DE2426658C2 - Hydromechanische Steueranordnung für die Verstellung von Eintrittsleitschaufeln einer Nutzleistungsturbine - Google Patents

Description

a)

b)

c)

e)

die Kolbenstange des Servoventileinstellkolbens (39) an einem Betätigungshebel {53A) angelenkt ist, der sich auf einem mit einem Leistungswählhebel (57A) verbundenen drehbaren Nocken (54) abstützt und das Servoventil (34) betätigt;

der Servoventileinstellkolben (39) eine zylindrisehe, gehäusefeste Kammer (55) in einen ersten Teil, der ständig über eine erste Leitung (65) druckbeaufschlagbar oder -entlastbar ist, und in einen zweiten Teil, der ständig über eine zweite Leitung (66) druckbeaufschlagbar oder -entlastbar ist, unterteilt;

an die Zylinderwand der Kammer (55) eine mit einem Ablaßventil (82) versehene Ablaßleitung (80) angeschlossen ist, deren Eintrittsöffnung durch den Servoventileinstellkolben (39) geöffnet oder geschlossen ist, wobei im offenen Zustand der erste Teil der Kammer (55) mit der Ablaßleitung (80) verbunden ist;
der Servoventileinstellkolben (39) an seiner der Kolbenstange gegenüberliegenden Seite eine Sackbohrung aufweist- die beabstandet von ihren Enden einen Bereich größeren Durchmessers besitzt;

ein mit einer Feder (62) versehener gehäusefester Stempel (56) in die Sackbohrung hineinragt und derart mit dem Servoventileinstellkolben (39) federnd verbunden ist, daß dieser bei Druckgleichheit an seinen beiden Kolbenseiten in einer vorbestimmten Neutralstellung fixiert ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydromechanische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, vorzugsweise in Anwendung bei Fahrzeugen.

Eine derartige Steueranordnung ist aus der US-PS 21 657 bekannt. Bei einer derartigen bekannten Steueranordnung ist zwar eine Stellungsrückführung von Arbeitszylindern zum Steuerventil vorhanden und eine manuelle Verstellung für das Steuerventil vorgesehen, es ist jedoch keine Möglichkeit der veränderlichen Positionierung, bei der eine drehzahlabhängige Veränderung für bestimmte Betriebsarten vorgesehen ist und für andere Betriebsarten fehlt, gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydromechanische Steueranordnung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die Steuerung der Eintrittsleitschaufeln einer Nutzleistungsturbine während des gesamten Anlauf-, Leerlauf-, Arbeits- und Bremsbetriebes optimal eingestellt wird.

Dies wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches erreicht
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine erhebliche Vereinfachung der Verstellung der Eintrittsleitschaufeln und eine drehzahlmodulierte Steuerung während des Leerlauf- und Bremsbetriebes über einen ganzen Durchflußbereich erzielt, wobei die Eintrittsleitschaufeln selbsttätig und in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen auf eine optimale Position eingestellt werden. Die Steueranordnung nach der Erfindung spricht auf eine Vielzahl von Parametern, z. B. den Strömungsmitteldruck am Triebwerk oder den Verdichterarbeitsdruck an, für bestimmte Betriebsarten ist jedoch ein handbetätigter Leistungswählhebel vorgesehen. Während die Leitschaufeln bei bestimmten Betriebsarten moduliert in Abhängigkeit vom Strömungsmittelsdruck optimal eingestellt werden, wird bei anderen Betriebsarten das Strömungsmitteldruckmodulationsansprechen unwirksam gemacht, damit die Leitschaufeln in einer bestimmten Position gehalten werden, die optimal für den Betrieb bei dieser Betriebsart festgelegt ist. Wird der Motor angelassen, verschiebt der Strömungsmitteldruck in der Leitung den Steuerkolbcn in eine Abwärtsposition, in der ein Servoventil und ein Betätiger für die Eintrittsleitschaufeln beaufschlagt werden, damit die Leitschaufeln in eine Position geringsten Widerstandes gebracht werden. Dies stellt keine modulierte Betriebsweise dar. Die Leitschaufeln werden in dieser Position geringsten Widerstandes solange gehalten, bis die Motordrehzahl sich selbst hält, worauf dann ein Ausfallregler einen solchen Strömungsmitteldruck aufbaut, daß die Leitschaufeln selbsttätig in eine vorbestimmte Mittelbereichsposition verschoben werden. Die Leitschaufeln verbleiben in dieser Position, bis der Gasgenerator auf Leerlaufdrehzahl beschleunigt hat. Während des Leerlaufes verschiebt ein der Drehzahl des Gasgenerators proportionales Signal, das über eine Ventilanordnung erzeugt wird, den Steuerkolben nach abwärts, um die von der Antriebsturbine erzeugte Energie zu begrenzen oder auf einem Minimum zu halten. Insbesondere ergibt eine solche Verschiebung des Steuerkolbens eine Verschiebung der Eintrittsleitschaufeln in eine Position geringer Leistung, wobei der modulierte Grad der Verschiebung direkt proportional der Motordrehzahl ist. Auf diese Weise beschleunigt der Motor, ohne daß von der Antriebsturbine wesentliche Energie erzeugt wird.

