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Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung betrifft
eine Brennstoffregelanlage für Gasturbinentriebwerke mit einer Turbinen-Verdichter-Gruppe
(Gaserzeuger) und einer freien Nutzleistungsturbine, welche ein Brennstoffventil
und zwei auf dieses einwirkende Drehzahlregler aufweist, von denen der eine die
Drehzahl der Turbinen-Verdichter-Gruppe und der andere die Drehzahl der Nutzleistungsturbine
abgreift.
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Gasturbinentriebwerke dieser Art können beispielsweise zum Antrieb
eines Flugzeugpropellers, wobei dann das Triebwerk ein Turboprop-Triebwerk ist,
oder des Rotors eines Hubschraubers dienen.
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Bei einem Turboprop-Triebwerk mit freier Nutzleistungsturbine wird
im allgemeinen eine Regelanlage verwendet, bei der der Pilot eine bestimmte Luftschraubendrehzahl
wählt, worauf er von Hand die Drehzahl der Turbinen-Verdichter-Gruppe zur Steuerung
der von der freien Nutzleistungsturbine abgegebenen Leistung einreguliert. Dabei
wird die gewählte Luftschraubendrehzahl durch die Regelanlage selbsttätig eingehalten.
Die Drehzahl der Turbinen-Verdichter-Gruppe wird auf dem einer bestimmten Einstellung
des Gashebels entsprechenden Wert durch eine Drehzahlregelanlage eingehalten, die
die dem Triebwerk zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von Abweichungen der
Drehzahl vom Sollwert verändert. Unter bestimmten Bedingungen kann die Luftschraube,
obgleich sie auf maximale Steigung eingestellt ist, die vom Triebwerk zugeführte
Leistung nicht aufnehmen, ohne die maximale Grenzdrehzahl der Luftschraube oder
der diese antreibenden freien Nutzleistungsturbine zu -überschreiten. Für diese
Fälle ist zusätzlich ein Drehzahlgrenzregler vorgesehen, der die Drehzahl der Luftschraube
oder der freien Nutzleistungsturbine durch Begrenzung der dem Triebwerk zugeführten
Brennstoffmenge auf einen vorbestimmten Höchstwert begrenzt.
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Bei einem Turboprop-Triebwerk wird also die Drehzahl der Turbinen-Verdichter-Gruppe
auf einen gewählten Wert einreguliert, der durch die Einstellung des Gashebels bestimmt
ist, während die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine durch die Luftschraubenverstellung
einreguliert wird, wobei eine Begrenzungsregelung vorgesehen ist, die die dem Triebwerk
zugeführte Brennstoffmenge drosselt, um die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine
auf einen gewählten Höchstwert zu begrenzen.
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Dagegen wird beim Antrieb eines Hubschraubers durch eine freie Nutzleistungsturbine
im allgemeinen eine Regelanlage verwendet, bei der der Pilot eine Drehzahl des Rotors
wählt und dann die vom Triebwerk abgegebene Leistung dadurch steuert, daß er von
Hand die Steigung der Rotorflügel verstellt. Die vorgewählte Rotordrehzahl wird
automatisch durch eine Regelanlage aufrechterhalten, -welche die dem Triebwerk zugeführte
Brennstoffmenge verändert, wenn die Steigung des Rotors durch den Piloten verstellt
wird.
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Hierbei ist es unter bestimmtenBedingungen möglich, daß der Regler
für die Rotordrehzahl eine der Turbinen-Verdichter-Gruppe zuzuführende Brennstoffmenge
vorschreibt, bei welcher diese Gruppe die Höchstdrehzahl überschreiten würde, für
die sie ausgelegt ist. Es ist daher üblich, eine Begrenzungsregelung vorzusehen,
die die Breiinstoffmenge so beeinflußt, daß die Drehzahl der Turbinen-Verdichter-Gruppe
auf einen vorgewählten Höchstwert begrenzt wird.
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Aus den vorstehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß beim Turboprop-Triebwerk
wie beim Hubschrauber-Triebwerk sowohl die Turbinen-Verdichter-Gruppe als auch die
freie Nutzleistungsturbine mit auf Drehzahl ansprechenden Teilen ausgerüstet sein
muß.
