r< it einem Steuerströmungsmitteldruck in Verbindung.

Ein Hebel 92, der an einem festen Lager 94 durch einen Schwenkzapfen befestigt ist trägt eine Ventilklappe 96, die sich zwischen die Abgabeöffnungen 84 und 86 erstreckt und sich gegenüber diesen bewegt um die wirksamen Durchflußquerschnitte derselben im Gegensinn je nach der Lage des Hebels 92 zu verändern. Die Lage des Hebels 92 wird durch gegeneinander wirkende axial ausgerichtete Balge 90 und 100 bestimmt deren feste Enden an dem Gehäuse 74 strömungsmitteldicht verankert sind und deren bewegliche Enden an dem Hebel 92 befestigt sind. Eine Vorspannung wird auf den Hebel 92 durch eine Druckfeder 102 ausgeübt, die zwischen einem Ende des Hebels 92 und einer einstellbaren Federhalterung 104 eingesetzt ist, die in das Gehäuse 74 eingeschraubt ist Das gegenüberliegende Ende des Hebels 92 kann an mit Abstand angeordneten, einstellbaren Anschlägen 106 und 107 angreifen, die in das Gehäuse 74 eingeschraubt sind und die Bewegung des Hebels 92 begrenzen.

Der Innenraum des Balges 98 ist über eine Mündung 108 und eine Leitung 110 mit einem herkömmlichen Drehmomentfühler 112 verbunden, der auf geeignete Weise an dem Triebwerk 22 angeschlossen ist und auf einen variablen Zustand der Nutzleistungsturbine 34 anspricht die ein Maß für das Ausgangsdrehmoment ist, und der ein entsprechend veränderliches Drucksignal über Jie Leitung UO abgibt. Der Innenraum des Balges 100 ist über eine Mündung 114 und eine Leitung 116 mit einem zweiten Drt-hmomentfühler 118 verfcunden, der dem Drehmomentfühler 112 entspricht und so angeschlossen ist, da3 er eine variable Zustandsgröße der Nutleistungsturbine 34 des Triebwerkes 20 abtastet die ein Maß für deren Ausgangsdrehmoment ist. Die Drehmomentfühler 118, 112 geben veränderliche Drucksignale ab, die in Abhängigkeit von d?r Drehmomentausgangsleistung der zugehörigen Turbine 34 abhängen.

Die Mündungen SO und 82 werden ferner über die Leitungen 120 und 122 in die Kammer 76 mit dem Druck P, entlüftet, wobei die Leitungen mit den Abgabeöffnungen 84 und 86 respektive parallel geschaltet sind. Die

Mündungen 124 und 126 sind an dem Abgabeende der Leitungen 120 und 122 angeschlossen und liegen mit einem verhältnismäßig geringen Abstand beieinander (Fig.3). Ein Hebel 128, der auf geeignete Weise an einem festen Träger 130 durch einen Schwenkzapfen ί befestigt ist, hat mehrere Arme, von denen einer eine Ventilklappe 132 bildet, die sich auf die Mündungen 124 und 126 zu und von diesen Mündungen weg bewegen kann, um die wirksame Durchflußfläche gleichzeitig in Abhängigkeit von der Bewegung des Hebels 128 zu variieren. Zwei Balge 134 und 136 sind an einem Ende an dem Gehäuse 76 strömungsmitteldicht befestigt. Die gegenüberliegenden geschlossenen bewegbaren Enden der Balge 134 und 136 sind an den Armen 138 und 140 des Hebels 128 befestigt. Das Innere der Balge 134 und 136 wird über die Mündungen 108 und 114 über die Leitungen 142 bzw. 144 entlüftet. Durch eine Druckfeder 146, die zwischen dem Hebel 128 und einer einsteübaren, tn das Gehäuse 76 eingeschraubten Federhalterung 148 eingesetzt ist, wird eine Vorspannung auf den Hebel 128 ausgeübt, die die Ventilklappe 132 auf die Mündungen 124 und 126 zu drücken versucht.

