DE2611370C2 - Brennstoffregler - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Brennstoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
• Bekanntlich dienen Brennstoffregler nicht nur zum Regeln der Brennstoffmenge, sondern werden auch zur Steuerung von vielen anderen Funktionen bei der Triebwerkssteuerung benutzt. Beispielsweise kann ein Brennstoffregler benutzt werden, um die Leitschaufeln, Ventile oder andere Funktionen des Triebwerks zu steuern.
• Bei einem bekannten Brennstoffregler der eingangs genannten Art (US-PS 31 03 785) ist das eine dreidimensionale Kurvenkörperprofil auf einem ersten dreidimensionalen Kurvenkörper vorgesehen, der die Brennstoffmenge während des Beschleunigung regelt, und das andere dreidimensionale Kurvenkörperprofil ist auf einem zweiten dreidimensionalen Kurvenkörper zum Einstellen der Leitschaufeln vorgesehen. Die Möglichkeit einer Beeinflussung der Brennstoffmenge im Leerlaufzustand ist bei diesem bekannten Brennstoffregler offenbar nicht vorgesehen. Üblicherweise wird dafür aber ein dritter dreidimensionaler Kurvenkörper vorgesehen. Ein Brennstoffregler mit drei dreidimensionalen Kurvenkörpern ist außerordentlich aufwendig, und zwar nicht nur in konstruktiver Hinsicht, sondern auch hinsichtlich der Einstellung der Kurvenkörper und hinsichtlich der Abtastung ihrer Profile.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brennstoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art konstruktiv einfacher, leichter und kompakter zu gestalten und die Brennstoffmengenregelung im Leerlauf zu gestatten.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Gemäß der Erfindung wird ein und derselbe Kurvenkörper, auf dem bei dem dreidimensionalen Kurvenkörperprofile vorgesehen sind, zur Regelung der Brennstoffmenge im Beschleunigungszustand und im Leerlauf und außerdem zur Einstellung der Leitschaufeln verwendet, wobei eines der beiden Kurvenkörperprofile gleichzeitig zur Leitschaufeleinstellung und zur Leerlaufbrennstoffmengenregelung dient. Dadurch wird die Einrichtung zum Einstellen des Kurvenkörpers vereinfacht, denn es ist nur ein einziger Kurvenkörper einzustellen, und gleichzeitig wird auch die Abtastung vereinfacht, da nur eine Abtasteinrichtung erforderlich ist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
• Fig. 1A und 1B eine schematische Darstellung eines Brennstoffreglers,
• Fig. 2 eine Teilschnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1A,
• Fig. 3 ein Diagramm der Leitschaufelposition über der korrigierten Triebwerksdrehzahl und
• Fig. 4 ein Diagramm, das den Absenkverlauf der Brennstoffmenge im Leerlauf und das Verhältnis W _f /P ₃ über der korrigierten Drehzahl zeigt.
• Die Fig. 1A und 1B zeigen einen Brennstoffregler, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist und sowohl Leitschaufeln 14 als auch die Brennstoffzufuhr zu einem Triebwerk 16 reguliert. Es sei angemerkt, daß der Brennstoffregler 10 für jeden Triebwerkstyp, sei es ein Ein- oder Zweikreistriebwerk, mit Gebläse, mit fester Welle, mit freier Turbine oder dgl., geeignet ist.
• Wie ersichtlich enthält der Brennstoffregler 10 einen Zumeßabschnitt, einen Leitschaufel-Stellantriebsabschnitt und einen Rechenabschnitt. Der Zumeßabschnitt besteht vor allem aus einem Brennstoffdrosselventil 18, einer Pumpe 20 und einem Druckregler 22. Grundsätzlich reguliert der Zumeßabschnitt den durch die Anforderungen des Rechenabschnitts diktierten Brennstoffdurchfluß durch Druckbeaufschlagung des Brennstoffes und Zumessen desselben über in dem Drosselventil 18 gebildete Öffnungen 24 und 26 durch Leitungen 28 und 30 und einen ringförmigen Durchlaß 32, wo der Brennstoff schließlich zu dem Brennerabschnitt des Triebwerks fließt. Die Öffnung 26 ist ein Funktionsgenerator und derart profiliert, daß an ihr ein solcher Druckabfall erzeugt wird, daß die Verschiebung eines Kolbens 34 proportional zu dem Brennstoffdurchfluß (Brennstoffmenge) W _f ist.