Wird der Leistungswählhebel so bewegt, daß der Motor beschleunigt und Leistung erzeugt, wird das drehzahlproportionale Signal unwirksam gemacht bzw. von dem Steuerkolben entfernt. Wird der Leistungswählhebel weiterbewegt, wird der Kolben so verschoben, daß die Eintrittsleitschaufeln in eine Position gebracht werden, in der maximale Leistung erzeugt wird. Zur Feinabstimmung der Einstellung der Schaufeln ist eine Temperatursteuerung vorgesehen.
Wird der Leistungswählhebel in der entgegengeselzten Richtung bewegt, um die Antriebsturbine zu verzögern, wird ein moduliertes drehzahlproportionales Signal dem Steuerkolben mit Hilfe der drehzahlproportionalen Ventilanordnung aufgegeben, um die Turbine

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abzubremsen. Dieses drehzahlproportionale Signal ist wiederum voll über den gesamten Durchflußbereich moduliert, damit eine weiche Motorbremsung mit Feinsteuerung erzielt wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführurgsbeispieles erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung des Leitschaufelwinkels (/?) gegenüber dem Drosselwinkel («) zur Darstellung der Turbinenleitschaufelposition,

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer Kraftmaschine mit Gasgenerator und Nutzleistungsturbine sowie eine Leitschaufelsteueranordnung für die Nutzleistungsturbine nach der Erfindung,

Fig.3 eine schematische Ansicht des bei der Steueranordnung nach vorliegender Erfindung verwendeten Mechanismus, und

F i g. 4,5,6 und 7 Detailschnittansichten, die Teile des Mechanismus in verschiedenen Stellungen während des Betriebes der Anordnung zeigen.

Die Position der Nutzleistungsturbinen-L^itschaufeln ist in F i g. 1 so dargestellt, daß der Schaufelwinkel fj3) in Abhängigkeit von dem Drosselwinkel («) aufgetragen ist Die Winkelversetzung der Leitschaufeln ist durch die vertikale Richtung dargestellt, während die Bewegung des Leistungswählhebels durch die horizontale Richtung angezeigt ist Der Bereich der Schaufeleinstellung während der Regelung der Nutzleistungsturbine ist durch die Linie A angezeigt, der Bereich der Leistungswählhebeleinstellung von Leerlauf bis Maximum durch die Linie B.

Der Buchstabe »S« bezeichnet eine Stelle auf der Linie A, an der die Leitschaufeln so angeordnet sind, daß sie dem Anlauf des Gasgenerators den geringsten Widerstand entgegensetzen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Leistungswählhebel eine Position ein, die einen Betrieb bei Leerlaufdrehzahl ergibt, und die Gasgeneratordrehzahl wird Null oder kleiner als die, bei der der Anlasser unterbricht. Wenn der Gasgenerator die Anlasser-Unterbrechungsdrehzahl erreicht hat, werden die Leitschaufeln in eine geschlossene Stellung bewegt (angedeutet durch den Buchstaben »N« in der Nähe des oberen Endes der Linie A in F i g. 1), damit die Abgase aus dem Gasgenerator gegen die Schaufeln der Nutzleistungsturbine gerichtet werden, um letztere in Drehung zu versetzen. Ist der Anlasser ausgefallen bzw. abgeschaltet, beschleunigt der Gasgenerator weiter, bis eine Drehzahl (etwa 50% der vollen Drehzahl) erreicht ist, die durch die Einstellung des Gasgeneratorreglers und des Leistungswählhebels bestimmt ist. Aufgrund der vergrößerten Winkelstellung der Leitschaufeln der Nutzleistungsturbine ergibt die Beschleunigung des Gasgenerators auch eine Beschleunigung der Nutzleistungsturbine. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt ein auf den Regler ansprechender Mechanismus, der der Nutzleistungsturbine zugeordnet ist, daß die Leitschaufeln gegen die Offenstellung bewegt werden, damit eine Leerlaufdrehzahl der Nutzleistungsturbine erzielt wird, bei der normale Belastungen (wie sie z. B. durch Fahrzeugzubehör auftreten) aufgenommen werden können.

