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Regelungsvorrichtung für die Brennstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine
mit kontinuierlicher Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum, insbesondere
einer Brenngasturbine Der Lauf einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Einspritzung
des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum ist von ihrer Brennstoffzufuhr abhängig,
so daß es zur Erhaltung der Maschine unumgänglich notwendig ist, für ihre Brennstoffzufuhr
bestimmte Bedingungen zu beachten. Dies trifft in erhöhtem Maße für Brenngasturbinen
zu, die gegenüber Erhöhung der Verbrennungsgastemperatur äußerst empfindlich sind.
Es ist deshalb notwendig, bei einer solchen Brennkraftmaschine eine Regelung des
Brennstoffeinlasses in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine und von der Temperatur
der Verbrennungsgase vorzusehen, damit beide nicht eine gewisse Höhe überschreiten.
Im allgemeinen wirddie erstereRegelung mittels eines Zentrifugal:reglers, durchgeführt,
der auf ein Regelorgan in der Brennstoffzuflußleitung zwischen Brennstoffpumpe und
Brennkraftmaschine einwirkt. Zur ordnungsgemäßen Wirkungsweise des Kraftreglers
ist es notwendig, daß die Brennstoffzufuhr bei konstantem Druck erfolgt, wobei dieser
Druck andererseits einstellbar sein muß.
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Zweck der Erfindung ist die Vereinfachung dieser notwendigen Regelungsvorrichtungen.
Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß die auf die Temperatur der Verbrennungsgase
ansprechenden
Regelungsmittel in einem Nebenschluß zur Brennstoffpumpe
arbeiten und mit Drosselventilen für den Durchlaß des Brennstoffes in dem Nebenschluß
kombiniert sowie mit einer zusätzlichen Regelungseinrichtung verbunden sind, um
den Auslaßdruck der Brennstoffpumpe auf einem regelbaren konstanten Wert zu halten,
wobei die zusätzliche Regelungseinrichtung mit dem Nebenschluß derart zusammenwirkt,
daß unter der Wirkung des von dem Brennstoff ausgeübten Druckes, dessen Auslaß durch
Drosselventile begrenzt wird, um je nach den Umständen einen um dieBrennstoffpumpe
herumgeführten N ebenschluß zu öffnen oder zu schließen und so die der Brenn kraftmaSChlne
zugeführte Brennstoffmenge zu ändern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung- schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Speisevorrichtung, bei
welcher die Begrenzung der Brennstoffmenge durch allmähliche Regelung der Brennstofflieferung
erhalten wird, Fig. 2 und 3 eine Vorrichtung zur Steuerung des Kontaktes zur Bestimmung
der Ansprechtemperatur der Regelvorrichtung in geschlossener und geöffneter Stellung.
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Die in Fig. i dargestellte Verbrennungsvorrichtung umfaßt eine einzige
Brennkammer oder mehrere Brennkammern, welche in einem Gehäuse i" angeordnet sind
und die Verbrennungsgase für die Schaufeln einer in einem Gehäuse 2a enthaltenen
Gasturbine liefern. Die Brennkammer i" wird mit Brennstoff durch eine Pumpe 3a gespeist,
welche diesen Brennstoff über eine Leitung 4a aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter
ansaugt. Die Pumpe 3a fördert den Brennstoff durch eine Leitung 5a. Zur. Regelung
des Druckes des geförderten Brennstoffes ist in einen Nebenschluß 7a ein Ventil
6a eingeschaltet. Der Nebenschluß 7a mündet vor und hinter der Pumpe 3a, so daß
der flüssige Brennstoff mit einem konstanten, aber regelbaren Druck geliefert wird.
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In der Leitung 5a ist ein Ventil 8" zur Regelung der in eine Leitung
9a zu fördernden Brennstoffmenge angeordnet, mit welcher die Brennkammern gespeist
werden. Das Ventil 8a ist durch eine Stange roa mit der beweglichen Reglermuffe
iia eines Fliehkraftreglers i?," befestigt. Die Fliehgewichte 13" des Reglers 12,
werden durch eine Welle i4" in Umdrehung versetzt, welche in nicht dargestellter
Weise mit den umlaufenden Organen der Turbine verbunden ist. Der Wirkung der Fliehgewichte
i3" auf die Reglermuffe iia wirkt- eine Rückführungsfeder 15a entgegen.