• In dem Drosselventil 18 ist der Kolben 34 in einer Bohrung 36 angeordnet und darin drehbar gelagert. Eine Achse 40 erstreckt sich in den an dem oberen Ende des Kolbens 34 gelegenen Teil der Bohrung 36 und endigt kurz vor einem Lager 42, welches eine Kammer 44 begrenzt. Eine Feder 46, die in der Kammer 44 angeordnet ist, drückt über das Lager 42 gegen das Ende der Achse 40 und des Kolbens 34, wodurch letzterer in Abwärtsrichtung gedrückt wird.
• Eine Bohrung 48 verläuft axial durch den Kolben 34 und steht mit dem ringförmigen Durchlaß 32 in Verbindung, um Brennstoff in dem ringförmigen Durchlaß 32 über eine Bohrung 52, die Kammer 44, eine Öffnung 54 und eine Leitung 56 zu einem W _f /P ₃-Steuerventil 50 zu leiten, wobei P ₃ der Verdichterdruck ist.
• Der Druckregler 22 dient dazu, den Druckabfall an der Zumeßöffnung 24 auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten. Es genügt anzugeben, daß der Druckregler 22 den Druck stromaufwärts der Zumeßöffnung 24 (d. h. den Druck in der Leitung 28) abfühlt, indem mit ihm das obere Ende eines Zumeßelements 60 über eine Leitung 62 und eine Zweigleitung 64 beaufschlagt wird und indem mit dem Druck stromabwärts der Öffnung 24 (d. h. mit dem Druck des ringförmigen Durchlasses 32 ) das entgegengesetzte Ende des Zumeßelements 60 über eine Leitung 66 beaufschlagt wird. Wenn diese Drücke und die Kraft einer Feder 68 auf das Zumeßelement 60einwirken, wird dieses derart positioniert, daß überschüssiger Brennstoff zu dem Einlaß der Pumpe 20 geleitet wird, um den Druckabfall an der Öffnung 24 konstantzuhalten. Da der stromaufwärtige Druck, der auf die obere Seite des Zumeßelements 60 einwirkt, und der stromabwärtige Druck, der auf die untere Seite desselben einwirkt, über gleiche Flächen wirken, legt die Federkraft den Wert des Druckabfalls fest, der beispielsweise 2,8 bar betragen kann.
• Das Drosselventil 18 dient zum Multiplizieren des festgelegten Signals W _f /P ₃ mit dem Istwert P ₃. Der Istwert P ₃, der durch einen Balg 70 abgefühlt wird, welcher durch einen evakuierten Balg 72 zu einem Absolutwert in Beziehung gesetzt ist, wird auf einen Hebel 74 ausgeübt, welcher an einem Zapfen 76 drehbar gelagert ist. Eine Rolle 78, die gegen einen Lagerhalter 80 drückt, dient zum Einstellen des Kolbens 34 und somit zum Einstellen beider Zumeßöffnungen 24 und 26 des Drosselventils 18.
• Zusätzlich zu diesem Druck P ₃ und zu den Federkräften der Federn 82 und 46 ist der Kolben 34 der Kraft ausgesetzt, die durch die Brennstoffdrücke in den Kammern 44 und 84 erzeugt wird, welche auf die Oberseite bzw. auf die Unterseite desselben einwirken. Diese Drücke, die durch das W _f /P ₃ -Steuerventil 50 gesteuert werden, dienen zum Erzeugen des festgelegten W _f /P ₃-Signals. Wie erwähnt wird der Druck in dem ringförmigen Durchlaß 32, der schließlich dem Triebwerk über die Leitung 30 zugeführt wird, dem Steuerventil 50 über die Leitung 56 und eine Öffnung 88 zugeführt. Der Durchfluß und der Druck werden durch die Flächen von profilierten Fenstern 90 und 98 beeinflußt, da der Durchfluß durch das Steuerventil 50 über eine Öffnung 92, eine Zweigleitung 94, eine Öffnung 96, das Fenster 98 mit profilierter Öffnung, eine Öffnung 100 und eine Leitung 102 geht und dadurch den Druckabfall an dem Kolben 34 erzeugt.