Der Gasgenerator ist nunmehr in der Lage, die Nutzleistungsturbine nutzbar zu betrieben, die durch Betätigung des Leistungswählhebels (Nutzleistungsturbinen-Leistungswählhebelvorschubbewegung, dargestellt durch +α) gesteuert wird, um den auf den Nutzleistungsturbinenregler ansprechenden Mechanismus außer Betrieb zu setzen und eine Leitschaufel-Winkelsteuervorrichtung der Nutzleistungsturbine in Betrieb zu setzen, mit der der Leitschaufelwinkel automatisch über einen Bereich eingestellt wird, der durch den gestrichelten Bereich zwischen zwei geneigten Linien dargestellt ist, die von dem Leerlauf-Leistungswählhebelwinkel zum maximalen Leistungswählhebelwinkel verlaufen (dargestellt durch die Punkte X und Kauf der horizontalen Linie B). Diese Leitschaufelwinkelsteuereinstellung begrenzt die Turbineneinlaßtemperatur auf optimale oder sichere Werte während des Betriebes der Nutzleistungsturbine.

Ist es nicht mehr erforderlich, durch die Nutzleistungsturbine Leistung zu erzeugen, wird der Leistungswählhebel in die Leerlaufstellung zurückgeführt, die automatische Leitschaufelwinkelsteuervorrichtung wird außer Betrieb gesetzt und der auf den Nutzleistungsturbinenregler ansprechende Mechanismus wird erneut in Betrieb genommen. Dies hat zur Folge, daß die Leitschaufeln über die Startposition auf das entgegengesetzte Ende des Einstellbereiches (dargestellt durch den Punkt D auf der Linie A) zurückbewegt werden, wobei die Gase aus dem Gasgenerator direkt gegen die Leitschaufeln in solcher Weise gerichtet werden, daß eine Verzögerung der Nutzleistungsturbine und ein Bremseffekt am Gasgenerator auftreten.

Wenn die Nutzleistungsturbine stark genug verzögert worden ist, bewegt der auf den Nutzleistungsturbinenregler ansprechende Mechanismus die Leitschaufeln in eine Stellung, in der die Nutzleistungsturbine auf Leerlaufgeschwindigkeit gehalten wird, wobei die durch die Fahrzeugzusatzeinrichtungen aufgetretene Belastung aufgenommen wird. Der Gasgenerator wird wiederum in betriebsbereiten Zustand gebracht und die erneute Verstellung des Leistungswählhebels leitet eine Wiederholung des vorstehenden Arbeitsspieles ein.

Unter Berücksichtigung vorstehender Ausführungen wird nachstehend die Steueranordnung im einzelnen beschrieben.

In Fig. 2 ist mit 10 eine Gasturbinenanlage bezeichnet, bei der die Steueranordnung nach vorliegender Erfindung Anwendung findet und die für den Antrieb von Kraftfahrzeugen bestimmt ist. Die Anlage 10 vveist einen Gasgenerator 11 und eine Turbinenanordnung 12 auf. Der Gasgenerator 11 umfaßt einen Verdichter 13 und eine Gasturbine 14, die über eine Welle 15 gemeinsam drehbar sind. Der Verdichter 13 führt Luft durch den Einlaß 16 ein und gibt Luft unter Druck durch die Leitung 17 an eine Brennkammer 18, in der die Luft mit Kraftstoff gemischt wird, der über eine Kraftstoffördereinrichtung 20 zugeführt wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in der Brennkammer 18 verbrannt und über die Leitung 21 der Turbine 14 zugeführt so daß eine Drehung der Turbinenverdichteranordnung des Gasgenerators erzielt wird. Die von der Gasturbine 14 abgegebenen Gase werden über die Leitung 22 in die Nutzleistungsturbine 23 der Turbinenanordnung 12 eingeführt und verrichten dort Arbeit, z. B. treiben sie eine Last L durch Drehung der Welle 24 an. Die Arbeitsweise und die Leistung der Nutzleistungsturbine werden teilweise durch die Winkelstellung der Leitschaufeln (gestrichelte Linie 25 in F i g. 2) gesteuert. Um solche Leitschaufeln abhängig von der gewünschten Betriebsart der Maschine einzustellen, ist die Steueranordnung nach vorliegender Erfindung vorgesehen. Diese Anordnung ist in F i g. 2 allgemein mit 26 bezeichnet. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß eine Stange 27 sich von dem Mechanismus der Steueranordnung zur Turbinenanordnung erstreckt, wo sie mit einer

' Zahnstange 28 gekoppelt ist, die mit einem Ritzel 30 kämmt, über das die Verstellung der Leitschaufeln 25 bewirkt wird.

