DE936363C

DE936363C - Temperature regulator for gas turbines

Info

Publication number: DE936363C
Application number: DEA15494A
Authority: DE
Inventors: Brian Hudson Slatter
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1951-04-30
Filing date: 1952-04-05
Publication date: 1955-12-07
Also published as: CH323714A; GB692666A

Description

Temperaturregler für Gasturbinen Die Erfindung betrifft ein an sich bekanntes Gerät für die automatische Regelung einer Gasturbine, insbesondere für Flugzeuge. Im einzelnen handelt es sich um ein solches Gerät, mit dem die Temperatur der Ausstoßgase auf einem einstellbaren gegebenen Wert, dem Sollwert, gehalten wird. Hierbei ist eine Anzahl parallel geschalteter Thermoelemente so angebracht, daß sie auf die Temperatur des Auspuffgases ansprechen. Diese Thermoelemente liegen in einem elektrischen Stromkreis, der weiter einen Temperaturwähler für die Sollwerteinstellung und einen Verstärker umschließt, mit denen die Temperatur auf einen bestimmten Wert eingestellt und gehalten wird. Die vom Verstärker abgegebene Leistung wird einem elektrisch gesteuerten, als Übersfiromventil ausgebildeten Regler im Brennstoffkreislauf der Turbine zugeführt, durch den die Temperatur der Auspuffgase wieder auf den Sollwert gebracht wird, wenn sie nach der einen oder anderen Seite davon abweichen sollte.Temperature controller for gas turbines The invention relates to a per se known device for the automatic control of a gas turbine, especially for Planes. In detail, it is such a device, with which the temperature the exhaust gases are kept at an adjustable given value, the setpoint value. Here a number of thermocouples connected in parallel are attached so that they respond to the temperature of the exhaust gas. These thermocouples are lying in an electrical circuit, which also has a temperature selector for setting the setpoint and an amplifier encloses with which the temperature to a certain value is set and held. The power output by the amplifier becomes a Electrically controlled regulator in the fuel circuit designed as an over-company valve fed to the turbine, through which the temperature of the exhaust gases back to the setpoint if it should deviate from it in one direction or the other.

Auf diese Weise ist es möglich, im allgemeinen die Arbeitstemperatur der Turbine auf einem einstellbaren Sollwert zu halten, ohne Rücksicht auf die jeweiligen Betriebsbedingungen, die die Temperatur zu ändern streben. Dadurch wird die Turbine vor irgendwelchem unkontrollierten schädlichen Temperaturanstieg bewahrt.In this way it is possible to set the working temperature in general to keep the turbine at an adjustable setpoint, regardless of the respective Operating conditions that tend to change the temperature. This turns the turbine on protected from any uncontrolled harmful temperature rise.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Geräte dieser Art zu verbessern, insbesondere das Gewicht zu vermindern und ein widerstandsfähiges Gerät zu schaffen, das in seinem Betrieb lange Zeit einen hohen Grad von Genauigkeit ohne häufige Instandsetzungen beibehält und bis zu größten Höhen zuverlässig arbeitet.The aim of the invention is to improve devices of this type, especially to reduce the weight and to have a more robust device create, that has a high degree of accuracy in its operation for a long time without frequent repairs and works reliably up to the greatest heights.

Nach der Erfindung wird die Verstärkung durch einen Magnetverstärker hoher Übersetzungsleistung und Empfindlichkeit bewirkt, vorzugsweise ein mehrstufiges Gerät. Zu dem elektrisch gesteuerten Brennstoffregler gehört ein von einem Solenoid betätigtes Überströmventil in einer Nebenschlußleitung des Treibstoffkreises. Der Regler wird vom Verstärker gespeist und läßt den ganzen Brennstoff zurückströmen, der von der Turbine zu irgendeiner besonderen Zeit nicht gebraucht wird.According to the invention, the amplification is provided by a magnetic amplifier high translation performance and sensitivity causes, preferably a multi-stage Device. The electrically controlled fuel regulator includes one of a solenoid actuated overflow valve in a bypass line of the fuel circuit. Of the The regulator is fed by the amplifier and allows all the fuel to flow back, which is not needed by the turbine at any particular time.