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Beim Turboprop-Triebwerk muß der Drehzahlregler der Turbinen-Verdichter-Gruppe
die Brennstofförderung so ändern, daß die Drehzahl innerhalb des normalen Drehzahlbereichs
entsprechend den verschiedenen Einstellungen des Gashebels reguliert wird, während
beim Antrieb eines Hubschraubers der Drehzahlregler für die Turbinen-Verdichter-
Gruppe
im normalen Drehzahlbereich des Gaszerzeugers unwirksam sein muß und lediglich zur
Verhinderung einer Drehzahlüberhöhung eine Begrenzung der Brennstoffmenge bewirken
muß. Weiterhin ist zu e#t'.e.incr, daß beim Turboprop-Triebwerk dei Regler fu'«#r
die frcie Nutzleistungsw.-bine übe:- den ne --
malen Drehzahlbereich für die
Regelung der Brennstofförderung unwirksam bleiben muß und nui als Drehzahlbegrenzungssteuerung
wirkt, während sie beim Antrieb eines Hubschraubers zur Regelung der Brennstofförderung
über den normalen Betriebsdrehzahlbereich der freien Nutzleistungsturbine herangezogen
wird, damit eine gewählte Antriebsdrehzahl aufrechterhalten wird.
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In vielen Fällen ist es also wünschenswert, ein Gasturbinentriebwerk
mit freier Nutzleistungsturbine zur Verfügung zu haben, das sowohl als Turboprop-Triebwerk
als auch zum Antrieb eines Hubschraubers verwendbar ist. Wegen der grundlegenden
Unterschiede im Betrieb der Regelanlage des Gasturbinentriebwerks in den beiden
Anwendungsfällen war es jedoch bisher erforderlich, entweder vollständig verschiedene
Regelanlagen vorzusehen oder bei Verwendung einer einzigen Regelanordnung beträchtliche
Abänderungen in der Regelanlage beim übergang von der einen Betriebsart zur anderen
vorzunehmen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache,
und betriebssicher wirkende Regelanlage zu schaffen, welche durch einen einfachen
Austausch einfacher Teile in eine Regelanlage umbaubar ist, die den Erfordernissen
einer anderen Betriebsweise des Gasturbinentriebwerks entspricht.
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Gemäß der Erfindung ist zwischen jedem Drehzahlregler und dem Brennstoffregelventil
ein Hebel geschaltet, dessen Schwenklager verstellbar ist. Durch die. Verschiebung
eines dieser Schwenklager kann die Brennstoffzuführung von Hand geregelt werden.
Das andere Schwenklager kann dabei in einer unveränderteri Lage gehalten werden,
so daß der diesem Lager zugeordnete Hebel als Begrenzungsanschlag des Drehbereichs
dient, der von der auf Drehzahl ansprechenden Vorrichtung abgegriffen wird, die
diesem Hebel zugeordnet ist. Um die Regelweise zu ändern, ist es beispielsweise
lediglich erforderlich, die Teile auszutauschen, die die Schwenklager in einstellbarer
Weise verschieben. Je nach gewünschten Betriebsweisen kann das eine Schwenklager
am Ort gehalten und das andere Schwenklager in einstellbarer Weise verschoben werden,
und umgekehrt. Es ist aber auch möglich, zur Erzielung bestimmter Regelfunktionen
beide Schwenklager unabhängig voneinander zu verschieben.
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Jedes Schwenklager der Hebel kann sich auf einer Kurvenscheibe abstützen,
die auf einer von Hand verdrehbaren Welle sitzt. Eine der Kurvenscheiben kann dabei
eine Kreisscheibe sein und mit der anderen Kurvenscheibe auf einer gemeinsamen Welle
sitzen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht durch einen Teil einer Brennstoffregelanlage
für ein Gasturbinentriebwerk nach der Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht eines
Teiles der Anlage von F i g. 1 bei einer anderen Ausführungsform und F i
g. 3 einen Teil der Anlage von F i g. 1 nach Vomahme einiger Änderungen
für eine andere Regelungsart. In F i g. 1 ist die Brennstoffregelanlage eines
Gasturbinentriebwerks gemäß der Erfindung dargestellt. Die Teile der Anlage sind
in einem Gehäuse 10 untergebracht. In diesem sind zwei Drehzahlregler 11
und 12 gelagert; zum Zweck der Erläuterung sei angenommen, daß der Regler
11 so angeschlossen ist, daß er auf die Drehzahl des Gaserzeugerteiles der
Maschine anspricht, während der Regler 12 auf die Drehzahl der Nutzleistungsturbine
anspricht. Wie bereits zuvor erläutert wurde, sind der Gaserzeugerteil und die freie
Nutzleistungsturbine mechanisch voneinander unabhängig drehbar, wobei die freie
Nutzleistungsturbine mit einem anzutreibenden Verbraucher verbunden ist und die
vom Gaserzeugerabschnitt des Triebwerks abgegebenen heißen Gase aufnimmt.
