DE3030466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffregler der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solcher Brennstoffregler ist aus der US 37 13 290 oder der US 36 11 719 bekannt.

Die statischen Betriebskennlinien eines typischen Gasturbinen­ triebwerks sind so, daß, wenn die Triebwerksdrehzahl N an­ steigt, das Verhältnis zwischen dem Brennstoffdurchfluß W_F und dem Verdichterauslaßdruck CDP vergrößert werden muß. Das Verhältnis W_F/CDP wird gewöhnlich in Verhältniseinhei­ ten angegeben. Bei niedrigen Triebwerksdrehzahlen, bei­ spielsweise nahe dem Leerlauf, ist eine weitere wichtige Eigenschaft des Gasturbinentriebwerks, daß die Differenzen zwischen den Verhältniseinheiten bei unterschiedlichen Dreh­ zahlen ziemlich klein sind. Die statische Kennlinie ist al­ so im Leerlaufgebiet im wesentlichen horizontal und kann bei niedrigen Drehzahlen tatsächlich eine umgekehrte Steigung haben.

Der Hauptzweck eines Brennstoffreglers für ein Gasturbinentriebwerk ist es, den Brennstoffdurchlaß zu dem Triebwerk in einer vorbestimmten Beziehung zum Verdichterauslaßdruck ent­ sprechend den Leistungsanforderungen und -änderungen, die durch einen Leistungshebel gemacht werden, zu regeln. Der Brennstoffregler ändert also, allgemein gesagt, die Verhältniseinheiten in Beziehung zu Triebwerks­ leistungseinstellungen: Während Beschleunigungszuständen und während Zuständen hohen Leistungsbedarfs sind die Ver­ hältniseinheiten groß; während Betriebszuständen mit geringer Leistung, wie beispielsweise bei der Drehzahlvermin­ derung, sind die Verhältniseinheiten klein. Der Brenn­ stoffregler kann daher so aufgefaßt werden, als regle er die Verhältniseinheiten zwischen vorgeschriebenen Minimal- und Maximalwerten. Für jede besondere Triebwerksleitungs­ herstellung durch den Leistungshebel ist die Beziehung zwischen den Verhältniseinheiten und der Triebwerksdreh­ zahl im Idealfall konstant. Der Schnittpunkt der statischen Kennlinie des Treibwerks und der Kennlinie der Verhältnis­ einheiten ergibt sich bei der statischen Drehzahl des Triebwerks für diese Triebwerksleistungseinstellung, die somit die besondere Verhältniseinheit bei dieser Drehzahl festlegt. Bei mäßigen und hohen Triebwerksdrehzahlen tritt der Schnittpunkt unter einem beträchtlichen Winkel auf. Infol­ gedessen sind die Differenzen zwischen den Verhältnisein­ heiten bei unterschiedlichen Drehzahlen ziemlich bedeutsam und infolgedessen erzeugen kleine Änderungen in den Ver­ hältniseinheiten keine bedeutsamen Änderungen in der Trieb­ werksdrehzahl. Die Triebwerksdrehzahlgenauigkeit ist daher in diesen Gebieten ziemlich hoch. Bei den niedrigeren Triebwerksdrehzahlen, bei denen die statische Kurve flach oder horizontal ist, sind die Schnittpunktwinkel viel klei­ ner und die Arbeitspunkte sind deshalb nicht annähernd so gut festgelegt. Daher kann bei niedrigeren Drehzahlen die Triebwerksdrehzahlgenauigkeit schlecht sein, was es schwierig macht, eine Solldrehzahl bei einer besonderen Triebwerkslei­ stungseinstellung durch den Leistungshebel zu erreichen.

Im Stand der Technik wird auf verschiedenen Wegen versucht, diese Genauigkeitsprobleme zu mildern. Im allgemeinen werden Minimalverhältniseinheiten bei den niedrigeren Triebwerksdrehzahlen durch die Verwen­ dung eines mechanischen Zusatzreglers in dem Brennstoffregler erreicht; durch Vorsehen eines Minimal­ brennstoffdurchflusses für unterschiedliche Einstellungen (Leerlaufeinstellungen) niedriger Leistung werden die Schnittpunktwinkel beträchtlich vergrößert. Oberhalb von Leerlaufdrehzahlen wird der Zusatzregler jedoch nicht not­ wendigerweise benutzt, und die Verhältniseinheiten können allein auf den Verdichterauslaßdruck hin eingestellt werden. Ein Beispiel eines solchen Brennstoffreglers zeigt die o. g. US 36 11 719.

Ein zusätzlicher Zwang, der Gasturbinenbrennstoffreglern auferlegt wird, ist die Notwendigkeit eines absoluten Minimalbrennstoffdurchflusses zu dem Triebwerk bei irgend­ einem Leistungshebelvorschub über eine Abschaltposition hinaus. Im allgemeinen wird das erreicht, indem zusätzliche Brennstoffdurchflußregelkreise vorgesehen werden, die in Verbindung mit dem Mimimalbrennstoffdurchfluß wirken, der durch den mechanischen Zusatzregler bereitgestellt wird, welcher einfach unterschiedliche Minimalbrennstoffdurchflüsse in dem Leerlaufbereich für unterschiedliche Leistungshebel­ vorschubeinstellungen niedriger Leistung einstellt.