In Fig.2 ist eine der beiden gleichen Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 im einzelnen gezeigt, um zu erläutern, wie die erfindungsgemäße Einrichtung damit zusammenwirkt, um das Zumessen des Brennstoffes zu modifizieren. Die Brennstoff-Steuereinrichtung 46 weist ein Gehäuse 150 mit einem mit der Brennstoffzufuhrleitung 50 verbundenen Einlaß 152 und einem mit der Leitung 42 verbundenen Auslaß 154 auf. Der Brennstoff fließt von dem Einlaß 152 zum Auslaß 154 über Leitungen, die den Kanal 156. eine Zumeßöffnung 158 mit veränderlicher Querschnittsfläche, einen Kanal 160 und ein Brennstoff-Absperrventil 162 Ji einschließt. Eine Nebenschluß-Ventileinrichtung 164 für den Brennstoff spricht auf die Druckdifferenz an der Mündung 158 an und weist ein Nebenschlußventil 166 auf, das Brennstoff unter dem nicht geregelten Druck P\ von dem Einlaß 152 und zu dem mit der Nebenschlußleitung 55 verbundenen Nebenschlußauslaß 168 führt, was nötig ist, um die Druckdifferenz an der Zumeßöffnung 158 unabhängig von der wirksamen Durchflußfläche der öffnung 158 auf einem konstanten vorbestimmten Wert zu halten. Ein Zumeßventil 168 ist auf geeignete Weise ^ mit der Mündung 158 verbunden und relativ dazu bewegbar, um den wirksamen Durchfluß so zu variieren, daß bei einer konstanten Druckdifferenz an dieser Mündung der geregelte Strömungsmittelfluß zu den Triebwerken als Funktion der Durchflußfläche der v> Mündung 158 allei.:i variiert.

Das Ventil 168 ist über ein Gestänge 170 mit einem Reglerbalg 172 und einem verhältnismäßig kleineren evakuierten Beschleunigungsbalg 174, der auf verschiedene Strömungsmitteldrücke anspricht, die von der Luft unter dem Druck P_c abgeleitet werden, die von dem Kompressor 26 des Gasturbinentriebwerkes 20 abgegeben und über die Leitung 70 einem Einlaß 176 in dem Gehäuse 150 zugeführt wird. Von dem Einlaß 176 strömt die von dem Kompressor abgegebene Luft durch eine «> Drossel 178 in eine Kammer 180 und durch eine Drossel 182 in eine Kammer 184, die von der Kammer 180 durch einen Baig 172 getrennt ist Der Balg 172 spricht auf die Druckdifferenz zwischen den Kammern 180 und 182 an, während der evakuierte Balg 174 nur auf den Druck in der Kammer 184 anspricht

Die Regeleinrichtung 186 ist in der Lage, den Luftdruck in den Kammern 180 und 184 so zu regeln, daß die Drehzahl des Triebwerkes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, der von der Stellung des Steuerhebels 56 abhängt. Zu diesem Zweck sind die Kammern 180 und 182 über Kanäle 90 bzw. 192 mit einer Kammer 194 verbunden, die zu einer unter einem verhältnismäßig geringen Druck stehenden Quelle, beispielsweise Atmosphäre mit dem Druck P,, entlüftet ist. Der wirksame Strömungsquerschnitt der Kanäle 190 und 192 und daher der Luftdruck in den Kammern 180 und 184 wird durch die Hebel 196 und 198 gesteuert, die auf einem festen Träger 200 auf geeignete Weise montiert sind und als Ventilklappen dienen können.

Eine Zugfeder 202 zwischen dem einen Ende des Hebels 196 und einem schwenkbar gelagerten Hebel 204 spannt den Hebel 196 mit einer veränderlichen Kraft in einer Richtung vor, in der der Kanal 190 schließt. Der Hebel 204 ist mit einem Steuerteil 206 verbunden, der mit einem Gelenk 58 verbunden ist, um die Kraft der Feder 202 auf den Hebel 196 als Funktion der Lage des Steuerteils 56 zu variieren.

Der Hebel 198 hat einen Arm, der drehbar eine Rolle 208 trägt, die gegen ein Schubteil 210 drücken kann. Der Hebel 196 ist von zwei mit Abstand angeordneten Anschlägen 212 und 214 auf dem Hebel 198 umgeben. Eine Zugfeder 216 zwischen dem Hebel 198 und einer Federlagerung 218, die einstückig mit dem Hebel 196 ausgebildet ist, spannt den Hebel 1 in einer Richtung vor, die der von dem Schubglied 210 auf die Rolle 208 ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist Zwei Zentrifugalgewichte 220, die auf einem drehbaren Träger 222 montiert sind, können eine Kraft gegen den Schubteil 210 ausüben, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des Trägers 220 variiert Der Träger ist über ein Gestänge 224 mit dem Kompressor 26 des zugehörigen Gasturbinentriebwerkes 20 oder 22 verbunden, so daß die Ausgangskraft an den Zentrifugalgewichten 220 eine Funktion der Drehzahl des Kompressors 26 ist.