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Die Regler 11 und 12 sind übliche Fliehgewichtsregler. Sie
enthalten Fliehgewichte 13 bzw. 14, die durch die Zentrifugalkraft betätigt
werden und bei 15
bzw. 16 an (nicht dargestellten) drehbaren Spindeln
gelagert sind, die über entsprechende mechanische Verbindungen durch den Gaserzeuger
bzw. die freie Nutzleistungsturbine angetrieben werden. Beim Regger 11 ist
zu erkennen, daß die Fliehgewichte 13 so gelagert sind, daß sie an einem
Flansch 17 anliegen und dessen Stellung gegen die Kraft einer Feder
18
steuern.
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Die Feder 18 liegt mit ihrem oberen Ende an einem Hebel
19 an, der bei 20 schwenkbar auf einem vom Gehäuse 10 getragenen Lagerbock
21 gelagert ist. Am Punkt 22 ist mit dem Hebel 19 ein Arm 23
gelenkig
verbunden, der an seinem unteren Ende einen Kolben 24 trägt, der in einem Gehäuse
10 gebildeten Zylinder 25 gleitbar angeordnet ist.
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Dem Zylinder 25 wird Brennstoff unter Druck über Kanäle
26, 27 und 27 a sowie eine in Serie damit liegende Drosselöffnung
28 von einer Pumpe 29
zugeführt, die über eine Leitung 30 Brennstoff
von dem Hauptbrennstoffvorrat erhält. Der Brennstoff wird aus dem Zylinder
25 über eine Leitung 31 und eine Austrittsöffnung 32 in eine
Kammer 33 abgegeben, die mit dem Abfluß des Systems über geeignete, nicht
dargestellte Kanäle verbunden ist. Die Geschwindigkeit der BrennstotTströmung durch
die Auslaßöffnung 32 wird durch eine Klappe 34 geregelt, die an einem Verbindungsglied
35 befestigt ist. Das Verbindungsglied 35 ist fest mit dem Flansch
17 so
verbunden, daß es durch die Wirkung des Reglers 11
in senkrechter
Richtung verstellt wird.
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Es ist zu erkennen, daß der Brennstoffdruck in dem Zylinder
25 durch den Abgabedruck der Pumpe 29 und den Druckabfall an der Drossel
28 bestimmt ist. Der Druckabfall an der Drossel 28 ist andrerseits
durch die Strömungsgeschwindigkeit durch die Drossel bestimmt, die ihrerseits durch
die Stellung der Klappe 34 in bezug auf die Auslaßöffnung 32 festgelegt ist.
Wenn also die Klappe 34 näher an die Auslaßöffnung 32 heranbewegt wird, wird
die Strömung durch die Öffnung 32 stärker gedrosselt, wodurch die Strömung
durch die Drosselöffnung 28 verringert und der Druckabfall an dieser Drossel
verkleinert wird, so daß der Druck im Zylinder 25 ansteigt. Wenn die Klappe
34 von der Auslaßöffnung 32 fortbewegt wird, steigt die Strömung durch diese
Öffnung an, wodurch ein Anstieg des Druckabfalls an der Öff-
nung
28 und ein Sinken des Drucks im Zylinder 25
hervorgerufen werden.
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Zur Erläuterung der Wirkung des Reglers 11 und des zugehörigen
Mechanismus sei angenommen, daß
die Drehzahl zunimmi, wodurch die
Fliehgewichte 13
radial nach außen bewegt werden. Dadurch werden der Flansch
17, das Verbindungsglied 35 und die Klappe 34 gegen die Kraft der
Feder 18 nach oben bewegt. Es ist zu erkennen, daß dadurch die Klappe 34
näher an die Auslaßöffnung 32 heranbewegt wird, wodurch der Druck im Zylinder
25 steigt. Der vergrößerte Druck im Zylinder 25 drückt den Kolben
24 und die Kolbenstange 23 nach oben, wodurch der Hebel 19 gegen den
Uhrzeigersinn um seinen Schwenkpunkt 20 entgegen der Kraft der Feder 18
verschwenkt
wird. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 24 setzt sich fort, bis die Feder
18 so weit zusammengedrückt ist, daß ein Kräfteausgleich und somit ein neuer
Gleichgewichtszustand eintritt.