F i g. 3 zeigt, daß die Stange 27 mit einem Kolben 31 einer auf Strömungsmitteldruck ansprechenden Leit-Schaufelbetätigungsvorrichtung 32 verbunden ist. Eine derartige Betätigungsvorrichtung und andere Teile des Steuermechanismus sind in einem Gehäuse 33 untergebracht. Die Betätigungsvorrichtung 32 spricht auf Strömungsmitteldruck unter Steuerung eines Servoventiles 34 an, das bei 34/4 unter Federdruck steht und teilweise durch die Drossel 35 und die Servoventileinstellvorrichtung 36 eingestellt wird. Letztere Vorrichtung wie auch andere Mechanismen, die weiter unten beschrieben werden, sprechen auf den Strömungsmitteldruck während des Betriebes an. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die Anlage 10 mit einer Pumpe 37 ausgerüstet, die von dem Gasgenerator 11 angetrieben wird und Strömungsmittel durch die Leitung 38 von der ölwanne

40 entnimmt sowie die Anordnung 26 über die Leitung

41 mit unter Druck stehendem Strömungsmittel versorgt.

Zur Einleitung des Betriebes der Anlage 10 ist ein Anlassermotor 42 mit einer Antriebsverbindung 43 vorgesehen. In einen Stromkreis 45 mit Batterie 46 und Sicherheitsendschalter 47 ist ein Anlasserschalter 44 eingeschaltet. Wird dieser Schalter 44 gedruckt, versetzt der Anlassermotor 42 die Verdichter- und Turbinenrotoranordnung in herkömmlicher Weise in Drehung. Der Verdichter gibt komprimierte Luft in die Brennkammer und Kraftstoff aus der Kraftstoffördereinrichtung wird mit der Luft gemischt und verbrannt; die dabei entstehenden heißen Gase strömen zur Turbine und treiben diese an. Wenn der Rotor des Gasgenerators eine Drehzahl erreicht hat, bei der der Betrieb sich selbst aufrechterhält (etwa 35% der vollen Drehzahl), öffnet ein Fliehkraftregler 48 (Fig.3), der von dem Gasgenerator angetrieben wird, einen Schalter 50 im Stromkreis 45, wodurch wiederum der Anlasserschalter 44 geöffnet und der Stromfluß zum Anlassermotor 42 unterbrochen wird. Der Schalter 50 kann als Gasgeneratoranlasser-Abfallschalter ausgelegt sein. Der Gasgenerator beschleunigt weiter bis auf Leerlaufdrehzahl (etwa 50% der vollen Drehzahl), die durch die Einstellung des Leistungswählhebels 57A bestimmt ist.

Wie vorstehend bereits erwähnt, hat die Anlage 10 verschiedene erwünschte Betriebsarten, bei denen die Leitschaufeln der Nutzleistungsturbine unterschiedliche Stellungen einnehmen. Beispielsweise sind während der Anlaufphase die Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln in so ihrer Offenstcllung zwischen ihrer vollen Winkelverstellung, so daß der Rotation der Turbine der geringste Widerstand entgegengesetzt wird. Die Steueranordnung nach vorliegender Erfindung bringt die Leitschaufeln automatisch in eine solche Stellung, wenn die Anlauf phase eingeleitet wird.

Aus Fig.3 ergibt sich, daß der Mechanismus der Anordnung 26 die Betätigungsvorrichtung 32, das Servoventil 34, das den Druck des Strömungsmittelflusses zur Betätigungsvorrichtung und aus dieser über Leitungen 51 und 52 steuert, den Servoventileinstellkolben 39 und eine Verbindung 53 zur Übertragung der Bewegung von dem Kolben 39 und einem drosselbetätigten Nocken 54 zum Servoventil aufweist, welcher mit dem Leistungswählhebel 57A fest verbunden ist Die Verbindung 53 überträgt ferner eine Bewegung von dem Betätigerkolben 31 zum Servoventil entsprechend der üblichen Rückkopplung.

Die Servoventileinsteilvorrichtung 36 ist so ausgebildet, daß der Servoventüeinstellkolben 39 in einer zylindrischen Kammer 55 im Gehäuse 33 verschiebbar angeordnet und hohl ausgebildet ist. Ein Stempel 56 erstreckt sich von dem Gehäuse in das Innere des Servoventileinstellkolbens und ist mit im Abstand versetzten Köpfen 57 und 58 versehen. Zwei Ringe 60 und 61 umgeben den Stempel 56 zwischen den Köpfen, die Ringe sind an den Enden einer Feder 62 angeordnet, und die Feder drückt die Ringe gegen die Köpfe 57 und 58. Die Innenwand des Kolbens weist Schultern 63 und 64 zum Eingriff mit den Ringen in der Weise auf, daß die Feder nachgiebig der Bewegung des Kolbens aus einer vorbestimmten Normalstellung in der zylindrischen Kammer entgegenwirkt. Die Feder verschiebt den Servoventileinstellkoiben 39 in diese Normalstellung, wenn die Drücke an den Enden des Kolbens abgeglichen sind. Die Anordnung ermöglicht eine Bewegung des Servoventileinstellkolbens in der einen oder der anderen Richtung in Abhängigkeit von Strömungsmitteldruckunterschieden an den entgegengesetzten Enden. Um dem Kolben 39 eine Bewegung zu erteilen, wird Strömungsmittel unter Druck dem einen oder anderen Ende der Kammer 55 über die Leitung 65 oder 66 zugeführt; in diesen Leitungen sind Ventile 67, 68 vorgesehen, die die Verbindung mit der Leitung 41 von der Pumpe oder die Leitung 70 zur ölwanne 40 steuern.