Eine Rückstellvorrichtung 226 für den Regler weist eine Memb^ran 228 auf, die fest an ihrem äußersten Teil an dem Gehäuse 150 befestigt ist und durch eine Druckfeder 230 zwischen dem Gehäuse 150 und der Membran 228 vorgespannt ist Eine Stange 232, die fest an der Membran 228, beispielsweise die Stützplatten 234 und 236, befestigt ist, ist gleitbar in einem festen rohrförmigen Gehäuse 238 gelagert und erstreckt sich durch dieses hindurch in Eingriff mit dem Hebel 196. Die Stützplatten 234 und 236 dienen als Anschläge, indem sie an dem Gehäuse 150 angreifen, um den Bewegungsbereich der Membran 228 zu begrenzen.

Ein Luftdruckregler 240 ist so angeschlossen, daß er die von dem Kompressor unter dem Druck P_c abgegebene Luft über einen Kanal 242 mit einem Filter 244 aufnimmt Sie weist ein federbelastetes Ventil 246 auf, an dem eine Membran 248 befestigt ist Das Ventil 246 steuert eine Ventilöffnung 250, die zu einer Luftdruckabsenkung beispielsweise auf Atmosphärendruck führt, entlüftet ist, um den Luftdruck stromab von der öffnung 250 auf einen vorbestimmten konstanten Druckwert P_r einzuregeln. Der vorbestimmte konstante Druck P_T wird durch die gegen das Ventil 246 ausgeübte Federkraft bestimmt und durch die Kraft unterstützt, die von dem Druck P, der Atmosphäre erzeugt wird, der gegen die Membran 248 gegen den Luftdruck stromab von der Öffnung 250 wirkt Die Luft unter dem konstanten Druck pr wird von dem Regler 240 über einen Kanal 252 auf eine Seite einer Rückstellmembran 228 und die gegenüberliegende Sehe der Membran 228 über eine Zweigleitung 254 geführt, die eine Drossel 256

Ein Regler 254 für die Leistungsturbine weist ein Gehäuse 256 auf, das zwei Zentrifugalgewichte 258 enthält, die mit einem drehbaren Träger 260 verbunden sind, der durch die Nutzleistungsturbine 34 über ein > Gestänge 262 angetrieben wird. Ein Hebel 264 ist schwenkbar auf einem festen Träger, beispielsweise an dem Cohäuse 256 gelagert und trägt eine Rolle 266, die daran drehbar befestigt ist. Die Rolle 266 drückt gegen ein Ende eines Schubteiles 268, der drehbar auf einem in zweiten Schubteil 269 angeordnet ist. Die Zentrifugalgewichte drücken gegen das gegenüberliegende Ende des Schubteiles 269, der gleitbar auf einem Lager 260 gelagert ist. Der Hebel 264 hat einen Ventilklappenabschnitt 270, der sich gegenüber einer Mündung 272 is bewegt, um deren wirksamen Strömungsquerschnitt zu variieren. Der Hebel 264 wird durch eine Zugfeder 274 vorbelastet, die mit einem Ende an dem Hebel 264 und mit dem entgegengesetzten Ende mit einem Hebei 27ö verbunden ist, der schwenkbar auf einem festen Träger, beispielsweise dem Gehäuse 256, gelagert ist. Der Hebel 276 wird durch einen Steuerteil 278 auf geeignete Weise in Stellung gebracht, um die Kraft der Feder 274 zu verändern, die auf einen Hebel 264 als Funktion der Stellung des Steuerhebels 278 ausgeübt wird. ■?<■

Die Mündung 272 ist über einen Kanal 280 mit einer Zweigleitung 254 stromab der Drossel 256 in der Rückstelleinrichtung 226 verbunden und kann die von dem Kompressor abgegebene Luft aus dem Kanal 254 in das Innere des Gehäuses 256 entlasten, wo der verhä.inismäßig geringe Druck der Atmosphäre P, herrscht. Der Kanal 88 verbindet den Kanal 280 mit der Mündung 80 des Gehäuses 74 im Falle der Steuereinrichtung 46 und der Kanal 90 verbindet den Kanal 280 mit der Mündung 82 des Gehäuses 74 im Falle der Steuereinrichtung 48.

Arbeitsweise

Die bevorzugte Steuerung der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 auf den genauen ausgewählten Wert der Ausgangsleistung wird dadurch vorgenommen, daß der Steuerhebel 206 und daher der Regler 166 so eingestellt wird, daß eine maximale Drehzahl der Turbine 30 und des davon getriebenen Kompressors 26 verlangt wird, um die zur Verfügung stehende Maschinenleistung auf « ein Maximum einzustellen, und daß dann der Steuerteil 278 für die Nutzleistungsturbine und daher der Regler 254 für die Nutzleistungsturbine so eingestellt wird, daß die gewünschte Drehzahl oder Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 dadurch verwirklicht wird, daß eine Rückstellung der Drehzahl an dem Regler 186 eingegeben wird, um die Leistung des Triebwerkes in Übereinstimmung mit der an der Turbine 34 geforderten Ausgangsleistung zu reduzieren.

