-
Diese
Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Regeln der Brennstoffversorgung
zu einen Verbrennungsmotor mit zwei oder mehr Brennersätzen.
-
In
Gasturbinenmotoren mit gestufter Verbrennung enthält die Brenneranordnung
gewöhnlich einen
Zündbrennersatz,
dessen Brenner bei laufendem Motor immer eingeschaltet sind, einen
Brennersatz im Ruhezustand, der bei Motorleerlauf einen stetigen
Niedriggeschwindigkeitsbetrieb bereitstellt, und einen oder mehrere
Hauptbrennersätze,
die bei wachsendem Schubkraftbedarf stufenweise gezündet werden.
Im Idealfall sollte das Regelsystem zur Regelung der Brennstoffversorgung
zu den Brennern befähigt
sein, die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem Brennersatz sogar dann
aufrechtzuerhalten, wenn sich der Durchfluss zu anderen Sätzen ändert. Probleme
können
sich bei Einzelpumpen-Regelsystemen ergeben, da eine Durchflussminderung
in der Brennstoffversorgung zu den Zündbrennern und den Brennern
im Ruhezustand auftreten kann, wenn ein Hauptbrennersatz eingeschaltet
ist.
-
In
Gasturbinenmotoren mit gestufter Verbrennung ist es auch erforderlich,
den Teil des Brennstoff-Versorgungswegs zu einem Brennersatz spülen zu können, der
bei abgeschalteten Brennern hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt
ist, sonst sind die Wege dafür
anfällig,
durch die sich im Restbrennstoff bildenden festen Rußpartikel
blockiert zu werden. Sobald ein Weg gespült worden ist, ist es außerdem wünschenswert,
die Verzögerung
zu minimieren, die beim Nachfüllen
des Wegs eintritt, wenn die Brenner das nächste Mal eingeschaltet werden.
Es ist auch wünschenswert,
dass das System eine Form von Backup oder Redundanz enthält, da ein
Ausfall der Brennstoffversorgung dazu führt, dass der Motor mit potentiell
gefährlichen
Konsequenzen abgestellt wird.
-
WO 99/63271 beschreibt
ein Regelsystem mit zwei durch jeweilige Motore betriebenen Pumpen zur
Brennstoffversorgung für
Brennersätze
und Regelmitteln zum Regeln der Betriebsdrehzahlen der Motore.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffversorgungs-Regelsystem
bereitzustellen, in dem mindesten eins dieser Erfordernisse erfüllt ist oder
eins der vorher erwähnten
Probleme vermindert ist.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Regelsystem zur
Verwendung in der Brennstoff-Versorgungsregelung zu mindestens zwei
Brennersätzen
eines Motors bereitgestellt, wobei das Regelsystem zwei oder mehr
Brennstoffpumpen umfasst, wobei jede der Pumpen in Betrieb durch
einen jeweiligen Regelmotor angetrieben wird, und ein Regelmittel
zum Regeln der Drehzahl der Motore, um die Brennstoff Durchflussrate
zu jedem der Brennersätze
zu regulieren, und dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Brennersatz
ein Zündbrennersatz
ist, wobei ein Brennstoff-Durchflussweg, der dem Zündbrennersatz
Brennstoff zuführt,
mit einem druckerhöhenden
Abschaltventil (PRSOV) ausgestattet ist, um einen Brennstoffdruck innerhalb
des Systems zu überwachen,
der über
einem vorbestimmten Wert liegt, und zu verhindern, dass Brennstoff
zum Zündbrennersatz
fließt,
falls der Brennstoffdruck unter einen vorbestimmten Wert fällt.
-
Vorzugsweise
wird jede der Brennstoffpumpen durch einen elektrischen Regelmotor
angetrieben.
-
In
einer Ausführungsart
kann das Regelsystem zwei Pumpen umfassen, wobei jede der Pumpen einen
Einlass und einen Auslass hat;
einen ersten Brennstoff-Durchflussweg,
durch den in Betrieb Brennstoff vom Auslass einer ersten der Pumpen
zum Zündbrennersatz
und zu einem Brennersatz im Ruhezustand fließt;
einen weiteren Brennstoff-Durchflussweg,
durch den Brennstoff vom Auslass der anderen der Pumpen zu einem
weiteren Brennersatz fließt;
und
den Brennersatz im Ruhezustand und jeden weiteren Brennersatz,
wobei jeder vorzugsweise mit jeweiligen Stufenventilanordnungen
assoziiert ist.
-
Die
Stufenventilanordnungen können
elektrisch betriebene Ventile sein. Als Alternative können druckbetriebene
Ventile benutzt werden.
-
Das
Regelsystem kann außerdem
ein Mittel zur Betriebsregelung der Stufenventilanordnungen umfassen.