Die Leitung 65 steht mit dem oberen Ende der Kammer 55 in Verbindung und führt zu einer Kammer 71, die das Ventil 67 enthält. Die Leitungen 41 und 70 sind mit der Kammer 71 verbunden, das Ventil 67 ist auf einen Sitz an der Verbindungsstelle mit der Leitung 41 über eine Feder 72 vorgespannt. Das Ventil 67 kann gegen die Kraft der Feder 72 in Eingriff mit einem zweiten Sitz verschoben werden, damit die Verbindung zwischen Kammer 71 und Leitung 70 unterbrochen wird. Wenn die Gasgeneratorturbine nicht oder mit einer Drehzahl kleiner als der Anlasserabfalldrehzahl umläuft, halten ein unter Federdruck stehender Hebel 73 und der Bolzen 74, der von dem Hebel beaufschlagt wird, das Ventil 67 gegen den zweiten Sitz, damit ein Fluß von der Kammer 71 zur Wanne verhindert wird. In dieser Stellung ermöglicht das Ventil 67 einen Fluß von der Druckleitung 41 durch die Leitung 65 zum oberen Ende der Kammer 55. Das Aufgeben des Strömungsmitteldruckes in dieser Weise bewirkt, daß der Servoventileinstellkoiben 39 sich in einer Richtung nach abwärts bewegt und Strömungsmittel im unteren Ende der Kammer 55 durch die Leitung 66 und durch die Ventilkammer 75 zur Leitung 70 über den Ventilsitz 76 abgegeben wird. Das Kugelventil 68 in der Kammer 75 ist normalerweise von dem Sitz 76 durch eine Feder 77 abgehoben, die das Ventil nachgiebig in Aniage mii einem Sitz 78 hält, der eine mit der Druckleitung 41 in Verbindung stehende öffnung umgibt

Die Abwärtsbewegung des Servoventileinstellkolbens 39 wird durch die Gelenkverbindung 53 mit dem Servoventil 34 übertragen, wodurch eine Verbindung zwischen der Druckmittelleitung 41 und der Leitung 52 aufgebaut wird, die zum unteren Ende des Schaufelbetätigers 32 führt Eine Verbindung wird auch durch das Servoventil zwischen dem oberen Ende des Betätigers 32 über die Leitung 51 und das Innere des Gehäuses 33 und der Leitung 70 aufgebaut Der Zustrom von Druckmittel zum unteren Ende des Betätigers 32 bewirkt daß der Kolben 31 sich nach oben verschiebt, diese Bewegung wird über die Stange 27, die

Zahnstange 28 und das Ritzel 30 auf die Leitschaufeln übertragen, damit diese gegen die Offenstellung bewegt werden, in der eine freie Drehung der Gasgeneratorturbine am wenigsten behindert wird. Auf diese Weise wird das Anlassen des Gasgenerators vereinfacht. Aufgrund der Gestängeverbindung 53 wird eine Bewegung des Betätigerkolbens 31 in das Servoventil zurückgeführt, wodurch das Servoventil geschlossen und die Verschiebung des Betätigerkolbens nicht mehr weiter fortgesetzt wird. Der Betätigerkolben bewegt sich solange, wie der Servoventileinstellkolben 39 sich verschiebt.

Um die Betätigungsvorrichtung anzuhalten, wenn die Leitschaufeln in der optimalen Gasgeneratoranlaufstellung sind, führt eine Ablaßleitung 80 von einer vorbestimmten Stelle in der Wand der Kammer 55 zu is einem Ventilsitz 81, der in Deckung mit einem Kugelventil 82 steht, welches mit dem Hebel 73 verschiebbar angeordnet ist. Der Sitz 81 mündet in das Innere eines Teiles des Gehäuses 33, das mit der Leitung 70 in Verbindung steht. Wenn die Gasgeneratorturbinendrehzahl kleiner als die Anlasserabschaltdrehzahl ist, ist das Ventil 82 immer von dem Sitz 81 abgehoben. Wenn somit das obere Ende des Servoventileinstellkolbens 39 das kammerseitige Ende der Leitung 80 freigibt, wird eine Abwärtsbewegung des Servoventileinstellkolbens 39 angehalten und die Leistungsturbinen-Leitschaufeln werden in der optimalen Stellung für den Gasgeneratorturbinenanlauf gehalten. Wenn die Gasgeneratorturbine die Anlasserabschaltdrehzahl erreicht hat, verschiebt der Fliehkraftregler 48 den Hebel 73, wodurch das Ventil 82 in Anlage mit dem Sitz 81 kommt und die Leitung 80 geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das obere Ende der Kammer 55 entlüftet, wodurch der Druck an entgegengesetzten Enden des Servoventileinstellkolbens 39 ausgeglichen wird. Ein solcher Druckausgleich an den Enden des Servoventileinstellkolbens 39 ermöglicht, daß die Feder 62 den Kolben in seine normale Stellung verschiebt. Diese Bewegung bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Servoventiles, damit Druckmedium an das obere Ende der Betätigungsvorrichtung 32 gelangt und das untere Ende belüftet wird, so daß eine Verbindung zwischen der Leitung 52 und der Leitung 70 hergestellt wird. Der Kolben 31 bewegt dann die Leitschaufeln in eine Stellung, in der die Abgase aus der Gasgeneratorturbine gegen die Nutzleistungsturbinenschaufeln gerichtet werden, damit der Nutzleistungsturbine und der Welle 24 eine Drehbewegung erteilt wird.