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Es ist zu erkennen, daß bei der soeben beschriebenen Folge von Vorgängen
eine Rückführungswirkung auftritt, durch die die Klappe 34 über die von der Feder
18 ausgeübte größere Kraft gegen die von den Fliehgewichten 18 erzeugte
entgegengesetzte Kraft zurückgestellt wird. Der Grad der Rückführungswirkung kann
für jeden Anwendungsfall so gewählt werden, daß die gewünschte Empfindlichkeit erhalten
wird. Das Endergebnis besteht jedoch darin, daß eine Bewegung des Hebels
19 gegen den Uhrzeigersinn um seinen Schwenkpunkt 20 durch einen Drehzahlanstieg
aus einer Gleichgewichtsstellung hervorgerufen wird. In ähnlicher Weise ist zu erkennen,
daß eine Verringerung der Drehzahl bewirkt, daß die Klappe 34 von der Öffnung
32 fortbewegt wird, wodurch eine Verminderung des Drucks im Zylinder
25
hervorgerufen wird, so daß sich der Hebel 19 unter dem Einfluß der
von der Feder 18 ausgeübten, nicht ausgeglichenen Kraft im Uhrzeigersinn
drehen kann.
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Der dem Regler 12 zugeordnete Mechanismus ist in gleicher Weise ausgeführt;
er enthält einen Flansch 36, dessen Stellung durch den Regler gesteuert wird,
ein an dem Flansch befestigtes Verbindungsglied und eine von dem Verbindungsglied
getragene Klappe 38,
die zur Regelung der Brennstoffströmung durch eine Auslaßöffnung
39 verstellt wird.
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Die Stellung des Flansches 36 wird durch die Fliehgewichte
14 gegen eine Feder 40 gesteuert, die an einem Hebel 41 anliegt, der bei 42 an einem
Lagerbock 43 schwenkbar gelagert ist. Am Punkt 44 ist an dem Hebel 41 ein Arm 45
angelenkt, der an seinem unteren Ende einen Kolben 46 trägt, der in einem im Gehäuse
10 gebildeten Zylinder 47 gleitbar angeordnet ist. Dem Zylinder 47 wird Brennstoff
unter Druck von der Förderpumpe 29 über die Leitungen 27 und
27 b sowie eine in Serie damit liegende Drosselöffnung 48 zugeführt. Der
Brennstoff wird aus dem Zylinder 47 über eine Leitung 49 abgegeben, die zu der Auslaßöffnung
39 führt.
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Es ist zu erkennen, daß der Betrieb des#Reglers 12 und des dazugehörigen
Mechanismus der gleiche wie bei dem zuvor beschriebenen Regler 11 ist, indem
ein Anstieg der Drehzahl des Reglers 12 eine Aufwärtsbeewegung der Klappe 38 hervorruft,
wodurch der Druck im Zylinder 37 vergrößert wird und eine Bewegung des Hebels
41 um seinen Schwenkpunkt 42 im Uhrzeigersinn verursacht wird, während ein Drehzahlabfall
eine Bewegung des Hebels 41 gegen den Uhrzeigersinn um seinen Schwenkpunkt 42 hervorruft.
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Die Brennstoffströmung zu der Maschine erfolgt über eine Leitung
50 a; sie wird durch ein Ventil 50
geregelt, das durch
eine Feder 51 in die offene Stellung gedrückt wird. Diese Feder liegt an
einem am oberen Ende des Ventilschaftes, 53 angebracht= Flanschteil
52 an. Das Ventil 50 wird so eingestellt, daß der wirksame Strömungsquersähnitt
eines Kanals 54 zur Regelung der hindurchströmenden Brennstoffmenge verändert wird.
Der Brennstoff wird in die Ventilkammer 55 von der Pumpe 29 über die
Leitungen 27, 27 a und 27 c gefördert.
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Damit die Brennstoffströmung dem eingestellten Querschnitt des Durchlasses
54 im wesentlichen direkt proportional ist, wird der Druckabfall an diesem Durchlaß
mittels eines druckgesteuerten Umgchungskolbens 56, der den freien Querschnitt
einer Umgehungsleitung 57 steuert, etwa konstant gehalten. Der Kolben
56 liegt gleitbar in einem Zylinder 48 und wird durch eine Feder
59 nach oben gexlrüc'kt.
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Der Brennstoffdruck an der stromaufwärts liegenden Seite des Durchlasses
54 wird der Oberseite des Kolbens 56 über einen Kanal 60 zugeführt,
während der Druck an der stromabwärts liegenden Seite der Öffnung 54 auf die Unterseite
des Kolbens 56 über einen Kanal 61 einwirkt. Die Stellung des Kolbens
56
in dem Zylinder ist somit durch die darauf einwirkende Druckdiff erenz
bestimmt, die, dem Druckabf all an dem Durchlaß 54 entspricht und gegen die Kraft
der Feder 59 wirkt.