• Aus den Fig. 1A und 1B ist zu erkennen, daß die Verschiebung des Steuerventils 50 die Fläche der Fenster 90 und 98 festlegt und diese wiederum das festgelegte W _f /P ₃-Signal bestimmt. Dieser Wert wird durch die Position eines Winkelhebels 110 gebildet, welcher an einem Zapfen 112 drehbar gelagert ist. Ein Gashebelsignal, welches direkt auf einen Gasrückstellnocken 114 einwirkt, stellt die Kraft ein, welche auf eine Feder 116 wirkt, die über eine Befestigungsvorrichtung direkt mit einem Ende des Winkelhebels 110 verbunden ist.
• Die Festlegung des Beschleunigungsverlaufes erfolgt durch die Einstellung eines dreidimensionalen Kurvenkörpers 118, welcher in Abhängigkeit von der Verdichtertemperatur gedreht und in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl axial verschoben wird. Ein Fliehgewichtsdrehzahlmeßfühler 120, der durch den Triebwerksverdichter angetrieben wird, bewegt bei einer Drehzahländerung einen Hebel 122 um einen Drehpunkt 124 . Dadurch wiederum wird der Abschirmbereich einer Düse 126 zurückgestellt, um den Strömungswiderstand der aus der Düse austretenden Strömung und den Druckabfall an einer festen Drosselstelle 128 zu verändern, die in einer Bohrung 130 gebildet ist. Somit strömt unter Druck stehender Brennstoff, welcher über eine Leitung 134 in eine Kammer 132 gelangt, durch die Bohrung 130, durch eine Kammer 136, durch eine Leitung 138 und tritt aus dieser über die Düse 126 aus, um den Druck abzubauen. Offensichtlich legt die Einstellung der Düse 126 den Druck in der Kammer 136 fest und positioniert damit den dreidimensionalen Kurvenkörper 118, welcher an einer Kolbenstange 140 befestigt ist. Durch die Bewegung der Kolbenstange 140 wird die Höhe einer Feder142 eingestellt, um den Kraftabgleich an dem Hebel 122 wiederherzustellen, welcher den Kräften einer einstellbaren Feder 144 und des aus der Düse 126 austretenden Brennstoffes ausgesetzt ist, um das Servosystem in Nullstellung zu bringen oder abzugleichen.
• Gemäß der Darstellung in Fig. 2 wird der Kurvenkörper 118 durch eine Verdichtertemperaturanordnung 146 gedreht, welche einen Balgtemperaturmeßfühler 150 enthält, der gegen eine unter Federspannung stehende Stange 152 drückt. Eine Bewegung des Balges 150 über eine Segmentzahnradanordnung 154, welche mit einem Zahnrad 156 kämmt, dient dazu, den Kurvenkörper 118 in Abhängigkeit von der abgefühlten Temperatur zu drehen.
• Wie oben bereits erwähnt, weist der Brennstoffregler einen Stellantriebsabschnitt zum Einstellen der Leitschaufeln des Triebwerks auf. Diese Einstellung erfolgt unter Verwendung des dreidimensionalen Kurvenkörpers 118. Da die Position des Kurvenkörpers 118 bereits eine Funktion der Verdichtertemperatur und der Verdichterdrehzahl ist, ist sein Profil 160 derart ausgebildet, daß sich die gewünschte Leitschaufelposition ergibt. Deshalb trägt ein zweiteiliger Hebel 162 einen Abtaster 164, der an dem Kurvenkörper 118 anliegt und an jedem Ende an einem Drehzapfen 166 und einem Stift 168 drehbar gelagert ist, welcher an einem Leitschaufelbetätigungshebel 171 befestigt ist. Der Hebel 162 besteht aus zwei Teilen, und zwar aus Gründen, die sich aus der folgenden Beschreibung ergeben.
• Für den normalen Betrieb stellt der Hebel 162 den Hebel 171 ein, der an einem Steuerschieber 172 und einem Stift 169 anliegt. Der Steuerschieber 172 dient zur Steuerung eines Kolbens 174 des Leitschaufelstellantriebs durch Einleiten von unter Druck stehendem Brennstoff auf jeder Seite desselben zum geradlinigen Positionieren einer Kolbenstange 170, welcher ihrerseits über eine nicht dargestellte Vorrichtung die Leitschaufel dreht. Eine Übersteuerungsfeder 178 gestattet eine Weiterbewegung des Hebels 171, nachdem der Kolben 174 das Ende seines Hubes erreicht hat.