Nach dem Anlasserausfall beschleunigt sich die Gasgeneratorturbine weiter, bis sie die Leerlaufdrehzahl (etwa 50% der vollen Drehzahl) erreicht hat. Der Leistungswählhebel fordert während des Startens und zu diesem Zeitpunkt Leerlaufbetriebsbedingungen,

Wenn die Gasturbinenanlage 10 in der Leerlaufphase arbeitet, kann eine auf den Nutzleistungsturbinenregler ansprechende Ventilvorrichtung 83 einen Strömungsmitteldruck an die Servoventileinstellvorrichtung geben, damit der Betätiger die Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln in die Offenstellung einstellt, um die Nutzleistungsturbinendrehzahl zu begrenzen. Die Venölvorrichtung 83 weist ein Kugelventil 84 auf, das in einer Kammer 85 an einer Stelle längs der Leitung 65 angeordnet ist Das Ventil 84 ist zwischen in der Kammer 85 angebrachten Ventilsitzen 86 und 87 verschiebbar. Eine Feder 88 drückt normalerweise das Ventil 84 gegen den Sitz 86, der mit der Druckmittelleitung 41 in Verbindung steht Durch Anlage des Ventiles 84 an dem Sitz 86 wird ermöglicht daß die Leitung 65 eine Verbindung zwischen dem oberen Ende der Kammer 55 und der das Ventil 67 enthaltenden Kammer herstellt. Wenn die Gasgeneratordrehzahl über die Anlasserabschaltdrehzahl gestiegen ist, ist die Kammer 55 üblicherweise mit der Leitung 70 verbunden. Die Ventilvorrichtung 83 weist ferner eine Vorrichtung zum Verschieben des Ventiles 84 entgegen der Kraft der Feder 88 auf, damit Strömungsmittel unter Druck der Kammer 85 und möglicherweise dem oberen Ende der Kammer 55 zur Aufgabe an den Kolben 36 zugeführt wird. Die Lage des Ventiles 84 in bezug auf die Sitze 86 und 87 bestimmt den Druck in der Kammer 85. Um das Ventil 84 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nutzleistungsturbine zu verschieben, ist letztere mit einem Regler 90 versehen, dem Strömungsmittel aus der Pumpe 37 zugeführt wird. Eine Durchsatzmenge proportional der Drehzahl der Nutzleistungsturbine wird von dem Regler 90 (F i g. 2) über die Leitung 91 an eine Membrankammer 92 (F i g. 3) der Ventilvorrichtung 83 zugeführt. Dieses Druckmedium wird einer Membran 93 aufgegeben, um eine Anpassungsvorrichtung 94 entgengesetzt der Kraft einer Feder 95 zu verschieben. Die Anpassungsvorrichtung weist einen Kolbenkopf 96 am Ende einer Stange 97 auf, die axial mit dem Ventil 84 ausgerichtet ist. Eine Feder 98 ermöglicht bei Bedarf eine Relativbewegung zwischen dem Kopf 96 und der Anpassungsvorrichtung 94. Wenn die Drossel in Leerlaufstellung steht, bewege ein ausreichender Strömungsmitteldruck, der der Membran 93 aufgegeben wird, das Kugelventil 84 vom Sitz 86 auf Sitz 87, wodurch Strömungsmittel unter Druck dem oberen Ende des Servoventileinstellkolbens 39 aufgegeben werden kann. Dieser Druck bewegt den Kolben 39 nach abwärts und bewirkt eine Verschiebung des Servoventiles 34 und damit eine Verschiebung der Nutzleistungsturbinen-Leitschaufel gegen die Offenstellung, wodurch die Nutzleistungsturbinendrehzahl reduziert wird. Das Ausmaß der Einstellung der Leistungsturbinen-Leitschaufeln wird durch die Drehzahl der Nutzleistungsturbine bestimmt Eine Verringerung der Nutzleistungsturbinendrehzahl reduziert den der Membran 93 aufgegebenen Druck, und die Feder 95 kann die Stange 97 nach links verschieben, wie in F i g. 3 gezeigt wodurch das Ventil 84 sich auf den Sitz 86 zu und von dem Sitz 87 weg bewegen kann. Diese Bewegung läßt einen Teil des Strömungsmittels aus dem oberen Ende der Kammer 55 austreten, damit der Servoventileinstellkolben 39 sich nach oben bewegen kann und damit das Servoventil sich nach oben bewegt und eine Aufwärtsbewegung der Betätigungsvorrichtung und eine Einstellung der Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln in Schließrichtung ergibt. Somit wird zusätzliche Energie aufgegeben, damit die Nutzleistungsturbinendrehzahl wiederum erhöht wird.