Zweckmäßig enthält das Gerät auch eine an sich bekannte Warnvorrichtung, die anspricht, wenn die Schubdüsentemperatur-um einen vorherbestimmten Wert von der gewählten Temperatur abweicht, so daß der Flugzeugführer korrigierend eingreifen kann. Eine solche Änderung der Schubdüsentemperatur kann unter gewissen Betriebsumständen eintreten, z. B. bei schneller Überspeisung mit Brennstoff, wenn das Überströmventil die Schubdüsentemperatur nicht schnell genug regeln kann oder keinen Höchstdrucksatz aufweist; der für solche Fälle ausreicht. Diese Warnvorrichtung wird erfindungsgemäß bei Verwendung eines mehrstufigen Gerätes von einer der niederen Stufen betätigt.The device expediently also contains a warning device known per se, which responds when the nozzle temperature-by a predetermined value of deviates from the selected temperature, so that the pilot can take corrective action can. Such a change in nozzle temperature can occur under certain operating conditions enter, e.g. B. with rapid overfeed with fuel when the overflow valve Cannot regulate the nozzle temperature fast enough or cannot regulate the maximum pressure having; which is sufficient for such cases. This warning device is according to the invention when using a multi-stage device operated from one of the lower stages.

In der Konstruktion, die in der Zeichnung als Anwendungsbeispiel dargestellt ist, fördert eine Pumpe z x den Treibstoff, der ein Filter 12 durchläuft, über einen Strömungsregler 13 bekannter Bauweise, der vom Hauptventil aus betätigt wird und von diesem durch ein nicht dargestelltes, aber in dem Gehäuse des Strömungsreglers eingebautes Absperrventil zur Verbrennungseinrichtung der Turbine. 15 stellt einen Verteiler üblicher Form da. Eine Nebenschlußleitung 17, z8 überbrückt die in Reihe mit dem Strömungsregler angeordnete Pumpe und wird von einem durch Solenoid betätigten überströmventil sg geregelt. Die Pfeile-geben den Fluß des Brennstoffs bei offenem Überströmventil an.In the construction shown in the drawing as an application example is, a pump z x conveys the fuel, which passes through a filter 12, via a Flow regulator 13 of known design, which is operated from the main valve and from this through a not shown, but in the housing of the flow regulator built-in shut-off valve for the turbine combustion device. 15 represents one Distributor of the usual form there. A shunt line 17, z8 bridges the series pump arranged with the flow regulator and operated by a solenoid overflow valve regulated. The arrows indicate the flow of fuel with the open Overflow valve on.

Das Überströmventil zg enthält einen halbkugeligen Ventilkörper 21 über einer Ventilöffnung 22. Eine mittels der Schraube 24 einstellbare Regelfeder 23 drückt den Ventilkörper in die - Schließstellung. Der Ventilkörper 2 1 ist an einem zweiarmigen Hebel 25 angeordnet, der unweit seines Mittelpunktes in einer biegsamen Membran 26 sitzt, die die Brennstoffseite des Reglers von der Solenoidseite trennt. Das Solenoid 27 enthält einen Weicheisenanker 2,9, der durch einen Stößel 29 auf das gegenüberliegende Ende des Schwinghebels 25 wirkt. Eine leichte Blättfeder 30 steht mit dem Solenoidanker im Eingriff und ist selbst am ruhenden Gehäuse festgemacht.The overflow valve zg contains a hemispherical valve body 21 above a valve opening 22. A regulating spring 23 adjustable by means of the screw 24 presses the valve body into the closed position. The valve body 2 1 is arranged on a two-armed lever 25 which sits not far from its center in a flexible membrane 26 which separates the fuel side of the regulator from the solenoid side. The solenoid 27 contains a soft iron armature 2.9 which acts on the opposite end of the rocker arm 25 through a plunger 29. A light leaf spring 30 engages the solenoid armature and is itself attached to the stationary housing.