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In der Leitung 5" ist ein von Hand betätigbares Ventil 30 vorgesehen,
mit welchem die Brennstoffmenge von Hand geregelt werden kann. Am Austritt der Verbrennungsgase
aus den in dem Gehäuse i" enthaltenen Kammern ist eine thermoelektrische Sonde 23a
angeordnet, welche durch die Leiter 22a mit- der Spule eines Relais Zia in Reihe
geschaltet ist. In den Stromkreis 22-a ist ein Widerstand q.o eingeschaltet, der
durch einen Kontakt 41 kurzgeschlossen werden kann. Der bewegliche Anker igä des
Relais Zia ist in einen Stromkreis mit der Stromquelle i8" und der Wicklung eines
Elelctromagneten 17a eingeschaltet. Der bewegliche Anker igä als Kontaktglied gestattet
die Einschaltung oder die Unterbrechung des Stromes in der Wicklung 17a. Der Elektromagnet
17, steuert mit seinem beweglichen Anker ein Ventil 37.
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Das Ventil 37 ist in einem zweiten Nebenschluß 36 der Brennstoffpumpe
3a angeordnet, der ebenfalls vor der Pumpe 3" in die Leitung 4a und hinter der Pumpe
3a in die Leitung 5a mündet, wobei die letztere hinter, der entsprechenden Einmündung
des Nebenschlusses 7a liegt-Das Ventil 6" zur Konstanthaltung des Druckes weist
in einem Zylinder 33 eine Kammer auf, von der eine Wand durch einen beweglichen.
Kolben oder Membran 43 gebildet wird, die die Stange des den Nebenschluß 7a _ verschließenden
Ventils 44 trägt. Zwischen dem beweglichen Organ 43 und einem weiteren in dem Zylinder
33 gleitenden beweglichen Kolben 32 ist eine Feder 31 angeordnet. Der Zylinder 33
steht einerseits über einen Stutzen mit einer D@rosselstelle34 mit der Leitung 5"
und andererseits über einen Stutzen mit einer Drosselstelle 35 mit der Kammer des
Ventils 37 in Verbindung. Der Nebenschluß 36 enthält also hintereinander das Ventil
37, die Drosselstelle 35, die Kammer des Zylinders 33 und die Drosselstelle 34.
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Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn die
Temperatur des Thermo.-elementes 23a unter der gewählten Temperatur liegt, wird
der Antriebselektromagnet 17a nicht erregt, und das Ventil 37 ist geschlossen. Die
Wicklung des Relais Zia erhält. nämlich keinen für die Schließung des Kontaktes
iga ausreichenden Strom. Der Brennstoffdruck in dem Zylinder 33 ist gleich dem-
Druck -dieses Brennstoffes in der Leitung 5a, und die Feder 31 ist am stärksten
zusammengedrückt. In diesem Fall erfolgt die Regelung der Brennstoffzufuhr zu den
Brennkammern ausschließlich durch den Drehzahlregler.
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Wenn die Temperatur des Thermoelementes 23,
den gewählten Wert
erreicht oder überschreitet, wird das Relais Zia genügend erregt und der Kontakt
iga geschlossen. Die Wicklung 17" erhält Strom, und das Ventil 3-7 wird geöffnet.
Die Kammer 33 entleert sich allmählich über die Drosselstelle 3-5 und den Nebenschluß
36, die Feder 31 entspannt sich, so daß der Druck des Brennstoffes in der Leitung
5, allmählich gesenkt wird, bis die Temperatur des Thermoelementes-23a unter
die gewählte Temperatur sinkt. Der Druck des Brennstoffes in der Leitung 5a und
in der Leitung 9a fällt nämlich, und die in der Zeiteinheit den Brennkammern zugeführte
Brennstoffmenge nimmt -allmählich aib. Die Temperatur sinkt ebenfalls am Ausgang
dieser Kammern und somit in der Nähe des Thermoelementes. Wenn die Temperatur des
Thermoelementes 21, niedriger als die gewählte Temperatur ist, wird das Relais
Zia nicht mehr hinreichend erregt, und der - Kontakt iga öffnet sich, so daß das
Ventil 37 wieder unter der
Einwirkung seiner Feder geschlossen wird,
da die Wicklung 17a stromlos geworden ist. Der Brennstoff füllt allmählich die Kammer
33 über die Drosselstelle 34 und drückt langsam die Federar zusammen., so daß der
Druck in der Leitung 5" ebenfalls allmählich zunimmt und die Vergrößerung der Zufuhr
zu den Brennkammern ermöglicht. Die Verbrennungstemperatur steigt dann wieder bis
zu der gewählten Temperatur.