-
Vorzugsweise
umfasst der weitere Brennersatz einen ersten Hauptbrennersatz und
einen zweiten Hauptbrennersatz. Das Regelmittel kann die Form eines
mit dem Flugzeugmotor assoziierten elektronischen Controllers annehmen.
-
Es
ist ein Vorteil der Erfindung, dass der Brennstoffdurchfluss durch
die Pumpen für
einen kurzen Zeitraum schnell auf ein höheres Niveau (d. h. „gezackt") gebracht werden
kann, um die Brennstoff-Durchflussrate
zu einem oder mehreren Brennersätzen
im Wesentlichen aufrechtzuerhalten, wenn ein anderer oder andere
der Brennersätze
eingeschaltet werden (d. h. während
der Voreinspritzung der frisch eingeschalteten Brenner). Zusätzlich sind die
Regelungsalgorithmen einfacher, falls jeder Brennstoffweg mit Brennstoff
von einer separaten elektrisch angetriebenen Pumpe versorgt wird.
-
Der
erste Brennstoffweg kann mit einem ersten Durchflusserfassungsventil
ausgerüstet
sein zum Überwachen
der Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten Brennstoff-Durchflussweg,
wodurch das erste Durchflusserfassungsventil ein erstes Ausgabesignal
bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den ersten
Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, wobei das Regelmittel das erste
Ausgabesignal empfängt,
sodass die Drehzahl von mindestens einem der Motore als Antwort
auf das erste Ausgabesignal geregelt wird.
-
Der
weitere Brennstoff-Durchflussweg kann mit einem weiteren Durchflusserfassungsventil
ausgerüstet
sein zum Überwachen
der Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren Brennstoff-Durchflussweg, wodurch
das weitere Durchflusserfassungsventil ein weiteres Ausgabesignal
bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch den weiteren
Brennstoff-Durchflussweg anzeigt, wobei das Regelmittel das weitere
Ausgabesignal empfangt, sodass die Drehzahl von mindestens einem der
Motore als Antwort auf das weitere Ausgabesignal geregelt wird.
-
Bequemerweise
kann mindestens eins am dem ersten oder den weiteren Durchflusserfassungsventilen
mit einem Positionssensor zum Überwachen der
Position des assoziierten Durchflusserfassungsventils ausgerüstet werden,
wobei der Positionssensor ein Ausgabesignal bereitstellt, das die
Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg
anzeigt.
-
Ein
linear variabler Differentialtransformator (LVDT) kann als der Positionssensor
benutzt werden.
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsart kann
der weitere Brennstoff-Durchflussweg mit einer Abzweigventilanordnung
zum Abzweigen des Brennstoffdurchflusses in erste und zweite gestufte
Brennstoff-Durchflusswege ausgerüstet
sein. In Betrieb fließt
der Brennstoff durch die Abzweigventilanordnung in den ersten gestuften
Brennstoff-Durchflussweg zu einem ersten Hauptbrennersatz und in
den zweiten gestuften Brennstoff-Durchflussweg zu einem zweiten
Hauptbrennersatz, wobei der zum ersten Hauptbrennersatz fließende Anteil
des gesamten Brennstoffdurchflusses in das Abzweigventil durch Regelung
der Position der Abzweigventilanordnung geregelt wird.
-
Jeder
gestufte Brennstoff-Durchflussweg kann mit einem Durchflusserfassungsventil
ausgerüstet
sein zum Überwachen
der Brennstoff-Durchflussrate durch den jeweiligen gestuften Brennstoff-Durchflussweg, wodurch
das mit jedem gestuften Brennstoff-Durchflussweg assoziierte Durchflusserfassungsventil
ein Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate
durch den assoziierten gestuften Brennstoff-Durchflussweg anzeigt.
-
Bequemerweise
können
die Pumpenauslässe
miteinander verbunden werden, um für jeden Brennersatz eine gemeinsame
Versorgung zu bilden. Beispielsweise kann die gemeinsame Versorgung
für einen
Motor mit drei Brennersätzen
den mit den ersten, zweiten und dritten Brennersätzen assoziierten ersten, zweiten
bzw. dritten Brennstoff-Durchflusswegen Brennstoff zuführen. Jeder
der ersten, zweiten und dritten Brennstoff-Durchflusswege kann mit einem
Durchflussregelventil und einem Durchflusserfassungsventil ausgerüstet sein,
wobei das Regelmittel ein Mittel enthält zum Regeln der Durchflussregelventile
als Antwort auf ein vom jeweiligen Durchflusserfassungsventil bereitgestelltes
Ausgabesignal.
-
Es
ist ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsart, dass der Ausfall
einer der Pumpen nicht den völligen
Verlust der Brennstoffversorgung zu allen Brennern zur Folge hat
und den fortgesetzten Betrieb des Motors ermöglicht.