Die Klemmenspannung der vier parallel geschalteten Thermoelemente 32 ist in Reihe mit der Vormagnetisierungswicklung der ersten Verstärkerstufe 5o und dem Temperaturwähler 35 an zwei gegenüberliegende Punkte einer Widerstandsbrücke 33 gelegt, in deren anderen Diagonalzweig eine an den Klemmen 34- angeschlossene konstante Vergleichsspannung eingeschaltet ist. Durch die Vormagnetisierungswicklung fließt kein Strom, wenn die Spannung der Thermoelemente gleich der an dem Temperaturwähler 35 einstellbaren Teilspannung der Vergleichsspannungsquelle ist. In diesem Falle gibt es keine Betätigung des Überströmventils zg, 2o, 21, welches daher geschlossen bleibt. Die Regelung arbeitet, wenn die Spannung der Thermoelemente und die am Temperaturwähler 35 eingestellte Spannung einen Unterschied aufweisen. Die Regelabweichung steuert dann den mehrstufigen Magnetverstärker. Dieser ist als dreistufiger Verstärker 50, 5 r; 52 dargestellt und zusammen mit der Brücke 33 in einem Gehäuse 36 angeordnet. Jede Abweichung von der eingestellten Spannung kann sofort richtiggestellt werden.The terminal voltage of the four thermocouples connected in parallel 32 is in series with the bias winding of the first amplifier stage 5o and the temperature selector 35 at two opposite points of a resistance bridge 33 placed, in the other diagonal branch one connected to the terminals 34- constant comparison voltage is switched on. Through the bias winding No current flows if the voltage of the thermocouples is the same as that of the temperature selector 35 adjustable partial voltage of the reference voltage source. In this case there is no actuation of the overflow valve zg, 2o, 21, which is therefore closed remain. The regulation works when the voltage of the thermocouples and that of the temperature selector 35 set voltage show a difference. The control deviation controls then the multi-stage magnetic amplifier. This is a three-stage amplifier 50, 5 r; 52 and arranged together with the bridge 33 in a housing 36. Any deviation from the set voltage can be corrected immediately.

Der Verstärker muß eine hohe Empfindlichkeit haben, d. h. auf . allerkleinste Änderungen der Steuerspannung ansprechen.The amplifier must have high sensitivity, i. H. on . very small Address changes in the control voltage.

Der Temperaturwähler 35 ist üblicher Bauart. Er hat Startkontakte 35a, Steigkontakte 35b, Marschfahrtkontakte 35, und Anlaßkontakte 35d. Er ist von Hand in Übereinstimmung mit dem Strömungsregler 13 einstellbar, was durch die strichpunktierte Linie 38 und die Pfeile schematisch angedeutet ist. Der Temperaturwähler ist parallel zu zwei Brückenzweigen mit konstantem Widerstand geschaltet. Ein anderer Brückenzweig 41 hat -ebenfalls konstanten Widerstand, während der vierte Zweig 42 eine Kupferwindung enthält, die zum Ausgleich der Umgebungstemperaturen dient.The temperature selector 35 is of conventional design. It has starting contacts 35a, rising contacts 35b, cruise contacts 35, and starting contacts 35d. It can be adjusted by hand in accordance with the flow regulator 13 , which is indicated schematically by the dash-dotted line 38 and the arrows. The temperature selector is connected in parallel to two bridge branches with constant resistance. Another branch of the bridge 41 also has constant resistance, while the fourth branch 42 contains a copper winding which is used to compensate for the ambient temperatures.

Die Bezugsspannung an den Klemmen 34 kann man aus einer 24-Volt Batterie 44 über eine Stabilisierungsröhre oder einen Kohledruckregler entnehmen. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann die Bezugsspannung auch aus einer Sekundärwicklung 45 am Haupttransformator gewonnen werden, der eine Primärwicklung 46 und einen Kern 47 enthält. Nach Gleichrichtung wird dieBezugsspannung dann durch eine nicht dargestellte Glimmröhre bekannter Art stabilisiert.The reference voltage at terminals 34 can be obtained from a 24-volt battery 44 via a stabilization tube or a coal pressure regulator. As in shown in the drawing, the reference voltage can also come from a secondary winding 45 can be obtained at the main transformer, which has a primary winding 46 and a core 47 contains. After rectification, the reference voltage is then replaced by a not shown Glow tube of known type stabilized.