• Der Steuerschieber 172 kann von der dargestellten Bauart sein oder es kann sich um ein anderes Servosteuerventil handeln, das dazu dient, den Leitschaufelstellantrieb in Abhängigkeit von einem Eingangssignal zu positionieren, welches eine Funktion der Verdichtertemperatur und der Verdichterdrehzahl ist. Hochdruck- Brennstoff wird jedem Ende des Kolbens 174 über eine Leitung 198 bzw. 180 durch Verschieben eines Schieberkolbens 182 zugeführt, so daß die passenden Bunde diese Leitungen zu den Hochdruck- Leitungen 190 freigeben. Wenn ein Ende des Kolbens 182 mit Hochdruck beaufschlagt wird, ist das andere Ende entweder über die Leitung 192 oder über die Leitung 194 mit dem Auslaß in Verbindung.
• Aus dem Vorstehenden ist somit zu erkennen, daß die Verlagerung des Hebels 162 aufgrund des Kurvenkörperabtasters 164 eine Verlagerung des Hebels 171 und des Kolbens 182 und eine entsprechende Verschiebung der Kolbenstange 170 bewirkt, welche den Hebel in seine Ausgangsstellung zurückführt und infolgedessen den Steuerschieber 172 in Nullstellung bringt.
• Das Profil 160, das zur Leitschaufelverstellung dient, wird außerdem dazu benutzt, die Leerlaufbrennstoffmenge zu regeln. Somit ist nur ein einziger Kurvenkörperabtaster 164 erforderlich. Ein Glied 200 ist mit einem Drehzapfen 166 verstiftet, und zwischen dem Glied 200 und einem an dem Hebel gebildeten und nach unten vorstehenden Arm 204 ist eine Feder 202 angeordnet. Die Feder 202 liefert eine Kraft, welche das Glied 200 mit einem abstehenden Teil 203 an dem Hebel 162 in Berührung hält, ausgenommen dann, wenn es durch einen Hebel 205 verhindert wird. Das Glied 200 wird oberhalb des Leerlaufes durch den Hebel 205 und eine Feder 206 übersteuert, die durch den Hebel 205 positioniert wird. Das ermöglicht dem Kurvenkörperabtaster 164, über den Arm 204 und das Glied 200 ein Signal zu übertragen und somit die Belastung zu verändern, die auf die Feder 206 ausgeübt wird, welche mit dem Glied 200 und mit dem Winkelhebel 110 verbunden ist. Da die Feder 206 mit einem Arm 208 des Winkelhebels 110 an einem Punkt verbunden ist, der im Abstand in einer Ebene liegt, die parallel zu der Ebene ist, in welcher der Zapfen 112 angebracht ist, dreht sich der Winkelhebel 110 um die Achse 210 (die Achse des Zapfens 112) und verstellt das W _f /P ₃ -Steuerventil 50. Dadurch wiederum wird der Brennstoffdurchfluß so eingestellt, daß die Leerlaufeinstellung derart rückgestellt wird, daß eine konstante abgegebene Leistung aufrechterhalten wird.
• Gemäß Fig. 4, welche ein Diagramm von W _f /P ₃über der korrigierten Drehzahl N/√R bei eine Änderung der Verdichterdrehzahl oder der Verdichtertemperatur zeigt, wird der Leerlaufpunkt A, welcher im Schnittpunkt der Beharrungszustandslinie B und der Absenkungslinie C liegt, auf einen durch D und E dargestellten Punkt in Abhängigkeit von der Polarität der Änderung der abgegebenen Leistung zurückgestellt, und die Änderung folgt dem Absenkverlauf, bis die Absenkungslinie C die passende Beharrungszustandslinie schneidet.
• Der Absenkverlauf, d. h. die Linie C in Fig. 4 wird durch Wählen des passenden Profils des Kurvenkörpers 118 und durch die passenden Hebelverhältnisse und Federkonstanten dargestellt. In Fig. 3 ist der Verlauf der Leitschaufelverstellung in einem Diagramm dargestellt, welches die Leitschaufelposition X in Abhängigkeit von der korrigierten Drehzahl zeigt. Die Kurve M zeigt den Übergang zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung der Leitschaufeln, d. h. die Öffnung der Leitschaufeln vom minimalen bis zum maximalen Querschnitt. Durch Wählen der geeigneten Arbeitspunkte auf der Kurve M und durch Verwenden dieses Teils der Kurve zur Leerlaufrückstellung und durch geeignete Wahl der Länge des Gliedes 200 und der Feder 206 ist es möglich, die Steigung und damit die Leerlaufabsenkung gemäß der Kurve C in Fig. 4 festzulegen.