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Der Kolben 56 steuert somit den frei liegenden Querschnitt
der Umgehungsleitung 57, wodurch der Druckabfall an dem Durchlaß 54 auf einen
verbestimmten Wert eingeregelt wird. Wenn der Druckabfall über den vorbestimmten
Wert ansteig wird der Kolben nach unten gedrüch wodurch die Umgehungsströmung vergrößert
wird, so da-ß die Strömung durch den Durchlaß 54 und der Druckabfall an diesem verringert
werden. Dadurch wird der Druckabfall wieder auf den verbestimmten Wert zurückgebracht.
Wenn dagegen der DruckabfaJ1 an dem Durchlaß 54 unter den vorbestimmten Wert fällt,
wird der Kolben durch die Feder 59 gegen die verringerte Druckkraft nach
oben beweA wodurch die, Umgehungsleitung verschlossen wird, bis die Stromung durch
den Durchlaß 54 ausreichend vergrößert ist, daß der Druckabfall an dem Durchlaß
54 auf seinen ursprünglichen Wert zurückgebracht wird. Die durch den Durchlaß 54
strömende Brennstoffmenge wird somit etwa direkt proportional zu dem effektiven
Querschnitt des Durchlasses gemacht der seinerseits durch die Stellung des Ventils
50 eingestellt wird.
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Die Stellung des Ventils 50 und damit die der Maschine zugeführte
Brennstoffinenge wird durch einen Hebel 62 gesteuert, der bei 63 an
einer Stange 64 schwenkbar gelagert ist. Diese wird durch eine in einer Fassung
66 befestigte Feder 65 gegen einen Nocken 67 gedrÜckt. Die
WinkeIstellung des Nokkens 67 wird durch eine Welle 68 gesteuert,
an der der Nocken befestigt ist und die von Hand durch den Piloten zur Regelung
der von der Maschine abgegebenen Leistung verstellbar ist. Der Nocken
67 ist so geformt, daß durch eine Drehung in der einen oder anderen Richtung
der Schwenkpunkt 63 nach einem vorbestimmten Plan gehoben oder gesenkt wird.
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Die Stellung des Ventils 50 kann ferner durch einen zweiten
Hebel 69 gesteuert werden, der bei 70
schwenkbar an einer Stange
71 gelagert ist und in einer Begrenzungsstellung gehalten wird. Die Stange
71 wird durch eine in einer Fassung 73 gehaltene Feder 72 gegen
eine zylindrische Scheibe 74 gedrückt, deren Umfangsfläche in einem gleichförmigen
Radius
in bezug auf die Drehachse der Welle 68 liegt. Die
Scheibe 74 ist drehfest mit der Welle 68 verbunden; infolge ihres gleichförinigen
Radius hält sie jedoch den Schwenkpunkt 70 in fester Lage in bezug auf die
Welle 68, während durch die Drehung des Nockens 67 der Schwenkpunkt
63 entsprechend dem durch die Form des Nockens bestimmten Programm gehoben
oder gesenkt wird.
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Es soll nun gezeigt werden, daß durch eine Verstellung der
Lage des Schwenkpunkts 63 die Drehzahl verstellt wird, die durch den Regler
12 und den zu-
gehörigen Mechanismus eingehalten wird.
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Es sei angenominen, daß sich die Bauteile ursprünglich in einer Gleichgewichtslage
befinden und daß nun die Nocken 67 über die Welle 68 durch eine Bewegung
des Gashebels so gedreht wird, daß sich der Schwenkpunkt 63 um eine bestimmte
Strecke nach oben bewegt. Es sei daran erinnert, daß zum Zweck der Erläuterung angenommen
wurde, daß der Regler 12 durch die freie Nutzleistungsturbine der Maschine angetrieben
wird.
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Da das linke Ende des Hebels 62 durch eine Feder nach oben
gedrückt wird, hat die Aufwärtsbewegung des Schwenkpunkts 63 zunächst die
Wirkung, daß sich der Flansch 52 zusammen mit dem Ventilschaft
53 und dem Ventil 50 nach oben bewegen kann, wodurch die dem Gaserzeugerteil
der Maschine zugeführte Brennstoffmenge vergrößert wird. Dadurch steigt die Drehzahl
des Gaserzeugers an, so daß die der freien Nutzleistungsturbine zugeführte Menge
an Heißgas vergrößert wird, wodurch wiederum deren Drehzahl ansteigt.