Die Speisung der Arbeitswicklungen der Magnetverstärker kann aus der Batterie 44 über einen rotierenden Wechselrichter 48 'und den Transformator mit dem Kern 47 erfolgen.The supply of the working windings of the magnetic amplifier can be from the Battery 44 via a rotating inverter 48 'and the transformer with the core 47 take place.

Der Strom der Endstufe 5.2 des Magnetverstärkers wird nach Gleichrichtung über die Leitungen 49 unmittelbar dem Solenoid zugeführt. Die ersten beiden Stufen 50, 51 des, Magnetverstärkers sind für Wirkung in beiden Richtungen eingerichtet, da die Regelabweichung positiv oder negativ sein kann. Die Endstufe 52 dagegen enthält einen Gleichrichter, der den Ausgangsstrom in den Leitungen 49 nur in einer Richtung fließen läßt.The current of the output stage 5.2 of the magnetic amplifier is fed directly to the solenoid via the lines 49 after rectification. The first two stages 50, 51 of the magnetic amplifier are set up for action in both directions, since the control deviation can be positive or negative. The output stage 52, on the other hand, contains a rectifier which allows the output current to flow in the lines 49 in only one direction.

Wie erwähnt, ist das Solenoidventil ein Überströmventil, das überschüssigen Brennstoff aus dem Strömungsregler zur Ansaugseite der Pumpe zurückleitet. Wenn in der Schubdüse die Temperatur unter Überschreitung des erwähnten Unterschieds über den gewählten Wert ansteigt, so wird über den Brückenstromkreis dem Verstärker eine Steuerspannung zugeführt. Ein dieser Spannung entsprechender Strom wird vom Verstärker der Solenoidwicklung zugeführt, und dessen Anker schwingt den Kipphebel 25 gegen die Regelfeder 23 weiter aus, so daß Treibstoff, der durch ein Filter 54 der Öffnung 22 des Ventils i9 zugeleitet wird, zur Ansaugseite der Pumpe i i zurückströmen kann. Damit wird die Speisung der Turbine mit Brennstoff verringert, und die Temperatur in der Schubdüse kann im wesentlichen auf den gewählten Wert zurückgehen.As mentioned, the solenoid valve is a spill valve, the excess Returns fuel from the flow regulator to the suction side of the pump. if the temperature in the exhaust nozzle exceeding the mentioned difference rises above the selected value, the amplifier a control voltage is supplied. A current corresponding to this voltage is supplied by the Amplifier of Solenoid winding supplied, and its armature oscillates the rocker arm 25 against the control spring 23 further, so that fuel, through a filter 54 is fed to the opening 22 of the valve i9, to the suction side of the Pump i i can flow back. This will supply the turbine with fuel reduced, and the temperature in the exhaust nozzle can be substantially on the selected Decrease in value.

Die Menge des zurückgeförderten Brennstoffs hängt vom Weg des Ventilkörpers und demzufolge von dem Strom ab, der der Solenoidwicklung zugeführt wird. Die Größtmenge kann auf annähernd 2o 1/o des Gesamtbedarfs der Turbine beschränkt werden, so, daß, wenn im Fall eines elektrischen Versagens die Solenoidwicklung vollen Strom erhielte, die Turbine trotzdem noch genügend Leistung hat, um das von ihr angetriebene Flugzeug zu seiner Basis zurückzufliegen.The amount of fuel that is returned depends on the path of the valve body and consequently on the current supplied to the solenoid winding. The largest amount can be limited to approximately 2o 1 / o of the total turbine requirement so that, if in the event of an electrical failure the solenoid winding would receive full current, the turbine still has enough power to power the aircraft it drives to fly back to its base.