Unter der Annahme, daß die Gasturbinentriebwerke 20 und 22 bei einer vorgewählten Drehzahl oder Leistung in einem stabilen Betriebszustand sind, wobei die Leistung der eingestellten Lage des Steuergliedes 278 entspricht, daß über den Regler 254 und die Rückstelleinrichtung 226 die am Eingang des Reglers 186 geforderte maximale Drehzahl vermindert die durch den Steuerhebel 206 eingestellt ist der die Stellung für maximale Drehzahl einnimmt Die Ausgangsdrehmomente der Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 werden als gleich groß angenommen. Unter diesen Bedingungen sind die verschiedenen Teile der Brennstoff-Steuereinrichtungen 46 und 48 und der Einrichtung 72, die das Drehmoment vergleicht und begrenzt, in den in F i g. 1 und 2 gezeigten Stellungen.

Es sei nun angenommen, daß die Steuerteile 278 in eine Lage gebracht werden, in der eine größere als die gegenwärtige Drehzahl der zugehörigen Turbinen 34 verlangt wird. Bei einer Bewegung des Steuerteiles 278 wird die Zugfeder 274 gedehnt, so daß eine größere Kraft auf den Hebel 264 ausgeübt wird, der sich dadurch im Gegenuhrzeigersinn gegen die geringere Kraft dreht, die auf ihn durch die Zentrifugalgewichte 258 ausgeübt wird. Diese Bewegung des Hebels 264 bewirkt, daß sich die Klappe 270 auf die öffnung 272 setzt, so daß der Luftdruck auf die eine Seite der Membran 228 der Rückstelleinrichtung 226 steigt. Die resultierende Abnahme der Druckdifferenz an der Membran 228 drückt diese und die daran befestigte Stange 232 nach links, so daß die Rückstellkraft auf den Hebel 196 eliminiert wird, die zusammen mit dem Hebel 198 dagegen unter dem Einfiuß der Feder 2iö drückt im Gegenuhrzeigersinn gegen die Gegenkraft der Zentrifugalgewichte 220 geschwenkt wird, so daß die Durchgänge 190 und 192 blockiert werden, wobei sich ein maximaler Anstieg in dem Luftdruck in den Kammern 180 und 184 ergibt. Der Druckabfall an dem Reglerbalg 172 geht auf Null zurück und das Zumeßventil 168 wird in Abhängigkeit von dem Luftdruck P_c am Kompressorausgang geöffnet, mit dem üer evakuierte Beschleunigungsbalg 174 beaufschlagt wird, so daß das zugehörige Gasturbinentriebwerk 20 beschleunigt wird. Wenn das Triebwerk beschleunigt, steigt der Druck P_c am Kompressorausgang entsprechend an, so daß der Balg 174 weiter zusammengedrückt wird und ein beschleunigter Brennstoffzufluß erzeugt wird, der als Funktion des Druckes P_c wächst.

Gegebenenfalls soll der Brennstoff bei einer vorbestimmten Triebwerksdrehzahl während deren Beschleunigung angereichert werden. Zu diesem Zweck wird die Feder 216 so ausgewählt, daß sie bei einer vorbestimmten Kraft der Zentrifugalgewichte 220 überwunden wird, die einer vorbestimmten Drehzahl des Kompressors 26 entspricht. Beim Erreichen der Drehzahl, bei der die Feder 216 von den Gewichten 220 überwunden wird, dreht sich der Hebel 198 im Uhrzeigersinn gegenüber dem Hebel 196, so daß der Kanal 192 zum Atmosphärendruck P, entlastet wird, so daß der Druck in der Kammer 184 abfällt. Die resultierende Druckdifferenz an dem Balg 172 bewirkt, daß dieser zusammengedrückt wird, so daß der Beschleunigungsbalg 174 beim öffnen des Zumeßventils 178 unterstützt wird, so daß der Brennstofffluß zu dem Triebwerk in entsprechender Weise erhöht wird. Wenn die Kraft der Zentrifugalgewichte 220 mit wachsender Drehzahl wächst bewegt sich der Hebel 198 in Anlage mit dem Hebel 196, so daß die Kraft der Feder 202 die verhältnismäßig kleinere Kraft der Zentrifugalgewichte 220 überwindet