Eine weitere Funktion eines Gasturbinenbrennstoffreglers besteht darin, den Brennstoffdurchfluß zu dem Triebwerk in Beziehung zu verschiedenen Parametern zu modifizieren, wie der Triebwerksdrehzahl, der Beschleunigung, der Tem­ peratur, der Umgebungstemperatur und dem Druck. Dafür gibt es zwei Gründe: zum Vergrößern des Triebwerksbetriebswir­ kungsgrades und zum Verhindern eines Triebwerksbetriebes bei gewissen Drehzahlen und Verhältniseinheiten, um so einen Betrieb in dem Triebwerkspumpgebiet zu vermeiden. Jüngere Fortschritte bei Brennstoffreglern sind durch stärkere Verwendung von elektronischen Schnittstellen mit hydromechanischen Brennstoffreglern gekennzeichnet, um diese Brennstoffdurchflußmodifizierungseigenschaften zu schaffen. Zu diesen jüngeren Fortschritten gehört haupt­ sächlich die Verwendung von computergestützten Brennstoffreglern, die die verschiedenen Parameter abfühlen, um Signale zu liefern, welche den Brennstoffdurchfluß in dem hydrome­ chanischen Teil des Brennstoffreglers modifizieren. Da die Zuverläs­ sigkeit bei allen Brennstoffreglern ein Hauptfaktor ist, wird es weiterhin als wichtig angesehen, einen Triebwerks­ betrieb getrennt und gesondert von dem elektronischen Teil sicherzustellen. Mit anderen Worten, der elektronische Teil sollte nicht als einzige Einrichtung zum Regeln des Brenn­ stoffdurchflusses benutzt werden, sondern vielmehr als ei­ ne Einrichtung zum Modifizieren einer Grundregelung, die durch den hydromechanischen Teil vorgenommen wird.

Die vorstehend beschriebenen Techniken zum Erzielen eines stabilen, wirksamen Triebwerksbetriebes und zum Ausbil­ den eines Mindestbrennstoffdurchflusses tragen beträcht­ lich zu den Kosten, zur Wartung und zur Größe des Brenn­ stoffreglers bei. Die Leistungsfähigkeit solcher Brennstoffregler ist zwar ausgezeichnet, es gibt jedoch einen deutlichen Bedarf an kleineren, leichteren Brennstoffreg­ lern, die dieselben Ergebnisse zu beträchtlich niedrigeren Kosten erbringen. Das gilt insbesondere für Brennstoff­ regler für kleine Gasturbinentriebwerke, beispielsweise für solche, wie sie in kleinen Privatjets und dgl. benutzt werden.

Um bei dem aus der eingangs erwähnten US 37 13 290 bekann­ ten Brennstoffregler einen absoluten Mindestbrennstoff­ durchfluß zu dem Triebwerk für jede Stellung des Lei­ stungshebels über die Abschaltposition hinaus zu gewähr­ leisten, ist ein getrennter Brennstoffdurchflußkreis zu­ sätzlich zu einem mechanischen Zusatzregler für den Min­ destbrennstoffdurchfluß vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Brenn­ stoffregler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Art einen kleinen und besonders wirtschaftlichen Brennstoffregler für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, bei dem auch im Leistungsbereich zwischen der Mindest­ brennstoffmenge und den höheren Brennstoffmengen eine kor­ rekte Dosierung des Brennstoffdurchflusses möglich ist, ohne eigens dafür einen mechanischen Zusatzregler vorzuse­ hen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Bei dem Brennstoffregler nach der Erfindung ist das erste Ventilfenster in dem ersten Brennstoffdurchflußkreis so ausgelegt, daß es bei auf minimalen Brennstoffdurchfluß gestelltem Leistungshebel voll geöffnet ist und beim Vor­ schieben des Leistungshebels zunehmend verschlossen wird. Außerdem sind alle anderen Ventilfenster geschlossen, wenn das Triebwerk bei minimalem Brennstoffdurchfluß betrieben wird, und werden zunehmend geöffnet, wenn der Leistungshe­ bel vorgeschoben wird. Die drei Brennstoffdurchflußkreise ergeben auf diese Weise eine Vielzahl von W_F/CDP- oder Verhältniswert-Kennlinien, welche alle von einem gemeinsa­ men Punkt des absoluten Mindestbrennstoffdurchflusses aus­ gehen und eine Kennlinie des konstanten Betriebes unter einem großen Winkel schneiden, jedoch den erwünscht fla­ chen Verlauf oder konstanten Zusammenhang zwischen den Verhältniswerten und der Triebwerksdrehzahl in dem Bereich der höheren Triebwerksdrehzahlen aufweisen.