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Da sich die Drehzahl des Reglers 12 zusammen mit der ansteigenden
Turbinendrehzahl erhöht, wird die Stange 37 nach oben bewegt, wodurch die
Auslaßöffnung 39 gedross,elt wird und der Druck im Zy-
linder 47 steigt.
Dies hat zur Folge, daß der Kolben 46 den Hebel 41 im Uhrzeigersinn um den Schwenkpunkt
42 dreht. Diese Bewegung des Hebels 41 im Uhrzeigersinn verursacht eine Bewegung
des Hebels 62 gegen den Uhrzeigersinn, wodurch der Flansch 52 und
das Ventil 50 nach unten bewegt werden, so daß die geförderte Brennstoffmenge
abnimmt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis eine neue Gleichgewichtslage erreicht
wird.
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Es ist jedoch zu erkennen, daß der Drehzahlregler eine höhere Drehzahl
annehmen muß, als sie vor der Aufwärtsverstellung des Schwenkpunkis 63 bestand,
damit das Ventil 50 in seine ursprüngliche Lage zurückgebracht und damit
die Brennstoffströmungsmenge auf ihren ursprünglichen Wert zurückgestellt wird.
Bei jeder vorgegebenen Belastung der freien Nutzleistungsturbine, die einer bestimmten
Brennstoffmenge entspricht, wird es also durch eine Aufwärtsbewegung des Schwenkpunkts
63 erforderlich, daß der Drehzahlregler auf einer höheren Solldrebzahl arbeitet,
damit die gleiche Brennstoffmenge zur Maschine gefördert wird. In ähnlicher Weise
läßt sich zeigen, daß durch eine Abwärtsbewegung des Schwenkpunkts 63 eine
Verringerung der Solldrehzahl des Drehzahlregiers hervorgerufen wird. Die Solldrebzahl,
die der Nutzleistungsturbine vorgeschrieben wird, kann somit dadurch verstellt werden,
daß der Nocken 67 über die Welle 68 zum Heben oder Senken des Schwenkpunkts
63 gedreht wird. Während dieses Vorgangs bleibt jedoch die Lage des Schwenkpunkts
70 unverändert, wie zuvor erläutert wurde. Es ist jedoch offensichtlich,
daß bei einer Verstellung der Drehzahl der Nutzleistungsturbine durch Handbetätigung
dre Welle 68 die Drehzahl des Gaserzeugers infolge der entsprechenden Änderung
der Brennstoffmenge ebenfalls beeinflußt wird. Wenn also die Welle 68 so
gedreht wird, daß der Schwenkpunkt 63 zur Vergrößerung der Drehzahl der Nutzleistungsturbine
angehoben wird, wird die Vergrößerung der Nutzleistungsturbinendrehzahl dadurch
hervorgerufen, daß die dem Gaserzeuger zugeführte Brennstoffmenge vergrößert wird,
wodurch auch dessen Drehzahl erhöht wird. In entsprechender Weise ergibt eine Verstellung
der Welle 68 zur Verminderung der Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine
auch eine Abnahme der Gaserzeugerdrehzahl. Zusätzlich wird die drehzahlregulierende
Wirkung des Reglers 12 der Nutzleistungsturbine und des zugehörigen Mechanismus
durch die Regulierung der dem Gaserzeuger zugeführten Brennstoffmenge bewerkstelligt,
damit die Drehzahl des Gaserzeugers auf den Wert eingestellt wird, der erforderlich
ist, damit die richtige Menge an Heißgas von dem Gaserzeuger der freien Nutzleistungsturbine
geliefert wird.
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Während dieses Vorgangs spricht der Re-gle-r-ii des Gaserzeugers auf
Änderungen der Gaserzeugerdrehzahl in der bereits zuvor erläuterten Weise an. Die
Lage des Schwenkpunkts 70, die durch den Radius der Scheibe 74 bestimmt ist,
ist jedoch so gewählt, daß innerhalb des normalen Betriebsdrehzahlbereichs des Gaserzeugers
der Hebel 69 außer Berührung mit dem Flansch 52 bleibt, so daß die
Gaserzeugerdrehzahl keinen Einfluß auf die vom Drehzahlregler der freien Nutzleistungsturbine
vorgeschriebene Brennstoffmenge ausübt.