Die Turbine 34 beschleunigt aufgrund der erhöhten Leistung, die durch die erhöhte Luftmasse in dem Strom erzeugt wird, der sich bei der Beschleunigung des Kompressors 26 ergibt Wenn sich die Turbine 34 der durch den Steuerteil 278 gewählten Drehzahl nähert überwindet die Kraft der Zentrifugalgewichte 258 die entgegenwirkende Kraft der Feder 274 und bewirkt daß der Hebel 264 geschwenkt wird, so daß die Klappe 270 von der Mündung 272 weg bewegt wird. Der Druckabfall stromauf von der Öffnung 272 und der resultierende Anstieg in der Druckdifferenz an der Membran 228 drückt die Membran 228 nach rechts, so

daß die Stange 232 an dem Hebel 196 angreift und den letzteren mit einer Kraft belastet, die die entgegenwirkende Kraft der Feder 202 überwindet, so daß sich der Hebel 1% im Uhrzeigersinn drehen und den Kanal 290 zum Atmosphärendruck P_a öffnen kann. Der resultierende Abfall in dem Luftdruck in der Kammer 180 bewirkt, daß sich der Reglerbalg 172 ausdehnt, so daß das Zumeßven'il 168 in die geschlossene Lage gedruckt wird, um dtn geregelten Brennstoffluß zu dem Gasturbinentriebwerk zu vermindern. Beim Erreichen der vorgewählten Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 wird der Hebel 196 durch die ausgeglichenen Kräfte stabilisiert und ein geregelter Brennstoffluß zu den Gasturbinentriebwerken wird auf entsprechende Weise stabilisiert, wobei der Kompressor 26 eine Drehzahl annimmt, die auf die benötigte Leistung abgestimmt ist, um die vorgewählte Drehzahl der Nutzleistungsturbine 34 aufrechtzuerhalten.

Unter der Annahme, daß die Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 auf eine höhere Drehzahl mit im wesentlichen gleichen Ausgangsdrehmomenten eingestellt sind, sind die Drücke, die von den Drehmomentfühlern 112 und 118 erzeugt werden, im wesentlichen gleich groß und werden an die Balge 98 und 100 der Einrichtung 72 zum Vergleichen und Begrenzen des Drehmomentes abgegeben. Die unter dem gleichen Druck stehenden Balge 98 und 100 halten den Hebel 92 in der gezeigten Nullage, in der die Ventilklappe % im wesentlichen in der Mitte zwischen den öffnungen 84 und 86 liegt, wobei die Durchflußquerschnitte dieser öffnungen so gewählt sind, daß sich in bezug auf den Durchfluß ein gesättigter Zustand derselben ergibt. Die Kraft der Feder 230, die auf die Membran 228 wird, wird durch die Kraft ausgeglichen, die von der Druckdifferenz abgeleitet wird, die durch die gesättigten öffnungen 84 und 86 eingestellt und an die Membran 228 angelegt wird.

Die Innenräume der Balge 134 und 136 stehen mit den Drücken in Verbindung, die von den Fühlern 112 bzw. 118 erzeugt werden. Sie üben gleiche Kräfte gegen die Arme 138 und 136 aus, die Hebelarme mit gleich wirksamer Länge bilden und durch die die Kräfte der Balge wirken, um den Hebel 128 im Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Feder 146, deren Kraft einem vorbestimmten maximal zulässigen Gesamt-Ausgangsdrehmoment der Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 entspricht, wirkt durch den zugehörigen Hebelarm gegen das vergleichsweise geringere Moment, das von den Balgen 134 und 136 ausgeübt wird, so daß sie die Klappe 132 in Anlage an den Mündungen 124 und 126 zu den Blockkanälen 142 und 144 hält

Wenn die Ausgangsleistung des Gasturbinentriebwerkes 22 wächst, so daß sich die Ausgangsleistung ihrer Nutzleistungsturbine 34 in entsprechender Weise gegenüber dem Gasturbinentriebwerk 22 erhöht, wächst das an dem Drehmomentfühler 112 abgeleitete Drucksignal entsprechend. Der resultierende Anstieg in dem Druck in dem Balg 98 erzeugt eine Differenzkraft zwischen den Balgen 98 und 100, die den Hebel 92 im Uhrzeigersinn aus seiner Nullage herausdrückt, so daß die Ventilklappe 96 auf die Mündung 84 zu bewegt wird. Die sich ergebende Abnahme der Fläche der Mündung bewirkt eine entsprechende Zunahme des Luftdruckes stromauf davon, während die Zunahme der Fläche der Mündung 86 keine Auswirkung auf den Druck stromauf von dieser Mündung aufgrund des gesättigten Zustandes der Mündung 86 hat

Der Druckanstieg stromauf von der öffnung 84 und der entsprechende Abfall der Druckdifferenz an der Membran 228 der Rückstelleinrichtung 226, die zu der Steuereinrichtung 46 gehört, vermindert die von der -, Stange 232 auf den Hebel 196 ausgeübte Belastung, so daß der Hebel sich im Gegenuhrzeigersinn bewegt, um den Kanal 190 zu schließen. Dadurch wird ein Druckanstieg in der Kammer 180 erzeugt, der seinerseits den Balg 172 zusammendrückt, so daß das