-
Jedes
Durchflussregelventil kann einen Einlassport und einen Auslassport
enthalten, wobei das Durchflussregelventil in eine offene Position
beweglich ist, in der Hochdruck-Brennstoff durch den assoziierten
Brennstoff-Durchflussweg zu dem assoziierten Brennersatz fließen kann.
-
Jedes
Durchflussregelventil kann außerdem einen
Niederdruckeinlassport und einen Niederdruckauslassport enthalten,
wobei das Durchflussregelventil in eine geschlossene Position beweglich
ist, in der Hochdruck-Brennstoffdurchfluss verhindert wird, aber
Niederdruck-Brennstoff durch den Niederdruckeinlassport, durch den
Niederdruckauslassport und in den assoziierten Brennstoff-Durchflussweg fließen kann,
um die Voreinspritzung des assoziierten Brennstoff-Verteilerrohrsatzes
mit Niederdruckbrennstoff zu ermöglichen.
-
Jedes
Hauptverteilerrohr kann eine assoziierte Lüftungsventilanordnung haben,
wobei die Lüftungsventilanordnung
während
der Voreinspritzung des jeweiligen Hauptverteilerrohrs geöffnet wird,
sodass Luft und/oder andere Gase im jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg
durch die Lüftungsventilanordnung
entweichen können.
Ein Niederdruckbrennstoff, der durch die Lüftungsventilanordnung entweichen kann,
fließt
in einen Niederdruckablass. Nach Beendigung der Voreinspritzung
eines Brennersatzes wird die Lüftungsventilanordnung
geschlossen, das jeweilige Durchflussregelventil bleibt geschlossen,
und der Durchfluss des Niederdruckbrennstoffs zu den Hauptbrennern
wird durch die Stufenventile verhindert, die geschlossen bleiben.
-
Bequemerweise
kann das mit den Zündbrennern
assoziierte PRSOV dazu verwendet werden, die Verteilerrohre und
Brennstoff-Versorgungswege zwischen den Durchflussregelventilen
und den assoziierten Brennern beim Abschalten zu spülen, indem dem
Brennstoff im Brennstoff-Durchflussweg, durch den Brennstoff zu
den assoziierten Brennersätzen fließt, ermöglicht wird,
nach Abschalten der Brenner durch das PRSOV in den Niederdruckablass
zu fließen.
-
Gemäß einem
zweiten erfindungsgemäßen Aspekt
wird ein Verfahren zum Regeln der Brennstoffversorgung zu mindestens
zwei Brennersätzen eines
Motors bereitgestellt, folgende Schritte umfassend:
Bereitstellen
von zwei oder mehr Brennstoffpumpen;
Antreiben einer jeden
der Brennstoffpumpen durch einen jeweiligen Regelmotor;
Regeln
der Drehzahl der Motore, um die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem
der Brennersätze
zu regulieren, und gekennzeichnet durch
Bereitstellen eines
druckerhöhenden
Abschaltventils (PRSOV) in einem Brennstoff-Durchflussweg, der einem Zündbrennersatz
Brennstoff zuführt,
um einen Brennstoffdruck innerhalb des Systems über einem vorbestimmten Wert
zu halten und zu verhindern, dass der Brennstoff zum Zündbrennersatz
fließt,
falls der Brennstoffdruck unter den vorbestimmten Wert fällt.
-
Es
wird deutlich sein, dass die bevorzugten und/oder optionalen Merkmale
des ersten erfindungsgemäßen Aspekts
benutzt werden können,
um bevorzugte und/oder optionale Schritte des zweiten erfindungsgemäßen Aspekts
auszuführen.
-
Verschiedene
erfindungsgemäße Ausführungsarten
werden jetzt mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore
mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von zwei elektrisch angetriebenen
Pumpen gemäß einer
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore
mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von zwei elektrisch angetriebenen
Pumpen gemäß einer
alternativen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung, wobei die Pumpenauslässe miteinander verbunden sind,
um ein gemeinsame Versorgung zu bilden;
-
3 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore
mit gestufter Verbrennung unter Verwendung von vier elektrisch angetriebenen
Pumpen gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung; und
-
4 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für Gasturbinenmotore
mit gestufter Verbrennung gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung, in der Voreinspritzung und Spülung der
Brennersätze ausgeführt werden
können.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, wird Niederdruck(LP)-Brennstoff
den Einlässen
von zwei Verdrängungspumpen 12a, 12b zugeführt, die
durch elektrische Regelmotore 14a bzw. 14b angetrieben werden,
wobei jede der Pumpen ein assoziiertes Überdruckventil 9a, 9b hat.