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Es ist jedoch zu erkennen, daß bei einer bestimmten vorgewählten Brennstoffördermenge,
die einer Stellung des Flansches 52 und einer dadurch hervorgerufenen, durch
die Stellung des Hebels 79 ausgedrückten Gaserzeugerdrehzahl entspricht,
der Hebel 69 den Flansch 52 erfaßt, so daß eine weitere Bewegung des
Hebels 62 im Uhrzeigersinn oder Aufwärtsbewegung des Schwenkpunkts
63, die einen weiteren Anstieg der Gaserzeugerdrehzahl verlangt, für eine
Vergrößerung der Brennstoffördermenge unwirksam bleibt, da der Flansch
52 des Strömungsregelventils 50 durch den Hebel 69 gegen eine
Bewegung nach oben festgehalten wird.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung kann somit die
Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine von Hand durch Drehung der Welle
68 eingestellt werden, wobei die dem Gaserzeuger zugeführte Brennstoffmenge
durch die Drebzahlregelung der freien Nutzleistungsturbine so reguliert wird, da-ß
die Drehzahl der freien Nutzleistuagsturbine auf dem gewählten Wert gehalten wird,
während die Regelung des Gaserzeugers nur dazu dient, die Brennstoffördermenge beim
Auftreten einer Drehzahlüberhöhung zu begrenzen. Dies entspricht der zuvor erläuterten
Regeltheorie, die üblicherweise bei Anwendung einer Gasturbine mit freier Nutzleistungsturbine
zum Antrieb eines Hubschraubers befolgt wird.
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Falls es nun erwünscht ist, die Anordnung von F i g. 1 so umzuwandeln,
daß sie sich für eine Turboprop-Maschine eignet, bei der es erwünscht ist, die Gaserzeugerdrehzahl
von Hand einzustellen und die Drehzahl der freien Nutzlastturbine nur zur Begrenzung
der Brennstoffördennenge beim Auftreten einer Drehzahlüberhöhung anzuwenden, können
der Nokken
67 und die Scheibe 74 ersetzt werden, so daß
die Funktionen der Drehzahlregehing und der Drehzahlbegrenzung zwischen den beiden
Reglern vertauscht werden. Diese Abänderung ist in F i g. 3 dargestellt,
in der alle Bauteile denjenigen von F ig. 1
entsprechen und niit gleichen
Bezugszeichen versehen sind, mit Ausnahme der Scheibe 74, die durch einen Nocken
75 ersetzt ist und des Nockens 67, der durch -eine, Scheibe
76 ersetzt ist. Bei der Anordnung von F i g. 3 bleibt der Regler
11 so angeschlossen, daß er auf die Drehzahl des Gaserzeugers anspricht und
die Stellung des Hebels 69 in Abhängigkeit von dieser verändert, während
der Regler 12 so angeschlossen bleibt, daß er auf die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine
anspricht und die Stellung des Hebels 62 als Funktion von dieser regelt.
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Die Scheibe 76 ist mit der Welle 68 verbunden, und sie
besitzt eine zylindrische Außenfläche von gleichförmigem Radius in bezug auf die
Drehachse der Welle 68, so daß der Schwenkpunkt 63 des Hebels
62 feststehend bleibt, wenn die Welle 68 gedreht wird. Die Lage des
Schwenkpunkts 63 ist so gewählt, daß über den nonnalenBetriebsdrehzahlbereich
der freien Nutzleistungsturbine, der durch einen Stellungsbereich des Hebels
62 und einen Stellungsbereich des Brennstoffregelventils 50 dargestellt
ist, der Hebel 62 außer Berührung mit dem Flansch 52 des Brennstoffregelventils
bleibt. Wenn jedoch die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine anfängt, einen
vorbestimmten Wert zu überschreiten, erfaßt der Hebel 62 den Flansch
52, wodurch die der Maschine zugeführte, Brennstoffmenge begrenzt wird. Alle
weiteren Versuche des Reglers 11, durch Drehung des Hebels gegen den Uhrzeigersinn
eine, stärkere Brennstoffförderu#ng vorzuschreiben, bleiben unwirksam, weil in diesem
Bereich die der größten Brennstofförderung entsprechende Stellung des Ventils
50 durch den Hebel 62 begrenzt ist. Bei der in F i g. 3 gezeigten
Anordnung wird somit die Drehzahl des Gaserzeugers von Hand durch Drehung der Welle
68 vorgeschrieben, wobei der Nocken 75 so geformt ist, daß er jede
vorgewählte Beziehung zwischen der Gaserzeugerdrehzahl und der Winkelstellung der
Welle 68 ergibt, während die Drehzahlregelschleife der freien Nutzleistungsturbine,
die durch den Regler 12 und den zugehörigen Mechanismus wirkt, lediglich eine Drehzahlbegrenzung
beim Auftreten einer Drehzahlüberhöhung der freien Nutzleistungsturbine ergibt.