ίο Zumeßventil 168 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Die erhöhte Drehzahl und daher Leistung des Gasturbinentriebwerkes 20, die durch einen Anstieg in dem geregelten Brennstoffluß erzeugt wird, schlägt sich in einem Anstieg in dem Ausgangsdrehmoment der zugehörigen Nutzleistungsturbine 34 und in einem entsprechenden Anstieg in dem Drucksignal nieder, des von dem Fühler 118 erzeugt und an den Balg 100 angegeben wird. Die Kraft des Balges 100 wächst ii. entsprechender Weise, bis sie nahezu gleich der Kraft

2i) des Balges 98 ist, wobei zu diesem Zeitpunk der Hebel 92, wie bereits erwähnt, nahezu in seiner Nullage stabilisiert ist. Es ist zu beachten, daß der Hebel 92 nicht in die identische Nullage zurückkehren kann, die er eingenommen hat, bevor ein Drehmoment-Federsignal auf ihn durch die Balge 98 und 100 aufgegeben wurde, da die Neigungscharakteristik des Systems das Anstehen einer Federkraft zwischen den Balgen 98 und 100 erforderlich macht, um den Hebel 92 und damit die Klappe % genügend dicht bei der Mündung 84 zu

jo halten, um den notwendigen Anstieg in dem Luftdruck stromauf von der Mündung 84 aufrechtzuerhalten, der gegen die Membran 228 wirkt, um die notwendige Rückstellkraft am Eingang der Regeleinrichtung 186 zu erzeugen.

J5 Beim Erreichen des obenerwähnten, im wesentlichen ausgeglichenen Zustandes zwischen der Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 20 und der Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbi- nentriebwerkes 22 wird der geregelte Brennstoffluß zu dem Gasturbinentriebwerk 20 und daher d'£ Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 durch einen Druckausgleich zwischen der Ausgangskraft der Zentrifugalgewichte 120 und der entgegenwirkenden Kraft der

4s Feder 202 stabilisiert, deren Kraft durch die Rückstellkraft abgewandelt wird, die durch die Rückstellmembran 228 auf den Hebel 1% ausgeübt wird.

Wenn der oben beschriebene Fehler in der Drehmomentausgangsleistung im umgekehrten Sinn auftreten

so würde, würde der Hebel 92 aus seiner Nullage in eine Richtung verschoben, um die Mündung 86 zu schließen, da der Balg 100 den Balg 98 überwinden würde. In diesem Fall wird die Regeleinrichtung 86 des Gasturbinentriebwerkes 20 nicht beeinflußt und die Regelein- richtung 186 des Gasturbinentriebwerkes 22 wird erneut eingestellt, um die Drehmomentausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 im wesentlichen auf die der Nutleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 20 zu erhöhen.

Im folgenden wird die Wirkung der Balge 134 und 136 zur Begrenzung des Drehmomentes beschrieben. Es sei angenommen, daß die Steuerteile 278 beider Nutzleistungsturbinen 34 auf maximale Leistung eingestellt sind, so daß die Gesamtausgangsleistung beider Nutzleistungsturbinen 34 der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 einen vorbestimmten maximalen Grenzwert überschreiten könnte, der durch die Einstellung der Feder 146 gegeben ist Die Drehmomentausgangslei-

stungen der beiden Nutzleistjngsturbinen können gleich groß sein, so daß in diesem Fall die entsprechenden, von dec» Fühlern 112 und 118 erzeugte und an die Balge 134 und 136 abgegebenen Drücke gleiche Ausgangskräfte auf die Balge 134 und 136 zui Folge haben, die additiv sind und der Feder 146 entgegenwirken, um den Hebel 128 und daher die Klappe 132 von den Mündungen 124 und 126 wegzudrücken. Die resultierende Kontrolle über den Luftdruck stromauf von den Mündungen 124 und 126 und daher des Luftdruckunterschiedes an der Membran 128 übt eine entsprechende Rückstellkraft auf die Regeleinrichtung 186 der Brennstoffsteuereinrichtungen 46 und 48 auf ähnliche Weise jedoch in einem Sinn aus, der der Wirkung des oben beschriebenen Ausgangsfehlersignales entgegengesetzt ist, das auf die Dalge 98 und 100 zum Vergleich des Drehmomentes aufgegeben wird. Der Abfall in dem Luftdruck stromauf von den öffnungen