Eine erste der Pumpen 12a führt dem Einlassverteilerrohr 16 eines
Zündbrennersatzes 18 und
eines Brennersatzes im Ruhezustand 22 durch einen Brennstoff-Durchflussweg 13 Hochdruck-Brennstoff
zu, wobei der Brennstoffweg 13 mit einem Durchflusserfassungsventil 36 und
einem druckerhöhenden
Abschaltventil 34 ausgerüstet ist. Mit den Brennern
im Ruhezustand sind Stufenventile 20 assoziiert, die betriebsfähig sind
zwischen einer offenen Position, bei der Brennstoff im Durchflussweg
den Brennern im Ruhezustand 22 zugeführt wird, und einer geschlossenen
Position, bei der solche Brennstoffzuführung verhindert wird. Die
andere Brennstoffpumpe 12b führt den Einlassverteilerrohren 17a, 17b weiterer
Hauptbrennersätze 26, 28,
die alle eine assoziierte Stufenventilanordnung 24 bzw. 25 haben,
Hochdruckbrennstoff zu. Die Brennstoffversorgung zu den Hauptbrennersätzen 26, 28 ist durch
eine Abzweigventilanordnung 40 verzweigt, deren Position
durch einen Motor 42 geregelt wird, wobei die Abzweigventilanordnung 40 so
angeordnet ist, dass die gemeinsame Brennstoffversorgung von der
Pumpe 12b den ersten und zweiten Durchflusswegen 43a, 43b zugeführt wird,
wobei der erste Durchflussweg 43a den Hauptbrennern 26 Brennstoff
zuführt
und der zweite Durchflussweg 43b den Hauptbrennern 28 Brennstoff
zuführt.
Jeder der Durchflusswege 43a, 43b ist mit einem
Durchflusserkennungsventil 44a, 44b ausgerüstet zum Überwachen
der Brennstoff-Durchflussrate durch den Durchflussweg 43a bzw. 43b.
-
Bequemerweise
ist jedes der Durchflusserfassungsventile 36, 44a, 44b mit
einem linear variablen Differentialtransformator (LVDT) 38, 46a bzw. 46b ausgerüstet zum Überwachen
der Position eines Ventilglieds, das einen Teil des jeweiligen Durchflusserfassungsventils
bildet, wobei jeder der LVDTs 38, 46a, 46b ein
Ausgabesignal bereitstellt, das die Brennstoff-Durchflussrate durch
den jeweiligen Brennstoff-Durchflussweg
anzeigt. Die von den LVDTs 38, 46a, 46b erzeugten
Ausgabesignale werden an eine Regeleinheit 30 angelegt,
bequemerweise einen Computer oder ein elektronisches Regelmittel
mit einer Computerschnittstelle, wobei die Regeleinheit Regelsignale 27a, 27b zum
Regeln der Drehzahl der Pumpenmotore 14a bzw. 14b als
Antwort auf die LVDT-Ausgabesignale erzeugt. Die Regeleinheit 30 kann
auch andere Bedarfssignale 32 vom Motor empfangen, womit
Fachleute vertraut sind. Die Regeleinheit 30 ist auch dazu
angeordnet, Regelsignale 33 bereitzustellen, um in der
erwünschten
Phase des Motorbetriebsverfahrens das Öffnen und Schließen der
Stufenventile 20, 24, 25 zu regeln. Obwohl
elektrisch betriebene Stufenventile 20, 24, 25 beschrieben
werden, ist auch die Verwendung von druckbetriebenen Rückschlagventilen
möglich.
-
In
Betrieb wird Brennstoff durch die Pumpe 12a dem Zündbrennersatz 18 zugeführt, der
beim Start gezündet
wird. Zu einem geeigneten Zeitpunkt erzeugt die Regeleinheit 30 ein
Regelsignal 33, um zu verursachen, dass die mit dem Brennersatz
im Ruhezustand 22 assoziierten Stufenventile 20 geöffnet werden,
damit Brennstoff dorthin fließen
kann, wobei der Zündbrennersatz 18 die
Zündung
der Brenner im Ruhezustand 22 verursacht. Der mit dem Durchflusserfassungsventil 36 assoziierte
LVDT legt der Regeleinheit 30 ein Ausgabesignal an, das
die Brennstoff-Durchflussrate durch den Durchflussweg 13 anzeigt.
Wenn die Stufenventile 20 geöffnet werden und als Antwort
auf die gemessene Brennstoff-Durchflussrate,
legt die Regeleinheit 30 ein Regelsignal 27a an
den elektrischen Motor 14a an, wodurch die Drehzahl des
elektrischen Motors 14a so variiert wird, dass der Brennstoffdurchfluss
zu den Zündbrennern 18 und
den Brennern im Ruhezustand 22 mit einer vorbestimmten
erforderlichen Rate sichergestellt ist.