Wie schon oben erwähnt wurde, ist das Gerät auch vorzugsweise darauf eingerichtet, dem Flugzeugführer eine Überhitzung in der Maschine anzuzeigen, z. B. wenn sie infolge falscher Handhabung der Drosselsteuerung, etwa zu schneller Öffnung des Hauptventils, stehentleibt. Für diese Aufgabe steuert eine der ersten Verstärkerstufen (in der dargestellten Anordnung die zweite Stufe 5i) einen geeigneten Regler, etwa ein Relais 56, sobald die Thermoelemente ein eine Überhitzung der Turbine anzeigendes Signal liefern. Das Relais 56 schaltet den Warnstromkreis 57 ein, der beispielsweise mit einer Warnlampe versehen sein kann.As mentioned above, the device is also preferably on it set up to notify the pilot of overheating in the machine, e.g. B. if due to incorrect handling of the throttle control, about too faster Opening of the main valve, left standing. One of the first controls for this task A suitable amplifier stage (the second stage 5i in the arrangement shown) Regulator, such as a relay 56, as soon as the thermocouples an overheating of the turbine provide an indicating signal. The relay 56 turns on the warning circuit 57, the can for example be provided with a warning lamp.

Durch die Verwendung eines Magnetverstärkers in der Steuereinrichtung sind nur niedrige Spannungen erforderlich. Dadurch ist eine Regelung auch in großen Höhen oder bei starker Feuchtigkeit möglich, ohne daß man Überschläge oder Lichtbogen befürchten müßte, wie es bei einem elektronischen Verstärker der Fall wäre, der hohe Spannungen erfordert. Außerdem kann der Verstärker eine sehr gedrungene und relativ leichte Bauart erhalten. Dadurch wird er gegen Störungen durch Stöße oder Alterung von Teilen nicht in demselben Maße anfällig wie ein elektronischer Verstärker, so daß die Instandhaltung auf ein Minimum beschränkt bleibt. Der Magnetverstärker ist sofort nach dem Einschalten betriebsbereit. Er benötigt keine Anlaufzeit, wie sie bei Verwendung eines elektronischen Verstärkers für das Anheizen der Elektronenröhren notwendig wäre. Durch den Wegfall anzuheizender Teile werden Wärmeverluste vermieden, und der Stromverbrauch ist relativ niedrig. Infolgedessen ist keine Lüftung erforderlich, und das Verstärkergehäuse kann vollständig geschlossen sein und notfalls sogar unter Druck gesetzt werden, wenn Kondensation in großen Höhen verhütet werden soll.By using a magnetic amplifier in the control device only low voltages are required. This is a regulation also in large Heights or in high humidity possible without flashing over or arcing would have to fear, as would be the case with an electronic amplifier, the requires high voltages. In addition, the amplifier can be a very compact and relatively light construction received. This will protect him against interference from shocks or Aging of parts is not as prone to aging as an electronic amplifier, so that maintenance is kept to a minimum. The magnetic amplifier is ready for use immediately after switching on. He doesn't need any start-up time, like they when using an electronic amplifier to heat up the electron tubes would be necessary. By eliminating parts to be heated, heat losses are avoided, and the power consumption is relatively low. As a result, no ventilation is required, and the amplifier housing can be completely closed and, if necessary, even underneath Pressure must be applied to prevent condensation at high altitudes.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Automatic regulator to maintain a certain adjustable working temperature for gas turbines, which is determined by a number of parallel-connected, is controlled in the flow of the exhaust gas lying thermocouples and the rest from a temperature selector for setting the setpoint, a solenoid-controlled one Overflow valve and a booster to increase the temperature of the thermocouples electrical power output, characterized by the use of a known magnetic amplifier of high translation power and sensitivity.

2. Temperature controller according to claim i, characterized in that the magnetic amplifier is multi-stage, with at least two lower stages (50, 5i), which in both directions are effective, and an output stage (52) with a rectifier, the output current of the final stage to the solenoid operated spill valve (i9) only lets through in one direction.

3. Temperature controller make claims i and 2, characterized in that the warning circuit (57) consists of one of the lower stages (5i) of the magnetic amplifier is fed. Printed publications: Swiss Patent Nos. 268,645, 268,283, 265,625.