114. i\nH I1Ä A&r auf Hi** tiicft*hnrittt*n MftmKronen ^25

wirkt, hat von den Membranen 228 erzeugte Rückstellkräfte zur Fcilge, die auf den Hebel 196 wirken, um die wirksame Belastung der zugehörigen Federn 202 zu vermindern, wodurch die Hebel 196 von den Kanälen 190 weg erneut eingestellt werden und ein Druckabfall in den Kammern 180 auftritt. Der Reglerbalg 172 dehnt sich aufgrund der daran liegenden Druckdifferenz aus und betätigt das zugehörige Ventil 168 in Schließrichtung, um den Brennstoffluß zu den entsprechenden Gasturbinentriebwerken 20 und 22 zu vermindern, so daß die Drehzahl des zugehörigen Kompressors 26 vermindert und daher die Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 auf ein Maß reduziert wird, das die Ausgangskräfte der Balge 134 und 136 in Abhängigkeit von den durch die Fühler 112 und 118 e-zeugten Luftdrücken und die Federn 146 balanciert werden, worauf die Gasturbinentriebwerke 20 und 22 in entsprechender Weise stabilisiert werden.

Es ist zu beachten, daß das maximale Grenzdrehmonient auch unter der Bedingung aufrechterhalten wird, daß eines der Gasturbinentriebwerke 20 und 22 gestört ist. Wenn beispielsweise das Gasturbinentriebwerk 20 fehlerhaft arbeitet, so daß die Ausgangsleistung der zugehörigen Nutzleistungsturbine 34 abfällt, fällt auch das Drucksignal ab, das von dem Fühler 118 erzeugt wird. Das Ansprechen des Balges 100 und die resultierende Unangeglichenheit der auf den Hebel 92 wirkenden Kräfte wirkt dahingehend, den Luftdruck stromauf von der öffnung 84 zu erhöhen, um die Regeleinrichtung 186 der Brennstoff-Steuereinrichtung 46 erneut einzustellen und die Ausgangsleistung derselben zu erhöhen, um die Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 20 auf die höhere Ausgangsleistung der Nutzleistungsturbine 34 des Gasturbinentriebwerkes 22 anzuheben. Es kann jedoch vorkommen, daß das Triebwerk 20 nicht in der Lage ist, auf die erhöhte Brennstoffzufuhr so zu reagieren, daß ein Ausgleich der Kräfte zwischen den

-, Balgen 98 und 100 erreicht werden kann. In solch einem Fall fällt die Summe der Kräfte der Balge 134 und 136 in Abhängigkeit von dem verminderten, durch den Fühler 118 erzeugten Druck ab. Die Feder 146 überwindet die Balge 134 und 136, so daß der Hebel 128 verschoben und

κι die Klappe 132 auf Öffnungen 124 und 126 bewegt wird, wobei der Luftdruck stromauf dieser Öffnungen gleichzeitig erhöht wird. Dadurch fällt die Druckdifferenz an der Membran 228 an beiden Regeleinrichtungen 186 gleichzeitig ab. Wie im Falle der Balge 98 und 100 ist

1, die Stellkraft auf die Reglereinrichtung 186 und der auf eine fehlerhafte Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerkes 20 folgende Anstieg der Brennstoffversorgung nicht in der Lage, die Ausgangsleistung deren Nutzleistungstiipktn«! 14 ^an⁷uhsben. Die suf den P.e^ler 186 dss Gasturbinentriebwerkes 22 wirkende Stellkraft und die damit verbundene Erhöhung der Brennstoffzufuhr bewirkt jedoch einen Anstieg der Drehzahl des Kompressors 26 und daher der Leistung des Gasturbinentriebwerkes 22, so daß dadurch das Ausgangsdrehmoment der Nutzleistungsturbine 34 dieses Gasturbinentriebwerkes entsprechend wächst. Wenn das von dem Fühler 112 erzeugte Drucksignal in Abhängigkeit von einem wachsenden Drehmoment an der Nutzleistungsturbine 34 steigt, wächst die Kraft an dem Balg

134 in entsprechender Weise und gleicht zusammen mit der geringeren Kraft des Balges 136 die Kraft der Feder 146 aus, so daß der Hebel 128 stabilisiert und der Luftdruck stromauf von den Mündungen 124 und 126 geregelt wird, um die nötige Stellkraft arn Eingang des

ti Reglers 186 des Gasturbinentriebwerkes 22 aufrechtzuerhalten. Es ist zu beachten, daß die zusätzliche Leistungsnachfrage an dem Gasturbinentriebwerk 22, um die gesamte Ausgangsleistung der beiden Nutzleistungsturbinen 34 auf dem Maximum zu halten, nur

zeitweilig, beispielsweise in Notfällen, auftritt, wobei man erwarten kann, daß das Gasturbinentriebwerk 22 die notwendige zusätzliche Ausgangsleistung während einer begrenzten Zeitdauer mit genügender Zuverlässigkeit abgeben kann.