-
Nach
Zündung
der Brenner im Ruhezustand und als Antwort auf das passende Bedarfssignal 32 vom
Motor erhöht
die Regeleinheit 30 die Geschwindigkeit der zweiten Pumpe 12b und
erzeugt ein weiteres Regelsignal 33, um mindestens eins
der mit den Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 assoziierten Stufenventile 24, 25 zu öffnen, wodurch
ermöglicht wird,
dass Brennstoff von der zweiten Pumpe 12b durch die Durchflusswege 43a, 43b zu
den Hauptbrennersätzen 26, 28 fließt, wobei
die Hauptbrenner 26, 28 durch die Zündbrenner 18 gezündet werden. Die
mit den Durchflusserfassungsventilen 44a bzw. 44b assoziierten
LVDTs 46a, 46b überwachen die Brennstoff-Durchflussraten
durch die Durchflusswege 43a, 43b und legen Ausgabesignale,
die die Brennstoff-Durchflussraten zu jedem der Hauptbrennersätze 26, 28 anzeigen,
an die Regeleinheit 30 an. Die Regeleinheit 30 legt
ein Ausgabesignal an den Motor 42 an zum Regeln der Position
der Abzweigventilanordnung 40 und stellt ein Ausgabesignal 27b zum
Regeln der Drehzahl des mit Pumpe 12b assoziierten elektrischen
Motors 14b bereit, um sicherzustellen, dass der Brennstoffdurchfluss
zu den beiden Hauptbrennersätzen 26, 28 im
Wesentlichen mit konstanter Rate aufrechterhalten wird.
-
Die
Erfindung gewährt
den Vorteil, dass die Brennstoff-Durchflussraten zu allen Brennersätzen während des
Motorbetriebs im Wesentlichen aufrechterhalten werden können einschließlich der
Perioden, während
denen Voreinspritzung anderer Brennersätze ausgeführt wird, nachdem sie zum Einschalten
ausgewählt
wurden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass die Verwendung von elektrisch angetriebenen Pumpen das Erfordernis
einer Rücklaufschleife,
wie sie bei mechanischen Pumpen verwendet wird, eliminiert und die
Wärmeabfuhr
des Systems reduziert. Die Erfindung ermöglicht auch die Auswahl von
elektrisch angetriebenen Brennstoffpumpen mit verschiedenen Betriebsparametern,
um an den für
verschiedene Brennersätze
erforderlichen Bereich der Brennstoff-Durchflussraten angepasst
zu sein. Um Brennstoff-Durchflussraten in zwei oder mehr Brennstoff-Durchflusswegen
zu regeln, ist es außerdem rechnerisch
einfacher, die Regeleinheit 30 zum Regeln von zwei elektrisch
angetriebenen Pumpen zu programmieren, als eine einzelne Pumpe zu
regeln, um denselben Zweck zu erzielen.
-
Es
wird deutlich sein, dass weitere Pumpen und weitere Durchflusswege
in das System aufgenommen werden können, um, falls erforderlich,
die Brennstoffversorgung zu weiteren Brennerätzen zu regeln.
-
Eine
alternative erfindungsgemäße Ausführungsart
ist in 2 gezeigt, worin Niederdruck(LP)-Brennstoff den Einlässen von
zwei Verdrängungspumpen 12a, 12b zugeführt wird,
deren jede durch einen assoziierten elektrischen Regelmotor 14a bzw. 14b angetrieben
wird. Die Auslässe
der Pumpen 12a, 12b sind miteinander verbunden,
um einen gemeinsamen Versorgungsweg 15 zu bilden, der dem
Verteilerrohr 16 eines Zündbrennersatzes 18 und
den durch einen ersten Durchflussweg 19a mit Brennern im
Ruhezustand 22 assoziierten Stufenventilen 20 Brennstoff
zuführt.
Der Durchflussweg 19a ist mit einem Durchflusserkennungsventil 36 ausgerüstet, das
einen assoziierten LVDT 38 und ein PRSOV 34 hat.
Wie vorhergehend beschrieben ist, legt der LVDT 38 ein
Ausgabesignal an die Regeleinheit 30 an, das die Brennstoff-Durchflussrate
durch den Durchflussweg 19a anzeigt.
-
Der
gemeinsame Versorgungsweg 15 führt auch den ersten und zweiten
zusätzlichen
Durchflusswegen 19b, 19c Brennstoff zu, die den
Verteilerrohren 17a, 17b der weiteren mit Stufenventilen 24 bzw. 25 ausgerüsteten Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 Brennstoff
zuführen.
Die zusätzlichen
Durchflusswege 19b, 19c sind auch mit Durchflusserfassungsventilen 44a, 44b ausgerüstet, wobei
jedes Ventil 44a, 44b einen assoziierten LVDT 46a bzw. 46b hat, der
eine Ausgabesignal an die Regeleinheit 30 anlegt, das die
Brennstoff-Durchflussraten durch den assoziierten Durchflussweg 19b, 19c anzeigt.