Der vorbeschriebene Ablauf tritt ein, während der Leistungswählhebel die Leerlaufstellung einnimmt und die Gasturbinenanlage in Leerlaufbetrieb oder in betriebsbereitem Zustand arbeitet

Wenn von der Anlage eine Antriebskraft ausgeübt werden solL wird der Leistungswählhebel so verstellt, daß mehr Kraftstoff in den Gasgenerator eingeführt wird und dieser beschleunigt wird. Offensichtlich bewirkt die Zunahme der Gasgenerator-Abgasabgabe, daß der Nutzleistungsturbine mehr Energie zugeführt und sie beschleunigt wird Um zu verhindern, daß die Ventilvorrichtung 83 den Leitschaufelwinkel aufgrund dieser Nutzleistungsturbinenbeschleunigung verändert, wird die Verstellbewegung des Leistungswählhebels

über Stangen und Hebel 99 auf einen Finger 100 übertragen, der die auf den Nutzleistungsturbinenregler ansprechenden Ventilvorrichtung 83 außer Betrieb nimmt. Eine Bewegung des Fingers 100 wird über den Bund 101 auf die Stange 97 übertragen, wodurch sie nach links in Fig.3 bewegt wird; dadurch kommt ein Kugelventil 84 in Eingriff mit dem Sitz 86. Eine solche Bewegung des Ventiles 84 hebt das Ventil von dem Sitz 87 ab und entlüftet den Raum in der Kammer 85 oberhalb des Kolbens 39. Wenn der Kolben 39 dann ι ο nicht seine Normalstellung einnimmt, bewegt er sich automatisch in eine solche Stellung, wodurch die Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln sich auf diesen Winkel zu bewegen, damit eine maximale Leistung erzeugt wird. Da ein Verstellen des Leistungswählhebels die Kraftstoffmenge vergrößert, können die Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln in Öffnungsrichtung eingestellt werden, damit eine maximale Ausnutzung der Energie möglich ist und verhindert wird, daß zu hohe Temperaturen an der Turbine auftreten. Um dies zu erreichen, ist der Nocken 54 so ausgelegt, daß er den Teil 53Λ der Gelenkverbindung 53 in Abwärtsbewegung (+ α) verschiebt, wobei diese Bewegung über den Teil 53ß zum Teil 53C und zum Servoventil 34 übertragen wird. Diese Bewegung gibt ein Druckmedium auf die Unterseite des Kolbens 31 auf, bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Kolbens und infolgedessen eine Öffnungsbewegung der Leitschaufeln. Wie weiter oben ausgeführt, wird die Bewegung des Kolbens 31 über den Gelenkverbindungsteil 53C zum Ventil 34 zurückgeführt, damit das Ventil geschlossen und das Aufgeben von Druckmedium auf die Betätigungsvorrichtung unterbrochen wird, wenn die Steuerbewegung der Einstellvorrichtung (entweder Nocken 54 oder Servoventileinstellkolben 39 oder beides) unterbrochen wird.

Die Verstellverschiebung des Leistungswählhebels schließt auch einen Schalter 103, der in einen Stromkreis 104 eingeschaltet ist, welcher ein Stromstoßsolenoid 105 aufweist. Der Anker dieses Solenoids ist mit dem Ventil 68 in der Kammer 75 verbunden. Das Solenoid 105 pulsiert bei einer Frequenz proportional der Drehzahl der Nutzleistungsturbine, wie sie durch einen Generator 102 festgelegt wird, oder proportional der Temperatur der Gase am Turbineneinlaß, wie sie durch eine Abfühlvorrichtung iO2A (Fig. 2) festgestellt wird. Dieses wiederholte Öffnen und Schließen des Ventiles 68 führt abwechselnd dem unteren Ende der Kammer 55 Druckmedium zu und von ihm ab, damit ein gesteuerter Druck auf die Unterseite des Servoventileinstellkc-lbens 39 aufgebracht wird. Da das obere Ende der Kammer 55 nun belüftet ist, bewegt der dem unteren Ende des Servoventileinstellkolbens 39 aufgegebene Druck diesen nach oben und bewirkt eine entsprechende Verschiebung des Servoventiles, was eine Abwärtsbewegung des Betätigerkolbens und eine Schließbewegung der Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln zur Folge hat Eine derartige Verschiebung während des Teildrosselbetriebes ermöglicht einen Turbineneinlaßtemperaturabgleich. Das Ausmaß der Temperaturabgleichbewegung des Kolbens 39 wird durch eine einstellbare Anschlagschraube 106 begrenzt, die in die obere Wand der Kammer 55 eingeschraubt ist. Zweck dieser Teildrossel-Turbinentemperatursteuerung ist, die Abgasemissionen zu steuern und Kraftstoff zu sparen.