« Es ist zu beachten, daß die Einrichtung 72 zum Vergleichen und Begrenzen des Drehmomentes nicht wirksam ist, um einen der Regler 186 während einer Beschleunigung des Gasturbinentriebwerkes rückzustellen, da jeglicher Druckanstieg stromauf von den

w Mündungen 84 und 86 die Druckdifferenz an der Membran 228 verringert, wodurch seinerseits die Stange außer Eingriff mit dem Hebel 196 gehalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Steuereinrichtung zur Abstimmung der Ausgangsleistung von weniptens zwei Brennkraftmaschinen, die jeweils eine Last antreiben und eine eigene Brennstoff-Steuereinrichtung mit einem Regler haben, der auf die Stellung eines gemeinsamen Steuerhebels, die Drehzahl der dazugehörigen Maschine und auf einen veränderlichen Steuerdruck anspricht, der seinerseits von einer gemeinsamen Steuervorrichtung gesteuert wird, welche zwei Ausgangssignale vergleicht, die ein MaB für die Ausgangsleistung der beiden Maschinen darstellen, wobei die Gesamt-Ausgangsleistung auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt wird, gekennzeichnet durch eine erste in der Steuervorrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung (Hebel 92), die auf die Differenz zwischen den Ausgangssignalen anspricht und den einen oder den anderen Steuerdruck und damit den Brennstoffzufluß zu einer der Maschinen (20,22) erhöht, und durch eine zweite in der Steuereinrichtung (72) vorgesehene Regeleinrichtung (Hebel 128), die auf die Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale und einem Bezugssignal anspricht, welches ein MaB für eine maximal zulässige Gesamt-Ausgangsleistung beider Maschinen (20,22) ist, ind gleichzeitig beide Steuerdrücke und damit den Brennstoffzufluß zu beiden Maschinen (20,22) variiert

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschinen Gasturbinentriebwerke und die Ausgangosignale Strömungsmitteldrücke sind, die ein Maß für die Drehmcnentausgangsleistung der Triebwerke sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regeleinrichtung c-^:nen schwenkbaren Hebel (92) aufweist, der unter der Wirkung zweier gegeneinander wirkender Balge (98, 100) steht, die auf die Ausgangssignaldrücke ansprechen, und daß die erste Regeleinrichtung ferner eine erste Ventileini ich lung (Strömungsmündungen (84,86) aufweist, die von dem Hebel (92) betätigt wird, wenn dieser aus seiner Nullage ausgelenkt wird, um die Steuerdrücke unabhängig voneinander zu verändern.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurrh gekennzeichnet, daß an dem Hebel (92) eine Ventilklappe (96) angeordnet ist, und daß die erste Ventileinrichtung Strömungsmündungen (84,86) aufweist, die die Steuerdrücke zu einer unter vergleichsweise gerin· gern Druck stehenden Quelle entlasten, und daß die Ventilklappe (96) normalerweise in ihrer Nullage zwischen den Mündungen (84,86), d. h. im wesentlichen unter einem gleichen Abstand zu jeder der Mündungen (84,86), liegt und sich nur zur einen oder anderen der Mündungen (84, 86) bewegt, um deren wirksamen Strömungsmittelquerschnitt zu reduzieren und dadurch den entsprechenden Steuerdruck zu erhöhen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen schwenkbaren Hebel (128) aufweist, der einerseits der resultierenden Kraft gleichsinnig wirkender Balge (134,136) ausgesetzt ist, die auf die Ausgangssignaldrücke ansprechen, andererseits der entgegenwirkenden Bezugskraft ausgesetzt ist, die ein Maß für die maximal zulässige Ausgangsleistung beider Maschinen (20, 22) ist, und daß die zweite Regeleinrichtung ferner eine zweite Ventileinrich-

tnng (Strömungsmittelmündung 124) aufweist, die von dem Hebel (128) zum gleichzeitigen Verändern der Steuerdrücke betätigbar ist.

5, Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (128) einen Klappenabschnitt (132) aufweist, daß die zweite Ventileinrichtung Strömungsmittelmündungen (124,126) enthält, die die Steuerdrücke zu einer unter einem verhältnismäßig geringen Druck stehenden Quelle entlasten, und daß der KJappenabschnitt (132) auf diese Mündungen zu und von diesen wegbewegbar ist, um dadurch den wirksamen Strömungsquerschnitt bei einer Unausgeglichenheit zwischen der Summe der Ausgangssignaldrücke und der Bezugskraft zu variieren.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugskraft durch eine einstellbare vorgespannte Feder (146) ausgeübt wird