Da sich bei dem Brennstoffregler nach der Erfindung die Kennlinie des konstanten Betriebes und die Verhältniswert- Kennlinien für jede gewählte Drehzahl unter einem beträchtlichen Winkel schneiden, ist kein gesonderter, auf die Drehzahl des Triebwerks zwischen minimaler und erhöh­ ter Leistung ansprechender Zusatzregler vorhanden. Da überdies sämtliche Verhältniswert-Kennlinien von dem gemeinsamen Punkt des absoluten Mindestbrennstoffdurch­ flusses ausgehen, ist es nicht erforderlich, zusätzlich einen separaten Mindestbrennstoffdurchflußkreis vorzuse­ hen. Der Brennstoffregler nach der Erfindung hat daher ge­ genüber dem Stand der Technik einen wesentlich einfacheren Aufbau.

Bei dem Brennstoffregler nach der Erfindung sind das erste und dritte Ventilfenster so mit dem Leistungshebel verbun­ den, daß bei der Einstellung des Leistungshebels auf mini­ male Leistung das dritte Ventilfenster vollständig ge­ schlossen und das erste Ventilfenster vollständig geöffnet ist. Demgemäß erzeugt das erste Ventilfenster den absolu­ ten Mindestbrennstoffdurchfluß unabhängig von dem Verdich­ terauslaßdruck CDP. Wenn dann von dieser Position aus der Leistungshebel vorgeschoben wird, wird das erste Ventil­ fenster zunehmend verschlossen, d. h. der Mindestbrenn­ stoffdurchfluß wird verringert. Dagegen wird gleichzeitig das dritte Ventilfenster zunehmend geöffnet und somit der Brennstoffdurchfluß insgesamt erhöht.

Der Brennstoffregler nach der Erfindung liefert also einen Mindestbrennstoffdurchfluß für unterschiedliche Leistungs­ hebelpositionen in dem unteren Bereich von Triebwerkslei­ stungseinstellungen ohne die Verwendung eines mechanischen Zusatzreglers. Weiter wird ein absoluter Mindestbrenn­ stoffdurchfluß zu dem Triebwerk durch die Verwendung der­ selben Einrichtung, die den Mindestbrennstoffdurchfluß für verschiedene Leistungshebelpositionen liefert, erreicht.

Der Brennstoffregler nach der Erfindung ist ein kleiner, wirtschaftlicher Brennstoffregler, der insbesondere für die Verwendung bei kleinen Gasturbinentriebwerken geeignet ist, die bei Operationen in großer Höhe benutzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bildet den Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild eines Brennstoffregelventilsystems,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Verhältniseinheiten und der Triebwerks­ drehzahl zeigt, die durch das Brennstoff­ regelventilsystem von Fig. 1 erzeugt wird, und

Fig. 3 eine Querschnittansicht eines Brennstoff­ reglers nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Brennstoffreglerventilsystem 10 mit drei parallelen Brennstoffdurchflußkreisen, welches den Brennstoffdurchfluß zu einem Gasturbinentriebwerk (nicht gezeigt) in Abhängigkeit von dem Triebwerksverdichterauslaßdruck CDP und der verlangten Triebswerksleistung regelt. Fig. 2 zeigt die Beziehung, die durch das Ventilsystem 10 zwischen Verhältnisein­ heiten W_F/CDP und der Triebwerksdrehzahl N in verschiedenen Triebwerksleistungseinstellungen PLA mittels eines Leistungshebels 18 hergestellt wird.

Brennstoff wird zu einem gemeinsamen Brennstoffeinlaß­ kanal 12 gepumpt und tritt aus einem gemeinsamen Brennstoff­ auslaßkanal 14 auf dem Weg zu dem Triebwerk aus. Ein verstellbares Ventilfenster 16 ist mit dem Leistungshebel 18 mechanisch gekuppelt, der zwischen einer vollständig geschlossenen Position 20 und einer vollständig geöffneten Position 22 vorgeschoben werden kann, um die Triebwerksdrehzahl N in dem Bereich von Leerlaufdrehzahl N_L bis Volleistungsdrehzahl N_H auszuwählen. Ein verstell­ bares Ventilfenster 24 ist ebenfalls mit dem Leistungs­ hebel 18 verbunden. Der Brennstoff, der über das Ventilfenster 16 fließt, geht zu einem verstellbaren Ventilfenster 26, welches auf den Triebwerksverdichterauslaßdruck CDP so anspricht, daß es, wenn der Verdichterauslaßdruck ansteigt, zunehmend geöffnet wird. Ein verstell­ bares Ventilfenster 28 spricht auf den Verdichter­ auslaßdruck CDP in derselben Weise an, empfängt aber Brennstoff direkt aus dem Einlaßkanal 12. Infolgedessen ist der Brennstoff, der dem Triebwerk über den Auslaßkanal 14 zugeführt wird, die Summe des Brennstoffes, der die Ven­ tilfenster 24, 26 und 28 verläßt.

Der Brennstoffdruck zwischen dem Einlaßkanal 12 und dem Auslaßkanal 14 des Ventilsystems 10 wird auf einem konstanten Wert gehalten, und zwar mit Hilfe eines Druckreglers, der in Fig. 1 nicht gezeigt ist, da sein Aufbau und seine Arbeitsweise bekannt sind. In Fig. 3 ist jedoch ein typischer Druck­ regler in einem hydromechanischen Brennstoffregler 35 gezeigt, der das Ventilsystem 10 darstellt und in einem späteren Teil dieser Beschreibung beschrieben ist.

Die Ventilfenster 16 und 24 sind in ihrer Verbindung mit dem Leistungshebel 18 so ausgebildet, daß, wenn der Leistungshebel in der Minimalleistungseinstellung 20 ist, das Ventilfenster 16 vollständig geschlossen und das Ventilfenster 24 vollständig offen ist. Das Ventilfenster 24 erzeugt somit einen absoluten Mindestbrennstoffdurchfluß W_F min zu dem Triebwerk ungeachtet des Verdichterauslaßdruckes CDP. Mit anderen Worten, selbst wenn der Verdichtungsauslaßdruck CDP hypothetisch null ist, geht ein Mindestbrennstoffdurch­ fluß durch das Ventilfenster 24, um den Triebwerksbetrieb auf­ rechtzuerhalten. Wenn der Leistungshebel 18 zu der Position 22 vorgeschlagen wird (d. h. PLA vergrößert wird), schließt das Ventilfenster 24 zunehmend und verringert so den Mindestbrenn­ stoffdurchfluß. Gleichzeitig öffnet jedoch das Ventilfenster 16 und vergrößert so den Brennstoffdurchfluß zu dem Ventilfenster 26, dessen Öffnung in Abhängigkeit von dem Verdichtungsauslaßdruck CDP geregelt wird. Da das Ventil­ fenster 28 den Brennstoff direkt aus dem Einlaßkanal 12 empfängt, ist der Durchfluß durch dieses Ventilfenster und zu dem Trieb­ werk einfach eine Funktion des Verdichterauslaßdruckes CDP, und insgesamt, wenn der Verdichterauslaßdruck CDP ansteigt (die Drehzahl N zunimmt), wird die Öffnung des Ventilfensters 28 in einem bestimmten Verhältnis größer, um einen stärkeren Brennstoffdurchfluß zu schaffen. Das Verhältnis zwischen dem Verdichterauslaßdruck CDP und dem Brennstoff­ durchfluß wird prinzipiell aus der Auslegung der Ventilfenster­ konfiguration gewonnen und unter Anwendung bekannter Methoden kann dieses Verhältnis maßgeschneidert werden, um eine besondere Brennstoffdurchflußänderung auf den Ver­ dichterauslaßdruck CDP hin in dem gesamten Bereich des Ver­ dichterauslaßdruckes CDP zu erzielen, wie es beispiels­ weise durch die Kurven in Fig. 2 gezeigt ist. Dieses Kriterium gilt auch für das auf den Verdichterauslaßdruck CDP ansprechende andere Ventilfenster 26.

Gemäß den Fig. 1 und 2 werden in den unteren Triebwerksleistungseinstellungen PLA die CDP-Durchflüsse der Ventilfenster 26, 28 zu dem Minimaldurchfluß des Ventilfensters 24 addiert. Bei niedriger Drehzahl (d. h. in einem Gebiet 29) ist jedoch der Brennstoff­ durchfluß durch die Ventilfenster 26, 28 im Vergleich zu dem Mindestbrennstoffdurchfluß klein, da der Verdichterauslaßdruck CDP niedrig ist. In dem Gebiet 29 ist der Brennstoffdurchfluß W_F deshalb im wesentlichen eine andere Konstante für jeden Triebwerksleistungseinstellung PLA, die zu der fallenden negativen Steigung von Minimaldurchflußkennlinienteilen 30, 31 führt, wenn durch Leistungshebelvorschub die Triebwerksleistungseinstellung PLA größer wird.

Da die Triebwerksdrehzahl N mit steigender Triebwerksleistungseinstellung PLA zunimmt, wird der Brennstoffdurchfluß W_F zunehmend eine Funktion hauptsächlich des Verdichteraus­ laßdrucks CDP und der Triebwerksleistungseinstellung PLA. Das ergibt die Abflachung, die in den Kurven in Fig. 2 zu erkennen ist, wenn die Triebwerksdrehzahl N ansteigt, und sie tritt hauptsächlich auf, weil, wenn die Triebwerksleistungseinstellung PLA größer wird, der Mindestbrennstoffdurchfluß durch das Ventilfenster 24 kleiner wird; der Durchfluß zu dem auf den Verdich­ terauslaßdruck CDP ansprechenden Ventilfenster 26 wird vergrößert (durch die vergrößerte Öffnung des Ventilfensters 16), und der Durchfluß durch die Ventilfenster 26 und 28 wird, wenn der Verdichterauslaßdruck CDP größer wird, mit der Drehzahl N vergrößert.

Bei niedrigeren Triebwerksleistungseinstellungen treten Schnittpunkte 34 der statischen Triebwerkskennlinie und der PLA- Kurven unter einem beträchtlichen Winkel auf. Der Haupt­ grund dafür besteht darin, daß sämtliche PLA-Kurven von demselben Maximalverhältniseinheitspunkt 36 ausgehen, der durch den absoluten minimalen Brennstoffdurchfluß W_F für einen Verdich­ terauslaßdruck CDP von null festgelegt ist. Dieser wird durch das Ventilfenster 24 erzeugt, welches, wie oben dargestellt, einen absoluten Mindestbrennstoffdurch­ fluß W_F min zu dem Triebwerk in der PLA-Minimalposition ungeachtet der Triebwerksdrehzahl und des Verdichterauslaßdruckes CDP liefert.

Weil der Schnittwinkel groß ist (sowohl bei niedriger als auch bei hoher Drehzahl), sind die Verhältniseinheiten, die jeder Triebwerksleistungseinstellung für eine besondere Triebwerksdreh­ zahl auf der statischen Kennlinie zugeordnet sind, über­ wiegend gut definiert. Es gibt daher eine hohe Auflösung, was bedeutet: jede Triebwerksleistungseinstellung ergibt eine spezifische Triebwerksdrehzahl. Die Lage der Minimalbrennstoffdurch­ flußkennlinienteile mit konstanter Steigung (d. h. 30, 31) für jede Einstellung PLA ergibt den hohen Schnittwinkel in dem unteren Triebwerksdrehzahlgebiet 29, wo er für die Drehzahlgenauig­ keit kritisch ist, weil die statische Kennlinie dort merk­ liche Null- und negative Steigungen hat. Wenn der Schnitt­ winkel in diesem Gebiet der statischen Kennlinien kleiner wird, leidet darunter direkt die Triebwerksdrehzahlregler­ genauigkeit, weil die Schnittpunkte ineinander übergehen, wodurch ungenaue Arbeitspunkte für jede Triebwerksleistungs­ einstellung PLA in dem Bereich niedriger Drehzahl erzeugt werden. Durch Ausbilden eines großen Schnittwinkels sorgt des­ halb der Brennstoffregler für eine hohe Drehzahlgenauig­ keit in dem Bereich niedriger Drehzahl. Bei hohen Dreh­ zahlen ist die Steigung der statischen Kennlinie groß, und der Schnittpunkte mit den PLA-Kurven stellt deshalb kein Problem für die Drehzahlgenauigkeit dar.

Fig. 3 zeigt einen Brennstoffregler 35, der das Brennstoffregel­ ventilsystem 10 enthält. Der Brennstoffregler 35 enthält eine elektro­ nische Recheneinheit (ECU) 36, die verschiedene Triebwerks­ betriebsparameter und Umgebungsparameter überwacht, so daß der Betrieb des Brennstoffreglers gesteuert wird, um den Brennstoffdurch­ fluß zu dem Triebwerk zu modifizieren. Ein besonders Merkmal des Brennstoffreglers 35 besteht darin, daß der Triebwerksbetrieb ohne nennenswerte Beein­ trächtigung bei Nichtvorhandensein der Regelung durch die elektronische Recheneinheit 36 weitergehen kann. Der Hauptgrund dafür ist, daß die hydromechanischen Teile den Mindestbrennstoff­ durchfluß zu dem Triebwerk, der für die Beschleunigung und die Drehzahlverminderung erforderlich ist, auf die Bewegung des Leistungshebels 18 hin liefern. Andererseits modifi­ ziert die elektronische Recheneinheit 36 diesen "Grund"-Brennstoff­ durchfluß auf gewisse Triebwerks- und Umgebungsparameter hin. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit eines rein hydromechanischen Systems geschaffen, zusammen mit den Merk­ malen einer genauen Brennstoffregeleinstellung, die aus einem kontinuierlich überwachenden elektronischen Brenn­ stoffregler verfügbar ist.

Brennstoff wird einem Einlaßkanal 38 aus einer Brennstoff­ pumpe 40 zugeführt. Der Brennstoff fließt über eine Leitung 42 zu einer Regelventileinrichtung 44 und dann über eine Leitung 46 zu einer gemeinsamen Ventilanordnung 48, die mit dem Leistungshebel 18 verbunden ist. Die Ventilanordnung 48 ist mit einem Potentiometer 49 verbunden, welches benutzt wird, um der elektronischen Recheneinheit 36 ein elektronisches Signal über Leitungen 50 zuzuführen; das Signal gibt die Lei­ stungshebelposition an. Die Ventilanordnung 48 hat zwei Ventilfenster 54, 56 mit veränderlicher Öffnung und ein Triebwerksabschaltventilfenster 57, welches sämtlichen Brenn­ stoffdurchfluß zu dem Triebwerk unterbricht, wenn der Leistungs­ hebel 18 in eine Abschaltposition zurückgezogen wird. Das Ventilfenster 54 bildet ein Minimaldurchflußventilfenster, welches einen Minimalbrennstoffdurchfluß über eine Leitung 55 zu einem Brennstoffreglerauslaß 58 durchläßt, der mit einem Triebwerksbrennstoffeinlaß 59 verbunden ist. Wenn der Leistungshebel 18 in seiner Minimalposition ist, ist das Ventil­ fenster 54 vollständig offen und läßt einen absoluten Minimal­ brennstoffdurchfluß zu dem Triebwerk durch. Das andere Ventil­ fenster 56 ist ein Beschleunigungsventilfenster, welches öffnet, wenn der Leistungshebel 18 vorgeschoben wird, der gleichzeitig das Minimaldurchflußventilfenster 54 schließt. Der Brennstoff aus dem Ventilfenster 56 fließt über eine Leitung 60 zu einer gemeinsamen Ventilanordnung 61, die mit einem Servogerät 62 ver­ bunden ist. Das Servogerät 62 fühlt den Verdichterauslaß­ druck CDP in einem Kanal 64 ab. Wenn der Verdichterauslaß­ druck CDP ansteigt, drückt er einen Balg 66 aufwärts, wie durch einen Pfeil 68 angedeutet, wodurch ein Winkelhebel 67 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Winkelhebel 67 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, öffnet er zunehmend ein ein positives Verhältnis (von Ventilfensteröffnung zu Ventilfensteröffnungskraft) aufweisendes Klappenventil 70 und ein ein negatives Verhältnis aufweisendes Klappenventil 72. Wenn der Verdichterauslaßdruck CDP abnimmt, dreht sich der Winkelhebel 67 im Uhrzeigersinn, und die Klappenventile 70, 72 machen fortschreitend zu. Die Klappenventile 70, 72 sorgen gemeinsam für eine Negativverhältniskompensation für das Servogerät 62. Das Klappenventil 72 ist mit einer Niederdruckseite 74 des Servogeräts 62 verbunden. Die Niederdruckseite 74 ist über eine Drosselöffnung 76 mit der Hochdruckseite 78 verbunden, die mit dem Klappenventil 70 über eine Drosselöffnung 71 und eine Leitung 77 in Verbindung steht. Die Hochdruckseite hat ei­ nen effektiven Flächeninhalt, der kleiner ist als der Flä­ cheninhalt auf der Niederdruckseite (d. h. halb so groß ist). Die Hochdruckseite 78 ist über eine Leitung 80 mit dem Einlaßkanal 38 verbunden. Wenn der Verdichter­ auslaßdruck CDP beispielsweise ansteigt, nimmt der Brenn­ stoffdurchfluß durch die Drosselöffnung 76 zu, wenn das Klappen­ ventil 72 öffnet. Dadurch wird der Druck auf der Nieder­ druckseite 74 des Servogeräts 62 verringert, das sich dann nach links bewegt, wie durch einen Pfeil 84 angedeutet. Eine Ver­ ringerung des Verdichterauslaßdrucks CDP verursacht jedoch eine Bewegung nach rechts durch Vergrößerung des Druckes auf der Niederdruckseite 74, wenn der Brennstoffdurchfluß durch das Klappenventil 72 abnimmt. Das Servogerät 62 bewegt die Ventilanordnung 61, welche über eine Feder 87 mit dem Winkelhebel 67 verbunden ist. Das Servogerät 62 zieht die Ventilanordnung 61 in der Richtung des Pfeils 84, wenn der Verdichterauslaßdruck CDP ansteigt, welche den Winkelhebel 67 in einer Richtung zieht, in der bewirkt wird, daß die Klappenventile 70, 72 schließen und der Brennstoffdurchfluß durch die Drosselöffnung 76 auf einen "Null"-Wert verringert wird, der das Servogerät 62 gegen die Feder 87 in Position hält. Eine Abnahme im Verdichter­ auslaßdruck CDP führt zu einer entgegengesetzten Reaktion: das Servogerät 62 bewegt sich, um die Ventilanordnung 61 zu dem Nullbrenn­ stoffpunkt zu öffnen. Damit bewegt das Servogerät 62, wenn sich der Verdichterauslaßdruck CDP ändert, die Ventil­ anordnung 61 so, daß die Klappenventile 70, 72 zu der Nullposition zurückkehren. Wenn sich die Ventilanordnung 61 bewegt, ändert sie die Öffnung eines Ventilfensters 88, das durch eine Leitung 89 zwischen den Einlaßkanal 38 und den Brennstoffregler­ auslaß 58 geschaltet ist. In gleicher Weise verändert die Bewegung der Ventilanordnung 61 die Öffnung eines Ventilfensters 90, welches Brennstoff aus dem Ventilfenster 56 über die Leitung 60 empfängt, und steuert seinen Durch­ fluß zu dem Auslaß 58 über die Leitung 89. Die Brennstoff­ abgabe aus dem Brennstoffregler 35 nimmt somit mit dem Verdichteraus­ laßdruck CDP aufgrund des größer werdenden Ventilfensterquer­ schnitts zu, der sich durch die Bewegung der Ventilanordnung 61 nach links ergibt. Wenn der Verdichterauslaßdruck CDP ver­ ringert wird, bewegt sich umgekehrt die Ventilanordnung 61 nach rechts und verringert den Brennstoffdurchfluß. Bei niedrigem Ver­ dichterauslaßdruck CDP (d. h. beim Start) sind die Ventilfenster 88, 90 geschlossen. Ebenso ist beim Start das Ventilfenster 56 geschlossen, und Brennstoff wird aus dem Ventilfenster 54 geliefert. Es dürfte nunmehr klar sein, daß der Betrieb des Servogerätes 62 und der Ventilanordnung 61 für den funktionalen Betrieb der Ventilfenster 26, 28 in dem ver­ einfachten dreikreisigen Ventilsystem 10 sorgt, das in Fig. 1 gezeigt ist; das Ventilfenster 88 entspricht dem Ventilfenster 28, und das Ventilfenster 90 entspricht dem Ventilfenster 26. Ebenso ergibt die Ventilanordnung 48 den Betrieb der Ventilfenster 16, 24, wobei das Ventilfenster 54 dem Ventilfenster 24 und das Ventilfenster 56 dem Ventilfenster 16 entspricht.

Der Druck an den Ventilen wird für die Verwendung der Regelventileinrichtung 44 konstant gehalten. Auf diese Weise wird ein konstantes ΔP (Fig. 1) geschaffen. Die Regel­ ventileinrichtung 44 arbeitet in herkömmlicher Weise durch Abfühlen des Fluiddruckes auf einer Seite 92 und Beziehen desselben auf eine Feder 94, die eine Kraft auf die andere Seite der Ventileinrichtung 44 ausübt. Der Druck an den Ventilen kann jedoch, wie in dem späteren Teil dieser Beschreibung angegeben, modifiziert werden, damit dynamische Änderungen in den Verhältniseinheiten unter der Regelung der elektronischen Recheneinheit 36 erzielt werden.

Der Brennstoffregler 35 enthält einen elektrischen Stellmotor 100, der elektrische Signale aus der elektronischen Recheneinheit 36 über Leitungen 102 empfängt. Auf diese Signale hin öffnet der Stellmo­ tor 100 ein Klappenventil 104, das bei Nichtvorhandensein eines Signals normalerweise geschlossen ist. Die elektroni­ sche Recheneinheit 36 und der Stellmotor 100 bilden, wie weiter oben in der Beschreibung erwähnt, eine elek­ trische Schnittstelle für den hydromechanischen Teil des Brenn­ stoffreglers 35, um richtige Brennstoffverhältniseinhei­ ten für das Triebwerk in Beziehung zur Leistungshebel­ bewegung, Triebwerksdrehzahl, Temperatur, Beschleunigung und zu Umgebungsbedingungen zu schaffen und dadurch für einen sicheren Triebwerksbetrieb bei Nichtvorhandensein der Regelung durch die elektronische Recheneinheit 36 zu sorgen. Vor allem kann die elektronische Recheneinheit 36 so programmiert werden, daß sie den Regelkreis bei verschiedenen Triebwerksparametern schließt, wie bei­ spielsweise der Triebwerksdrehzahl und der Abgastempera­ tur, und die Verhältniseinheiten ändert, bis die korrek­ ten Verhältniseinheiten für das Triebwerk bei jedem Be­ triebszustand erreicht sind. Die elektronische Rechen­ einheit 36 erreicht das durch Anlegen eines Korrektur­ signals an den Stellmotor 100, um den durch den hydromechanischen Teil erzeugten Brennstoffdurchfluß zu modifizieren, damit die genauen Verhältniseinheiten erreicht werden. Die elektronische Recheneinheit 36 kann aus einer festverdrahteten Schaltung bestehen, um die Brenn­ stoffregelung zu modifizieren, oder kann in Verbin­ dung mit anderen bekannten elektronischen Überwachungs­ systemen benutzt werden. Die Modifizierungen der Ver­ hältniseinheiten auf diese Parameter hin hängen offenbar von den spezifischen Kenndaten des Gasturbinentriebwerks ab, bei dem der Brennstoffregler 35 benutzt wird. Es ist somit zu erkennen, daß ein Merkmal des Brennstoffreglers 35 darin besteht, daß durch Steuern des Stellmotors 100 die Brennstoffdurchflußerfordernisse auf zahlreichen Wegen "modifiziert" werden können, um die Triebwerks­ leistung maßzuschneidern.

Wenn der Stellmotor 100 das Klappventil 104 öffnet, gibt es einen Brennstoffdurchlaß durch eine Leitung 105, der zu einer Drosselöffnung 106 geht, die mit dem Brennstoffreglerauslaß 58 verbunden ist. Der größere Durchfluß, der durch das Öffnen des Klappenventils 104 ver­ ursacht wird, erzeugt einen Druckabfall an der Drossel­ öffnung 106, und dieser Druckabfall erhöht den Druckab­ fall an den Ventilfenstern 88, 90 in der Ventilanordnung 61 und den Ventil­ fenstern 54, 56 in der Ventilanordnung 48, die aufgrund ihrer Parallelverbindungen mit dem Brennstoffreglerauslaß 58 in einem Kreis mit der Drosselöffnung 106 liegen. Die Regelventileinrichtung 44 hält einen konstanten Druck stromauf­ wärts der Ventilfenster in der Leitung 42 aufrecht. Sie erreicht das durch die Bewegung eines Schiebers 108, welcher sich bewegt, um den Weg zwischen der Leitung 42 und einer Umgehungsleitung 110 zu schließen, wenn sich der Druck an der Drosselöffnung 106 ändert. Das verringert den Umge­ hungsleitungsdurchfluß und verursacht einen stärkeren Fluß zu den Ventilfenstern über die Leitung 46. Auf diese Weise wird der Brennstoffdurchfluß über den Brennstoffreglerauslaß 58 indirekt durch Betätigung des Stellmotors 100 ver­ größert. Es ist bedeutsam, daß es eine wesentliche "Verstärkung" zwischen dem Durchfluß durch das Klappenventil 104 und dem tatsächlichen Anstieg des Brenn­ stoffdurchflusses an dem Brennstoffreglerauslaß 58 gibt, die aus der Änderung im Druck resultiert, welche er mit sich bringt. Infolgedessen kann ein kleiner Stellmotor niedriger Leistung benutzt werden. Allgemein bedeutet das, daß er sehr kleine Hystereseeigenschaften haben wird, wo­ durch es möglich gemacht wird, extrem genaue Modifizie­ rungen des Brennstoffdurchflusses zu erreichen.

Claims (2)

1. Brennstoffregler zum Regeln des Brennstoffdurchflusses (W_F) zu einem Gasturbinentriebwerk auf verschiedene Trieb­ werksleistungseinstellungen (PLA) hin, mit mehreren paral­ lelen Brennstoffdurchflußkreisen zwischen einem gemeinsamen Brennstoffeinlaßkanal (12) und einem gemeinsamen Brenn­ stoffauslaßkanal (14) und mit einer Einrichtung (44) zum Aufrechterhalten eines konstanten Brennstoffdruckes zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßkanal (12, 14), wobei ein erster der Brennstoffdurchflußkreise ein erstes Ventil­ fenster (24; 54) enthält zum Zuführen eines Mindestbrennstoffdurchflusses (W_Fmin) zu dem Triebwerk bei einer vorgewählten Minimalleistungseinstellung, die einer minimalen Triebwerksleistung entspricht, ein zweiter der Brennstoffdurchflußkreise ein zweites Ventilfenster (28; 88) enthält zum Liefern eines Brennstoffdurchflusses (W_F) als Funktion des Triebwerksverdichterauslaßdruckes (CDP) und ein dritter der Brennstoffdurchflußkreise ein drittes Ventilfenster (16; 56) zum Liefern eines Brennstoffdurch­ flusses (W_F) in direktem Verhältnis zur Stellung des Leistungshebels (18) und ein mit dem dritten Ventilfenster (16; 56) in Reihe geschaltetes viertes Ventilfenster (26; 90) enthält zum Liefern eines Brennstoffdurchflusses (W_F) als Funktion des Triebwerksverdichterauslaßdruckes (CDP), dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilfenster (24; 54) zum Zuführen des Mindestbrennstoffdurchflusses (W_Fmin) unmittelbar über den Leistungshebel (18) so einstellbar ist, daß es bei auf minimalen Brennstoffdurchfluß einge­ stelltem Leistungshebel (18) voll geöffnet ist und dann im umgekehrten Verhältnis zur Leistungserhöhung zunehmend geschlossen wird, wenn der Leistungshebel (18) zu höheren Triebwerksleistungen vorgeschoben wird, und daß das zweite, das dritte und das vierte Ventilfenster (16, 28, 26; 88, 56, 90) geschlossen sind, wenn das Triebwerk bei minimalem Brennstoffdurchfuß betrieben wird, und zunehmend geöffnet werden, wenn der Leistungshebel (18) vorgeschoben wird.

2. Brennstoffregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Ventilfenster (24; 54) und das dritte Ventilfenster (16; 56) in einer ersten gemeinsamen Ventil­ anordnung (48) vorgesehen sind, die mit dem Leistungshebel (18) verbunden ist, und daß das zweite Ventilfenster (28; 88) und das vierte Ventilfenster (26; 96) in einer zweiten gemeinsamen Ventilanordnung (61) vorgesehen sind, die auf den Triebwerksverdichterauslaßdruck (CDP) anspricht.