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Die in F i g. 1 und 3 dargestellte Ausführungsform ergibt
somit eine Regelanordnung für eine Maschine mit freier Nutzleistungsturbine, die
jeder der zuvor erläuterten Regeltheorien einfach dadurch angepaßt werden kann,
daß zwei verhältnismäßig billige Teile des Systems ersetzt werden.
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In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsforrn der Erfindung
dargestellt. Bei dieser Ausführungsforin sind die Grundelemente der Anordnung von
F i g. 1
beibehalten und mit den gleichen Bezugszeichen versehen; in diesem
Fall werden jedoch zwei getrennt drehbare Wellen 77 und 78 zur Steuerung
der Winkelstellungen des Nockens 67 bzw. eines zweiten Nockens 74a verwendet.
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In der Darstellung ist die Anordnung von F i g. 2 so angeschlossen,
daß sie eine Regelung durch die Drehzahl der freien Nutzleistungstarbine in Verbindung
mit einer Drehzahlbegrenzung durch die Gaserzeugerdrehzahl ergibt. Die WinkeIstellung
des Nokkens 74a kann durch Drehen dei Welle 78 von Hand so verändert werden,
daß der Schwenkpunkt 70 in eine gewünschte Lagr, eingestellt wird, in der
die Brennstoffördermenge bei Erreichen einer vorgewählten Gaserzeugerdrehzahl begrenzt
wird, bei der diese Begrenzung stattfinden soll.
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Nach der Einstellung des, Nockens 74 a wird die Wolle
78 arretiert, und die Lage de Schwenkpunktes 70 bleibt anschließend
im Betrieb der Steueranordnung unveränderL Die Welle 77, mit der die Winkelstellung
des Nockens 67 verändert wird, ist mit dem Gashebel so verbunden, daß die
Drehzahl der freiein Nutzleistungstarbine innerhalb des Betriebsdrehzahlbereichs
auf jeden gewunschten Wert eingestellt werden kann. Die Anordnung führt dann die
Funktionen der Regelung durch die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine und der
Drehzahlbegrenzung durch die Drehzahl des Gaserzeugers in der gleichen Weise wie
die Anordnung von F i g. 1 durch.
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Wenn nun die Anordnung von F i g. 2 so abgeändert werden soll,
daß eine Handregelung der Gaserzeugerdrehzahl in Verbindung mit einer Drehzahlbegrenzung
durch die Drehzahl der freien Nutzleistungsturbine erhalten wird, ist es lediglich
erforderlich, die Verbindung mit dem Gashebei von der Welle 77 zu entfernen
und auf die Welle 78 zu übertragen. Bei dieser Veränderung wird
die Welle 77
von Hand so grdreht, daß der Schwenkpunkt 63 bis
zu einer Stelle angehoben wird, bei der eine Drehzahlbegrenzung entsprechend einer
vorgewahlten Grenzdrehzahl der freien Nutzleistungsturbine erhalten wird. Dann wird
die Welle 77 arretiert, so- daß die Lage des Schwenkpunkts 63 anschließend
beim Betrieb der Regelanordnung unverändert bleibt. Die Lage des Schwenkpunkts
70 wird dagegen nun durch die Stellung des Gashebels gesteuert welche die
Winkelstellungen des Nockem 74 a bestimmt. Es ist offensichtlich, daß bei der Ausftffi=g&f(>rm
von F i g. 2 die Nocken 74 a und 67 so pformt sein müssen, daß die
gewünschte programm emäße Beziehung zwischen dem Gashebelwinkel und der Dreh-zahl
bei jeder Betriebsart erhalten wird, Aus vorstehender Beschreibung ist zu erkennen,
daß mit der Erfindung eine Regelanordnung für Gasturbinen mit freier Nutzleistungsturbine
geschaffen wird, die sich mit nur gc>ringftigigen Änderungen an die eine oder andere
von zwei Betriebsarten anpassen läßt, wobei bei der einen Betriebsart eine Drehzahlregelung
durch die freie Nutzleistungsturbine mit einer Drehzahlbegrenzung durch den Gaserzeuger
und bei der anderen Betriebsart eine Drehzahh-ege>-lung durch den Gaserzeuger in
Verbindung mit einer Drehzahlbegrenzung durch die freie Nutzleistungs, turbine erhalten
wird.