Jeder zusätzliche
Durchflussweg 19b, 19c ist außerdem mit einem Durchflussregelventil 52a, 52b ausgerüstet, das durch
eine assoziierte Motorenanordnung 54a, 54b betätigt wird.
Die Regeleinheit 30 stellt Signale 33 bereit,
die das Öffnen
und Schließen
der Stufenventile 20, 24, 25 regeln,
und stellt auch Signale zum Regeln der Motorenanordnungen 54a, 54b und der
elektrischen Motore 14a, 14b bereit als Antwort auf
Signale 32 vom Motor und von den LVDTs 38, 46a, 46b.
-
In
Betrieb arbeitet das System in 2 auf ähnliche
Weise wie das vorher beschriebene, nur dass die Durchflussrate des
Brennstoffs in jedem der Durchflusswege 19a, 19b, 19c geregelt
wird durch Anlegen von Signalen von der Regeleinheit 30,
als Antwort auf die Ausgabesignale von den LVDTs 38, 46a, 46b,
an die Motorenanordnungen 54a, 54b für die Durchflussregelventile 52a, 52b sowie
an die mit den Pumpen 12a, 12b assoziierten elektrischen
Motore 14a, 14b. Es wird deutlich sein, dass der
gesamte in den gemeinsamen Versorgungsweg 15 hineingehende
Brennstoffdurchfluss durch Bereitstellen von Signalen 27a, 27b geregelt
wird, um die Drehzahl der elektrischen Motore 14a, 14b zu
variieren als Antwort auf die Ausgabesignale von den LVDTs 38, 46a, 46b.
-
Zusätzlich zu
den hierin vorausgehend beschriebenen Vorteilen bietet die erfindungsgemäße Ausführungsart
in 2 den weiteren Vorteil, dass, da die Pumpen 12a, 12b parallel
angeordnet sind, die Brennstoffversorgung zum Motor im Wesentlichen aufrechterhalten
werden kann, sogar dann, wenn eine der Pumpen 12a, 12b ausfallen
sollte. Es wird deutlich sein, dass weitere Pumpen und weitere Durchflusswege
in das System in 2 aufgenommen werden können, um,
falls erforderlich, die Brennstoffversorgung zu weiteren Brennersätzen zu regeln.
-
Eine
weitere alternative Ausführungsart
der Erfindung ist in 3 gezeigt, in der Niederdruck(LP)-Brennstoff
den Einlässen
von vier Verdrängungspumpen 12a, 12b, 12c, 12d zugeführt wird,
die durch assoziierte elektrische Regelmotore 14a, 14b, 14c bzw. 14d angetrieben
werden. In dieser Anordnung werden die Zündbrenner 18 durch
einen ersten Durchflussweg 13a von der Pumpe 12a mit
Brennstoff versorgt, und die Brenner im Ruhezustand 22 werden
durch einen zweiten Durchflussweg 13b von der Pumpe 12b mit
Brennstoff versorgt. Jeder der zwei weiteren Hauptbrennersätze 26, 28 wird durch
assoziierte dritte und vierte Durchflusswege 13c, 13d von
assoziierten Pumpen 12c bzw. 12d mit Brennstoff
versorgt. Der Betrieb ist ähnlich
dem vorhergehend mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen,
wobei die Motore 14a, 14b, 14c, 14d durch Signale
von der Regeleinheit 30 geregelt werden, die als Antwort
auf die Ausgabesignale von den mit den Durchflusserfassungsventilen 36a, 36b, 36c, 36d assoziierten
LVDTs 38a, 38b, 38c, 38d erzeugt
werden, sodass die Durchflussrate zu jedem Brennersatz während des
Motorbetriebs im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Insbesondere
kann die Brennstoff-Durchflussrate zu jedem Brennersatz während der
Perioden aufrechterhalten werden, in denen die Brennstoffversorgung
zu anderen Brennersätzen ausgelöst wird,
beispielsweise nach dem Öffnen
der assoziierten Stufenventile.
-
Es
wird deutlich sein, dass in dieser Ausführungsart der Durchfluss zu
jedem Brennersatz unabhängig
geregelt werden kann durch Variieren der Drehzahl des elektrischen
Motors, der die assoziierte Pumpe antreibt, deren jede nur einen
Brennersatz mit Brennstoff versorgt.
-
Eine
weitere alternative Ausführungsart
der Erfindung ist in 4 gezeigt, in der ähnliche
Teile wie die vorher beschriebenen mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet
sind. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsart
enthält
das Regelsystem eine Ventilanordnung 60, die die Form eines
PRSOVs annimmt; das auch dazu benutzt wird, beim Abschalten die
Verteilerrohre zu spülen.
Das PRSOV 60 hat einen mit dem Brennstoffversorgungs-Durchflussweg 19a verbundenen
Einlassport 61 und einen mit einem Durchflussweg 69 verbundenen
Auslassport 62, wobei der Durchflussweg 69 mit
dem Einlassverteilerrohr 16 der Zündbrenner und Brenner im Ruhezustand 18, 22 verbunden
ist.