Nach Erfüllung der Leistungsanforderung öffnet die Rückkehr des Leistungswählhebels in die Leerlaufstellung den Schalter 103 und schaltet das Solenoid 105 ab. Die Feder 77 bringt das Kugelventil 68 in Eingriff mit dem Sitz 78 und unterbricht die Zuführung von Druckmedium zum unteren Ende der Kammer 55. Das untere Ende der Kammer wird dann in die Leitung 70 entlüftet. Die Rückführung des Leistungswählhebels in die Leerlaufstellung bewegt auch den Finger 100 von dem Bund 101 weg, wodurch die Stange 97 das Kugelventil 84 vom Sitz 86 auf den Sitz 87 verschieben kann. Das Druckmedium kann dann dem oberen Ende des Servoventileinstellkolbens 39 aufgegeben werden, damit der Kolben nach abwärts bewegt wird; eine derartige Bewegung wird über die Gelenkverbindung 53 auf das Servoventil 34 übertragen. Wie vorstehend erläutert, führt die Abwärtsbewegung des Servoventiles 34 Druckmedium an das untere Ende der Betätigungsvorrichtung 32, die eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 31 bewirkt. Eine derartige Verschiebung ergibt, daß die Leitschaufeln sich von der Nutzleistungsturbinen-Antriebsstellung über die volle Offen- oder Startstellung in eine Stellung bewegen, in der die Gase gegen die Nutzleistungsturbinenschaufeln gerichtet sind, damit einer Vorwärtsdrehung ein Widerstand entgegengesetzt wird. Dies ergibt eine Verzögerung der Turbine und ein Abbremsen der Gasturbinenanlage. Das Ausmaß der Verschiebung des Servoventileinstellkolbens 39 in Abwärtsrichtung zur Erzielung einer Verzögerung und einer Maschinenbremsung wird durch eine Anschlagschraube 107 begrenzt, die einstellbar an der unteren Endwand der Kammer 55 aufgenommen ist Nach einer Verzögerung auf eine Drehzahl, die durch die Einstellung des Reglers 90 und die Kraft der Feder 95 bestimmt ist, wird der Druck des Strömungsmediums, der dem oberen Ende des Kolbens 39 aufgegeben wird, moduliert, damit der Kolben sich zurück in die Normalstellung bewegen kann. Diese Bewegung stellt die Nutzleistungsturbinen-Leitschaufeln so ein, daß die Gasturbinenanlage wieder in den Leerlaufbetrieb kommt Wenn während der Verzögerung Energie plötzlich angefordert wird, kann der Leistungswählhebel so vorgestellt werden, daß er die Verzögerung unterbricht und die Leitschaufeln auf einen Nutzleistungsturbinen-Antriebswinkel einstellt Das Vorstellen des Leistungswählhebels schaltet erneut das Solenoid und die Schaufelwinkelsteuervorrichtung ein. Die Größe des Turbinentemperaturabgleiches kann dabei durch eine Stellschraube 108 gesteuert werden, die in das Gehäuse 33 in Übereinstimmung mit dem oberen Ende des Gelenkteiles 53B eingeschraubt ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Pattiitanspruch:

   Hydromechanische Steueranordnung für die Verstellung von Eintrittsleitschaufeln einer Nutzleistungsturbine, der ein aus Verdichter, Brennkammer und Gasturbine bestehender Gasgenerator aerodynamisch vorgeschaltet ist, mit einem einen doppelseitig wirksamen Stellkolben zur Verstellung der Eintrittsleitschaufeln aufweisenden hydraulischen Stellmotor, mit einem die Druckbeaufschlagung des Stellkolbens steuernden Servoventil, wobei die Stellung des Stellkolbens zum Servoventil rückgeführt wird und mit einer auf die Drehzahl N^ des Gaserzeugers ansprechenden Servoveniileinstellvorrichtung, die einen Servoventileinstellkolben, der über eine Kolbenstange das Servoventil betätigt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß