DE3605293C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinentriebwerkskompressor mit einem Anzapfventil und einer Anzapfventilsteuervorrichtung, die ein Steuerventil und ein Ablenkventil aufweist. Das Anzapfventil verbindet die Druckseite des Kompressors mit der Atmosphäre, um unter bestimmten Betriebsbedingungen den Kompressordruck nach der Atmosphäre hin abzuleiten, um ein Pumpen des Kompressors und ein Abreißen der Strömung an den Schaufeln des Kompressors zu verhindern.

Ein gattungsgemäßer Gasturbinentriebwerkskompressor ist durch die DE-PS 9 08 657 bekannt. Hierbei wird das Anzapfventil über einen Servomotor betätigt, und dazu ist zwischen Steuer- und Ablenkventil ein Ansteuerkreislauf mit zwei getrennten Leitungen erforderlich. Außerdem wird bei der bekannten Anordnung als Druckmedium eine Flüssigkeit verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasturbinentriebwerkskompressor mit einem Anzapfventil und der Steuervorrichtung hierfür so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau eine schnelle Arbeitsweise gewährleistet ist, damit auch bei Notabschaltungen ein Pumpen des Kompressors und damit eine Beschädigung des Triebwerks verhindert wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Der Aufbau der Ventilsteuereinrichtungen ist außerordentlich einfach, weil nur eine einzige, vom Kompressor gespeiste Leitung benötigt wird, um seriell die drei Ventilkomponenten, nämlich das Steuerventil, das Ablenkventil und das Anzapfventil miteinander zu verbinden.

Durch die Erfindung wird es möglich, die Leistung des Triebwerks gefahrlos sehr schnell herabzusetzen, was z. B. bei einer stationären Anlage notwendig sein kann, wenn die vom Triebwerk angetriebene Nutzleistungsturbine durchgeht. Diese Notwendigkeit der Schnellabschaltung kann auch bei Flugtriebwerken auftreten, und mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung läßt sich die Stillsetzung innerhalb von Sekunden-Bruchteilen erreichen, was die Gefahr einer Triebwerksbeschädigung ausschließt. Durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wird jedoch auch ein normales Hochlaufen und ein normales Abschalten ermöglicht, was unter der Wirkung einer Betätigungseinrichtung oder in Abhängigkeit von der Stellung der Kompressorleitschaufeln erfolgen kann. Bei einer Notabschaltung wird das Steuerventil durch das Ablenkventil überbrückt, wodurch das schnelle Ansprechen gewährleistet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks, dessen Kompressor ein Anzapfventil aufweist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Anzapfventils und einer Steuervorrichtung hierfür;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Anzapfventil- Steuervorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Niederdruckkompressor 12 und einem Hochdruckkompressor 14, die von einer Niederdruckturbine 16 bzw. einer Hochdruckturbine 18 über Wellen 20 bzw. 22 angetrieben werden. In einer Verbrennungseinrichtung 24 wird Brennstoff mit Luft aus dem Hochdruckkompressor verbrannt, und die Verbrennungsprodukte werden in die Turbinen 16, 18 abgeleitet. Die Schubgase verlassen das Triebwerk über eine Schubdüse 26 und strömen im Falle eines Flugtriebwerkes in die Atmosphäre aus oder beaufschlagen eine freie Nutzleistungsturbine (nicht dargestellt), wenn es sich um eine industrielle Anlage handelt.

Der Hochdruckkompressor besitzt eine Ringleitung 28 mit einem zugeordneten Abzapfventil 30, was deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Arbeitsweise des Anzapfventils 30 wird durch eine Abzapfventilsteuervorrichtung 32 gemäß Fig. 2 gesteuert, wobei eine Abwandlung der Steuerung aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Anzapfventilsteuervorrichtung 32 ein Steuerventil 34 und ein Ablenkventil 36. Das Steuerventil 34 besitzt einen Lufteinlaß 38, der eine Strömung von Hochdruckluft vom Hochdruckkompressor 14 erhält, einen Luftauslaß 40, der mit dem Anzapfventil 30 über das Ablenkventil 36 verbunden ist, und einen Auslaß 42 nach der Atmosphäre hin.

Das Steuerventil 34 weist ein Gehäuse 44 mit dem Lufteinlaß 38, mit den Auslässen 40, 42 und mit einem zweiteiligen Ventilkörper 45, 46 auf, der im Gehäuse beweglich ist. Die zwei Teile des Ventilkörpers werden durch eine Druckfeder 48 zusammengedrückt, und sie werden durch eine weitere Druckfeder 50 voneinander weg vorgespannt. Der Teil 45 des Ventilkörpers besitzt einen Innenkanal 45a. Das Steuerventil wird durch eine Betätigungsvorrichtung 54 in Gestalt eines hydraulischen Kolbenantriebs betätigt, dessen Versetzung von dem Förderdruck des Hochdruckkompressors 14 und demgemäß von der Triebwerksdrehzahl abhängt.

Das Anzapfventil 30 umfaßt ein Gehäuse 56, das an die Ringleitung 28 über eine Öffnung 58 in der Ringleitung 28 angeschlossen ist. Das Gehäuse besitzt einen Einlaß 60, der auf die Öffnung 58 ausgerichtet ist, und einen Ringauslaß 62, der durch die Wand des Gehäuses 56 und eine zentrale Platte 64 definiert ist. Ein zylindrischer hülsenartiger Ventilkörper 65 ist im Gehäuse beweglich und in die Öffnungsstellung durch eine Druckfeder 66 vorgespannt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das Gehäuse besitzt eine Einlaßöffnung 68, die an den Luftauslaß 40 des Steuerventils 34 über das Ablenkventil 36 angeschlossen ist.

Das Ablenkventil 36 ist ein durch den Brennstoffdruck betätigtes Umschaltventil.

Das Ablenkventil 36 weist einen Ventilkörper 70 mit einem Innenkanal 72 auf. Der Ventilkörper 70 ist einerseits einer Brennstoffströmung ausgesetzt, die vom Triebwerks- Brennstoffsystem abgenommen wird und andererseits der Druckluft, die vom Hochdruckkompressor 14 abgeleitet wird. Der Ventilkörper 70 ist ein Differentialkolben, der so angeordnet ist, daß die Fläche, die dem Luftdruck ausgesetzt ist, größer ist als die Fläche, die dem Brennstoffdruck ausgesetzt ist.

Das Ablenkventil 36 besitzt einen weiteren Einlaß 74, der die Hochdruckluft direkt vom Hochdruckkompressor 14 erhält, und einen Einlaß 76, der die Hochdruckluft über das Steuerventil 34 erhält. Ein Auslaß 78 verbindet das Ablenkventil 36 mit dem Anzapfventil 30. Die Bewegung des Ventilkörpers bewirkt, daß der eine oder der andere der Einlässe 74, 76 mit dem Auslaß 78 über den Innenkanal 72 verbunden wird.

Gemäß Fig. 2 wird durch die kombinierte Wirkung von Brennstoff- und Luftdruck auf den Ventilkörper 70 der Einlaß 76 mit dem Auslaß 78 in Verbindung gebracht, so daß die Hochdruckluft vom Kompressor zu dem Anzapfventil 30 über das Steuerventil 34 und das Ablenkventil 36 strömen kann.

In Fig. 2 hat der Kolbenantrieb (Betätigungsvorrichtung 54) den Ventilkörper nach links gegen die Federbelastung gedrückt, die durch die Druckfedern 48 und 50 ausgeübt wird. Der Lufteinlaß 38 steht damit in Verbindung mit dem Luftauslaß 40, so daß die Hochdruckluft vom Kompressor zu dem Anzapfventil 30 über das Ventil 36 strömen kann. Die Hochdruckluft wirkt auf den Flansch des Ventilkörpers 65 und öffnet das Ventil mit einer kleinen Ansprechrate, so daß die Kompressorluft nach der Atmosphäre hin im Nebenstrom über die Öffnungen 58, 60 und 62 abfließen kann.

Das Abzapfventil 30 wird gewöhnlich beim Hochlaufen des Triebwerks geöffnet und bleibt voll offen, bis eine vorbestimmte Triebwerksdrehzahl erreicht ist, und dann wird das Ventil mit einer geringen Ansprechrate geschlossen. Das Schließen des Anzapfventils 30 wird durch Bewegung des Kolbenantriebs (Betätigungsvorrichtung 54) erreicht, wobei der Ventilkörper 45 sich unter dem Einfluß der Druckfeder 48 nach rechts bewegen kann, und die beiden Teile des Ventilkörpers durch die Druckfeder 50 voneinander weg gespreizt werden. Durch diesen Vorgang wird der Lufteinlaß 38 vom Luftauslaß 40 abgesperrt, und die beiden Auslässe 40 und 42 werden miteinander in Verbindung gebracht. Die Wirkung dieses Vorganges besteht darin, die Zuführung von Hochdruckluft nach dem Steuerventil zu isolieren und den Anzapfventileinlaß nach der Atmosphäre hin zu entlüften. Dann schließt das Anzapfventil unter dem Einfluß des Druckes im Kompressor gegen die Belastung, die durch die Federn ausgeübt wird.

Unter einer Notabschaltsituation fällt der Brennstoffdruck sehr schnell unter den Wert des Kompressordruckes ab, der von der anderen Seite her auf den Ventilkörper 70 einwirkt. Der auf die größere Fläche des Kolbens einwirkende Kompressordruck bewegt den Ventilkörper 70 in der Weise, daß der Einlaß 76 geschlossen wird, und es wird der weitere Einlaß 74 direkt mit dem Auslaß 78 in Verbindung gebracht. Die Hochdruckluft wird dann dem Anzapfventil 30 zugeführt, um das Ventil sehr schnell zu öffnen und ein Pumpen des Kompressors zu verhindern.

Die oben beschriebene Anzapfventilsteuervorrichtung ist für Triebwerke geeignet, die mit flüssigen Brennstoffen arbeiten, aber industrielle Gasturbinenanlagen müssen häufig in der Lage sein, auch mit gasförmigen Brennstoffen zu arbeiten.

Fig. 3 zeigt eine Anzapfventilsteuervorrichtung 32, welche der nach Fig. 2 ähnlich ist, jedoch ein Ablenkventil 80 aufweist, welches unabhängig von dem Brennstoffdruck arbeitet. Die Konstruktion und die Arbeitsweise des Steuerventils 34 und des Anzapfventils 30 sind gleich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Es ist jedoch festzustellen, daß in Fig. 3 der Kolbenantrieb (Betätigungsvorrichtung 54) in einer Lage befindlich ist, in der das Ventil den Einlaß der Hochdruckluft absperrt und die Öffnungen 40 und 42 verbindet. Der Ventilkörper 65 des Anzapfventils 30 befindet sich unter dem Einfluß des Druckes innerhalb des Kompressors 14 in der Schließstellung (strichpunktiert).

Das Ablenkventil 80 ist ein Magnetventil mit zwei Einlässen 82, 84 zur Zuführung von Hochdruckluft vom Hochdruckkompressor 14. Der Einlaß 82 stellt einen direkten Abgriff vom Kompressor dar, und der Einlaß 84 empfängt die Luft über das Steuerventil 34.

Ein Auslaß 86 verbindet das Ablenkventil 36 mit dem Anzapfventil 30. Eine gelochte Platte 88 ist durch eine Feder 90 belastet und bewirkt, daß die Hochdruckluft, die vom Kompressor abgezapft wird, nach dem Anzapfventil entweder über das Ablenkventil 36 und das Steuerventil 34 oder direkt durch das Ablenkventil 36 zugeführt wird.

Im Normalbetrieb des Triebwerks ist der Elektromagnet erregt und die Platte 88 schließt einen Innenkanal im Ventil und verhindert ein Einströmen über den Einlaß 82. Das Steuerventil 34 steuert die Arbeitsweise des Anzapfventils 30.

Bei einer Notabschaltung wird der Elektromagnet abgeschaltet und die durch die Feder 90 beaufschlagte Platte 88 schließt den Einlaß 84, und die Hochdruckkompressorluft fließt über den Einlaß 82 und den Auslaß 86 direkt zu dem Anzapfventil 30. Die Anzapfventil öffnet sehr schnell und verhindert ein Pumpen des Triebwerks.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Anzapfventilsteuervorrichtung das Anzapfventil innerhalb von etwa 0,5 Sekunden nach Einleitung der Abschaltung voll geöffnet ist.

Wie schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist der hydraulische Kolbenantrieb über einen Hebelmechanismus 88′ mit einer Reihe variabler Einlaßleitschaufeln 90′ verbunden. Diese Anordnung schafft die Möglichkeit, die Arbeitsweise des Anzapfventils 30 und die Bewegung der Einlaßleitschaufeln 90′ in zweckmäßiger Weise zu koordinieren.

Claims (5)

1. Gasturbinentriebwerkskompressor mit einem Anzapfventil und einer Anzapfventilsteuervorrichtung, die ein Steuerventil und ein Ablenkventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (34) eine Betätigungsvorrichtung (54) aufweist und eine Druckluftströmung vom Kompressor erhält, daß ein Luftauslaß (40) für die Druckluft mit dem Anzapfventil (30) über das Ablenkventil (36) verbunden ist und ein Auslaß (42) für die nach der Atmosphäre zu entlüftende Druckluft vorgesehen ist, daß das Ablenkventil (36) eine Betätigungseinrichtung, einen Einlaß (76) für Druckluftströmung vom Steuerventil (34) und einen Auslaß (78) für Druckluft vom Anzapfventil (30) aufweist, daß die Betätigungsvorrichtung (54) des Steuerventils (34) durch ein Signal betätigt wird, um den Luftauslaß (40) entweder mit dem Lufteinlaß (38) oder dem Auslaß (42) zur Entlüftung zu verbinden, und daß die Betätigungsvorrichtung für das Ablenkventil (36) durch ein Signal betätigt wird, um den Einlaß (76) zu schließen, der Druckluft vom Steuerventil (34) erhält und den weiteren Einlaß (74), der Druckluft vom Kompressor erhält, mit dem Auslaß (78) zu verbinden, der mit dem Anzapfventil (30) verbunden ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkventil (36) ein Gehäuse mit einem Ventilkörper (70) aufweist, der im Gehäuse beweglich ist, um die Druckluft direkt über das Ablenkventil (36) zu dem Anzapfventil (30) oder über das Steuerventil (34) und das Ablenkventil (36) zu dem Anzapfventil (30) zu leiten.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkventil (36) ein Umschaltventil ist, und daß der Ventilkörper (70) als Kolben ausgebildet ist, der auf einer Seite vom Triebwerks-Brennstoffdruck und auf der anderen Seite von der Druckluft des Triebwerkskompressors beaufschlagt wird, wobei die Kolbenfläche des Kolbens (70), auf die die Druckluft einwirkt, größer ist als die Kolbenfläche des Kolbens (70), auf die der Brennstoffdruck einwirkt.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkventil (36) ein Magnetventil ist und der Ventilkörper eine gelochte Platte (88) aufweist, wobei die Platte (88) den Einlaß (84) der Druckluft vom Steuerventil (34) absperrt, wenn der Magnet des Ventils abgeschaltet wird, so daß Druckluft vom Steuerventil (34) einströmen kann und die Druckluft direkt zu dem Anzapfventil (30) fließt.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzapfventil (30) ein Gehäuse (56) und einen Ventilkörper (65) aufweist, der durch eine Druckluftströmung vom Steuerventil (34) oder vom Ablenkventil (36) beweglich ist, um das Anzapfventil (30) zu öffnen und die Druckluft innerhalb des Kompressors zu entlüften.