-
Bei
offenem PRSOV 60 kann Hochdruckbrennstoff vom Durchflussweg 19a in
den Einlassport 61, durch das Ventil 60 und durch
den Auslassport 62 hinaus in den Durchflussweg 69 fließen, um
den Brennern 18, 22 zugeführt zu werden. Ist das PRSOV 60 in
dieser Position, dann kann auch Brennstoff von einer Niederdruck-Brennstoffversorgung 84 durch das
PRSOV 60 in einen Durchflussweg 75 durch einen
Auslassport 64 fließen.
Zusätzlich
ist ein weiterer Port 63 des PRSOVs 60 mit einem
Niederdruckablass 81 verbunden, wobei der weitere Port 63 auch mit
einem gemeinsamen Durchflussweg 82 verbunden ist, der mit
ersten und zweiten Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b ausgerüstet ist,
die mit den Hauptbrennersätzen 26 bzw. 28 assoziiert
sind.
-
Das
Durchflussregelventil 52a ist beweglich zwischen einer
Position, in der Hochdruckbrennstoff vom Durchflussweg 19b durch
das Ventil 52a und in einen mit dem Einlassverteilerrohr 17a des
Hauptbrenners 26 verbundenen Durchflussweg 77a fließen kann,
und einer Position, in der durch PRSOV 60 fließender Niederdruck-Brennstoff
durch den Durchflussweg 75 in den Voreinspritz-Durchflussweg 76a fließen kann.
Das Durchflussregelventil 52b ist auf ähnliche Weise betriebsfähig, um
entweder Hochdruck-Brennstoff
vom Durchflussweg 19c durch das Ventil 52b zu
einem mit dem Einlassverteilerrohr 17b der Brenner 28 verbundenen
Durchflussweg 77b fließen
zu lassen, oder durch PRSOV 60 fließenden Niederdruck-Brennstoff
durch den Durchflussweg 75 in den Voreinspritz-Durchflussweg 76b fließen zu lassen.
-
Ist
das PRSOV 60 in einer offenen Position und sind die Ventile 52a, 52b geschlossen,
dann wird Niederdruck-Brennstoff durch den Durchflussweg 75 den
Voreinspritz-Durchflusswegen 76a, 76b zugeführt, die
mit den Einlassverteilerrohren 17a, 17b der Brenner 26 bzw. 28 verbunden
sind.
-
Das
in 4 gezeigte Regelsystem kann auch dazu benutzt
werden, in die Durchflusswege 77a, 77b vor Zündung der
assoziierten Brenner Niederdruck-Brennstoff voreinzuspritzen und
die Durchflusswege 77a, 77b, 69 beim
Abschalten zu spülen.
-
Wenn
die Zündbrenner 18 gezündet werden sollen,
wird das PRSOV 60 in eine Position bewegt, in der Hochdruck-Brennstoff
durch den Einlassport 61, durch das PRSOV 60 und
durch den Auslassport 62 hinaus in den Durchflussweg 69 fließen kann.
-
Wenn
die Brenner im Ruhezustand gezündet werden
sollen, dann werden die mit den Brennern im Ruhezustand assoziierten
Stufenventile (in 4 nicht gezeigt) geöffnet, wie
vorher beschrieben wurde, damit den Brennern im Ruhezustand Hochdruck-Brennstoff
zugeführt
werden kann.
-
Vor
ihrer Zündung
wird in die Hauptverteilerrohre 17a, 17b Niederdruck-Brennstoff
voreingespritzt, indem das PRSOV 60 in eine Position bewegt wird,
in der Niederdruck-Brennstoff durch das PRSOV in den Durchflussweg 75 fließen kann.
Sind die Durchflussregelventile 52a, 52b in ihren
geschlossenen Positionen, dann kann Niederdruck-Brennstoff aus dem
Durchflussweg 75 in die Voreinspritz-Durchflusswege 76a, 76b und
in die Einlassverteilerrohre 17a, 17b fließen. Außerdem werden
die Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b geöffnet, sodass
Luft und/oder andere Gase entweichen können, wenn der Brennstoff die
Verteilerrohre 17a, 17b und daher die Durchflusswege 77a, 77b befüllt. Durch
die Lüftungsventilanordnungen 80a, 80b entweichender
Brennstoff wird durch Durchflussweg 82 zum Niederdruckablass 81 durch
das PRSOV 60 zurückgeleitet.