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Von diesem Augenblick an kann der oben beschriebene Kreislauf wieder
beginnen. Durch Bemessung bzw. Einstellung des Querschnittes der Drosselstellen
34 und 35 und Anpassung dieser Einstellungen an die Kenngrößen der Anlage kann man
die wirklichen Schwankungen der Verbrennungstemperatur um die gewählte Temperatur
auf sehr kleine Änderungen beschränken.
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Es ist häufig erforderlich, die Leistung der Brennkraftmaschine für
bestimmte Zeit zu erhöhen, z. B. im Augenblick des Abflugs eines Flugzeuges, wenn
die Turbine 2.a die Antriebskraft eines Flugzeuges liefert. Für diese Mehrleistung
ist wieder eine zeitweilige Erhöhung der Verbrennungstemperatur erforderlich. Dies
wird erfindungsgemäß mit Hilfe des Kontaktes 41 durch Öffnung des Stromkreises des
in den Stromkreis des Therm@celementes 23a eingeschalteten Widerstandes 4o ermöglicht.
Dieser Widerstand 4o bewirkt die Erhöhung der Temperatur, auf welche das Relais
Zia anspricht.
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Die Betätigung des Kontaktes 41 kann auch mit der des Regelhebels
30 verbunden werden, so, daß der Kontakt 41 nur für die Stellung der weitesten
Öffnung des Ventils 30 geöffnet wird.
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Um zu vermeiden., daß die zeitweilig erzwungene tJ6erlastung zu lange
dauert, wird die öffnungsdauer des Kontaktes 41, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt,
durch eine Zeitschaltvorrichtung begrenzt. Diese Vorrichtung besitzt ein nicht dargestelltes
Uhrwerk, welches langsam ein Rad ioi in Umdrehung versetzt, das eine gewisse Zahl
von Nocken trägt und selbsttätig stehenbleibt, wenn ein Nocken nach ,einer gewissen
Zeit die Stellung der vorhergehenden eingenommen hat.
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Wenn man den Kontakt4i öffnen -will, schwenkt man den Hebel rot von
N nach S, wodurch die Stange 104 mittels des Anschlags io5 nach links verschoben
und gleichzeitig auf den Hebel 103 eingewirkt wird, welcher die Zeitschaltvorrichtung
auslöst und den Kontakt 4i mittels eines auf der Stange 104 angebrachten Anschlags
unterbricht.
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Der Nocken des Rades ioi hebt die Stange io4 langsam an, die nach
einer gewissen Zeit, die kleiner als t ist und vonderBewegungsgeschwindigkeit des
Nockens des Rades ioi abhängt, von dem Ende des Hebels io2 freikcmmt und durch die
Feder io6 nach rechts zurückgeführt wird, wodurch der Kontakt 4i wieder geschlossen
wird.
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Um den Kontakt 41 von neuem zu öffnen, ruß der Hebel io2 in die Stellung
N zurückgeführt und dann wieder nach S bewegt werden.
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Es ist selbstverständlich, daß man, ohne den Rahmen der Erfindung-
zu verlassen, Veränderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornehmen
kann. Insbesondere kann der thermische Regler 23a anstatt über die elektromagnetische
Antriebsvorrichtung Zia auf das Ventil für konstanten Druck einzuwirken, einen Elektromotor
steuern, der das Ventil 30 langsam schließt und ebenso wieder öffnet, je
nach der Richtung des Steuerstromes. Ebenso kann die elektromagnetische Steuerungsvorrichtung
Zia auf den Drehzahlregler durch einen Elektromotor einwirken, der die Drehzahl
langsam in dem gewünschten Sinn verändert, indem er auf die Feder 15 der Fliehgewichte
einwirkt.
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Unter diesen Bedingungen(bleibt die Veränderung der Fördermenge mit
der Zeit die gleiche wie die vorstehend beschriebene. Die kinematischen Verbindungen
zur Erzielung derartiger Einwirkungen auf das Ventil 30 oder den Drehzahlregler
sind wohlbekannt und brauchen nicht näher beschrieben zu werden.
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Was ferner den elektrischen Teil der Vorrichtung anbetrifft, so kann
man für diesen andere Ausführungsformen wählen, insbesondere hinsichtlich der Verstärkung
des von dem Thermoelement 23a gelieferten Stromes und der VerzögeTungsvorrichtung.