• Ein Exzenter 212, welcher betriebsmäßig mit dem Einstellhebel (nicht dargestellt) verbunden ist, der dem Piloten ermöglicht, den Brennstoffdurchfluß abzusperren, wird zusätzlich zum Festlegen der Grenze für den maximalen Brennstoffdurchfluß benutzt. Gemäß Fig. 1B wird während des normalen Betriebes der Exzenter 212 derart gedreht, daß eine Einstellschraube 214 Abstand von ihm hat. Sollte der Kolben 34 des Drosselventils 18 sich um eine ausreichende Strecke abwärts bewegen, wobei es sich um die Richtung eines größeren Brennstoffdurchflusses handelt, so wird sich der Hebel 74 im Gegenuhrzeigersinn bewegen, bis die Einstellschraube 214 an dem Exzenter 212 anliegt und eine weitere Bewegung verhindert. Das Drosselventil 18 ist somit in seiner Stellung für maximalen Brennstoffdurchfluß. Offensichtlich bewirkt das Drehen des Exzenters 212 derart, daß sein maximaler Radius sich an dem Punkt befindet, wo er die Einstellschraube 214 berührt, daß sich der Kolben 34 nach oben verschiebt, um das Drosselventil 18 zu schließen und das Triebwerk abzuschalten.

Claims (5)

1. Brennstoffregler für ein Gasturbinentriebwerk mit verstellbaren Leitschaufeln, mit zwei dreidimensionalen Kurvenkörperprofilen (160), die in Abhängigkeit von der Verdichtertemperatur und der Verdichterdrehzahl des Gasturbinentriebwerks in Drehrichtung und in Axialrichtung verstellbar sind, mit einer auf das eine Profil ansprechenden Vorrichtung (110, 210) zum Erzeugen des Verhältnisses von Brennstoffmenge zu Verdichterdruck, mit einer Multipliziereinrichtung, die das Produkt aus dem Verdichterdruck und dem Verhältnis von Brennstoffmenge zu Verdichterdruck bildet, um hiervon abhängig die Brennstoffzumessung im Beschleunigungszustand zu steuern, und mit einer auf das andere Profil (160) ansprechenden Einrichtung (162, 164) für die Leitschaufelverstellung, dadurch gekennzeichnet, daß beide Profile (160) auf ein und demselben dreidimensionalen Kurvenkörper (118) vorgesehen sind und daß zum Regeln der Leerlaufbrennstoffmenge in Abhängigkeit von dem anderen Profil (160) die auf das andere Profil (160) ansprechende Einrichtung ( 162, 164) eine Verbindung (168, 206) mit der auf das eine Profil ansprechenden Vorrichtung (110, 210) hat.

2. Brennstoffregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das eine Profil ansprechende Vorrichtung (110, 210) einen ersten Hebel (110) aufweist, daß die auf das andere Profil (160) ansprechende Einrichtung (162, 164) mit dem ersten Hebel (110) verbunden ist und daß der erste Hebel (110) mit einem Steuerventil (50) in Verbindung steht, das über Hydraulikeinrichtungen zum Einstellen eines Brennstoffdrosselventils (18) dient.

3. Brennstoffregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das andere Profil (160) ansprechende Einrichtung (162, 164) einen schwenkbar aufgehängten zweiten Hebel (162) mit einem Abtaster (164) aufweist, wobei der zweite Hebel (162) mit einer Einrichtung zum Einstellen der Leitschaufeln zusammenwirkt und mit einem schwenkbar angelenkten Glied (200) versehen ist, das durch Federkraft in Anlage an einem abstehenden Teil (203) des zweiten Hebels (162) gehalten wird, und daß das Glied (200) über eine Feder ( 206) mit dem ersten Hebel (110) verbunden ist.

4. Brennstoffregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Kurvenkörper (118) zusammenwirkender dritter Hebel (205) vorgesehen ist, mit dem das Glied (200 ) schwenkbar verbunden ist.

5. Brennstoffregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Profil (160) zum Festlegen der Position der Leitschaufeln eine vorbestimmte Steigung hat, die so gewählt ist, daß sich ein Absenkverlauf der Brennstoffmenge im Leerlauf ergibt.