-
Vor
Zündung
der Hauptbrenner 26 wird die mit den Hauptbrennern 26 assoziierte
Stufenventilanordnung 24 geöffnet, die Lüftungsventilanordnung 80a wird
geschlossen, und das Ventil 52a wird geöffnet, sodass Hochdruck-Brennstoff
durch das Ventil 52a in den Durchflussweg 77a fließen kann,
um den Brennern 26 zugeführt zu werden. Es wird deutlich sein,
dass unter solchen Umständen
die Zuführung von
Niederdruck-Brennstoff durch das PRSOV 60 zum Einlassverteilerrohr 17a der
Brenner 26 verhindert wird.
-
Vor
ihrer Zündung
wird in die Hauptbrenner 28 auf ähnliche Weise voreingespritzt,
wie vorher für die
Hauptbrenner 26 beschrieben wurde.
-
Beim
Abschalten der Hauptbrenner 26 werden die damit assoziierten
Stufenventile geschlossen, und die assoziierten Durchflusswege bleiben
mit Niederdruck-Brennstoff aus der Niederdruck-Brennstoffversorgung 84 angefüllt, vorausgesetzt
das PRSOV 60 ist offen. Die Betätigung des Durchflussregelventils 52a zum
Abschalten des Durchflusses von Hochdruck-Brennstoff zum Einlassverteilerrohr 17a ermöglicht dem
Brennstoff, von der Versorgung 84 durch das PRSOV 60 zum
Verteilerrohr 76a zu fließen. Beim Abschalten der Hauptbrenner 28 werden
die assoziierten Durchflusswege auf ähnliche Weise mit Niederdruck-Brennstoff
befüllt.
-
Wenn
der Motor läuft
und die Hauptbrennersätze 26 und/oder 28 abgeschaltet
sind, dann wird die Spülung
der Einspritzventile hinter den Stufenventilen ausgeführt unter
Verwendung von Verbrennungsluft mittels eines herkömmlichen
Verfahrens, mit dem Fachleute vertraut sind. Die Hauptverteilerrohre 17a, 17b bleiben
mit LP-Brennstoff angefüllt.
-
Beim
Abschalten der Brenner im Ruhezustand und der Zündbrenner 18, 22 werden
die damit assoziierten Stufenventile geschlossen, und die assoziierten
Durchflusswege werden durch Schließen des PRSOVs 60 gespült, sodass
die Versorgung der Zündbrenner
und Brenner im Ruhezustand mit Hochdruck-Brennstoff verhindert wird und Brennstoff
im Einlassverteilerrohr 16 durch das PRSOV 60 fließen kann,
um die Verteilerrohre 16, 17a, 17b wie
folgt zu spülen.
-
Brennkammerluft
des Motors strömt
durch die Zündbrenner 18 in
das Verteilerrohr 16 und über den Durchflussweg 68 zum
PRSOV 60. Bei geschlossenem PRSOV 60 ist der Durchflussweg 68 mit
dem Durchflussweg 82 verbunden, und Luft kann über die
Lüftungsventilanordnungen 80a bzw. 80b in die
Verteilerrohre 17a, 17b strömen. Luft strömt durch
die Durchflusswege 76a, 76b, durch die Ventile 52a, 52b und
in den Durchflussweg 75, der über das PRSOV 60 mit
dem Niederdruckablass 81 verbunden ist. Auf diese Weise
werden die Verteilerrohre 16, 17a und 17b mit
Luft gespült,
wenn der Motor abgeschaltet wird.
-
Es
sollte beachtet werden, dass einige Motore keine gespülten Verteilerrohre
erfordern, sodass die obigen Schritte nicht notwendig wären.
-
Die
Vorteile dieses Systems bestehen darin, dass Voreinspritzung bei
Motorstart ausgeführt
wird, wodurch sichergestellt wird, dass keine Verzögerung entsteht,
wenn den Brennern beim Einschalten die erforderliche Brennstoff-Durchflussrate
zugeführt wird.
Jene Teile des Brennstoff-Versorgungswegs zu einem Brennersatz,
die hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, werden auch gespült, wenn die
Brenner abgeschaltet werden.
-
Es
wird deutlich sein, dass das Regelsystem der vorliegenden Erfindung
erweitert werden kann, um eine größere Anzahl von Pumpen und
eine größere Anzahl
von Brennersätzen
und assoziierten Ventilen aufzunehmen, wobei die vorerwähnten Vorteile
der vorliegenden Erfindung immer noch erzielt werden. Es wird außerdem deutlich
sein, dass in jeder der erfindungsgemäßen Ausführungsarten die Geschwindigkeit
der Pumpe(n) nicht als Antwort auf die gemessene Brennstoff-Durchflussrate
zu den Brennern geregelt werden muss, sondern als Antwort auf andere
Bedarfssignale vom Motor geregelt werden kann. Es wird außerdem deutlich
sein, dass das beschriebene Regelsystem in Verbindung mit jedem Pumpentyp
benutzt werden kann, der eine Antriebsanordnung mit variabler Geschwindigkeit
hat.