Selbsttätige Steuerungseinrichtung für Gasturbinen. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine selbsttätige Steuerungseinrichtung für Gasturbinen, bei welcher eine Brücken schaltung durch eine zu regelnde Betriebs grösse der Gasturbine derart beeinflusst wird, dass die Brückenschaltung bei einem bestimm ten einstellbaren Sollwert der Betriebsgrösse ausgeglichen ist, so dass ihre Ausgangspunkte keine Potentialdifferenz aufweisen, während bei Abweichungen des genannten Sollwertes die Brückenschaltung nicht mehrausgeglichen ist, so dass an den Ausgangspunkten eine Po tentialdifferenz auftritt, die eine Regelung des Betriebsstoffes der Turbine veranlasst.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine selbsttätige Steuerungseinrichtung vorzusehen, bei welcher die Potentialdifferenz infolge Un ausgeglichenheit der Brückenschaltung dazu benützt wird, den unausgeglichenen Zustand weiter zu erhöhen und dadurch die Potential differenz zu vergrössern. Auf diese Weise ist die Steuerung empfindlicher, so dass Poten tialdifferenzen der Brückenschaltung zufrie denstellend durch elektromechanische Relais an Stelle der komplizierten und teuren Elek tronenrelais ausgenützt werden können.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Potentialdifferenz auf ein empfindliches elektromechanisches Relais aufgedrückt, das jeweils den Stromkreis mindestens eines Steuerrelais schliesst, wobei der dieses Relais durchfliessende Strom der Brückenschaltung zugeführt wird, um deren Unausgeglichenheit zu erhöhen, bis das Steuerrelais betätigt wird, worauf letzteres eine Regelvorrichtung für den Betriebsstoff in Tätigkeit setzt, bis der Sollwert der Betriebsgrösse wieder erreicht und die Brückenschaltung in den ausgegli chenen Zustand zurückgekehrt ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist auf der beiliegenden Zeich nung dargestellt, welche ein Schaltungsschema für die Regulierung der Geschwindigkeit einer Gasturbine zeigt.
Das nachstehend beschriebene Beispiel macht von einer Brückenschaltung 11 Ge brauch, mit welcher ein Wechselstromerzeuger 5 über ein polarisiertes Relais 6 verbunden ist. Der Wechselstromerzeuger 5 wird durch die Gasturbine (nicht gezeigt) angetrieben. Der Anker 9 des Relais schwingt infolge sei ner Erregung durch den Wechselstromerzeu ger 5 zwischen den Kontakten 7 und B.
Die Brückenschaltung 11 weist drei Zweige mit Widerständen 12 bzw. 13 und 14 bzw. 15 und 16 und einen Kondensatorzweig mit dem Kondensator 10 auf. Die Eingangspunkte der Schaltung sind bei<I>a</I> und<I>b</I> gezeigt, und diese sind mit der Batterie 17 verbunden, während die Ausgangspunkte bei c und d sind.
Wenn der Anker 9 den Kontakt 8 berührt, wird der Kondensator 10 durch die Batterie 17 geladen, und wenn er den Kontakt 7 be rührt, wird der Kondensator entladen. Bei dieser Anordnung wird die Frequenz, mit welcher der Kondensator 10 geladen und entladen wird, um einen Ausgleich in der Brückenschaltung 11 zu erzeugen (das heisst so, dass kein Potential an den Ausgangspunk ten c und d besteht), willkürlich durch die Werte der Kapazität des Kondensators 10 und der Widerstände 12, 13 -f- 14 und 15 -f- 16 bestimmt.
Durch den Ausdruck ausge glichen , wie er auf die Brückenschaltung angewendet wird, sind die Bedingungen ver standen, bei welchen der mittlere Stromwert in einem äussern, über die Brückenausgangs punkte c und d angeschlossenen Kreis Null ist. Ein elektromechanisches Relais, welches genügend Trägheit besitzt, wird, wenn es an diese Punkte angeschlossen ist, unter diesen Bedingungen nicht betätigt.
_ Diese Frequenz, mit welcher der Konden sator aufgehalten und geladen wird, ist die jenige des Wechselstromerzeugers 5 und hängt von der Geschwindigkeit der Gasturbine ab, so dass die Werte des Kondensators und Wi derstände :ausgewählt werden können, um einen Ausgleich der Brückenschaltung 11 bei einem vorbestimmten Sollwert der Geschwin digkeit der Turbine zu erzeugen.
Während diese gegebene Geschwindigkeit durch die Turbine aufrechterhalten wird, ist die Schal tung 11 ausgeglichen, und daher ist die mitt lere Potentialdifferenz über die Ausgangs punkte c und d Null. Der Widerstand 12 ist veränderlich, um den Sollwert der Geschwin digkeit der Turbine, bei welchem die Schal tung 11 ausgeglichen ist, einzustellen.
Die Ausgangspunkte c und d sind an ein polarisiertes Relais 18 angeschlossen, welches den Stromfluss zu einem Elektromotor 27 steuert. Der Motor ist mit einem Drosselventil 33 verbunden, welches sich in- der Brennstoff zuführungsleitung 35 zur Gasturbine befin det. Der Brennstoff wird längs der Leitung 35 durch eine Pumpe 34 zugeführt. Der An ker 19 des Relais 18 kann z. B. durch eine Feder gegen einen der Kontakte 20, 21 ge drückt und normalerweise entgegen der Fe derspannung durch den Permanentmagneten des Relais 18 zwischen den Kontakten gehal- ten werden.
Wenn der Relaisstrom ein Feld er zeugt, welches das Feld des Permanentmagne ten vergrössert, wird der Anker 19 entgegen der Federspannung zu einem Kontakt 20 oder 21 bewegt. Wenn das Magnetfeld infolge des Relaisstromes entgegen dem Feld des Perma nentmagneten wirkt, wird die Federspannung das resultierende Feld überwinden und den Anker 19 gegen den andern Kontakt bewegen.
Solange bei dieser Anordnung die Sehal- tung 11 ausgeglichen ist, ist der Motor 27 un wirksam, und das Ventil 33 bleibt unverän dert eingestellt, so dass die durch die Turbine hindurchgehende Brennstoffmenge konstant bleibt. Wenn die Schaltung 11 unausgegli chen wird, geht Strom durch das Relais 18, und als Folge wird der Motor 27 in noch zu beschreibender Weise in Betrieb gesetzt, um das Ventil 33 einzustellen und die durch die Turbine hindurchgehende Brennstoffmenge zu verändern.
Die Geschwindigkeit der Tur bine wird darnach wieder atü einen vorge schriebenen Wert eingestellt, der dem Zustand des Ausgleiches in der Schaltung 11 ent spricht.
Bei einer Steuerung, wie sie bis dahin be schrieben wurde, könnten die Ausgangspunkte c und d statt an das elektromagnetische Re lais 18 auch an ein Elektronenrelais ange schlossen sein. Wegen der verminderten Kosten und Einfachheit der Einrichtung wird aber ein elektromagnetisches Relais benutzt. Bei dem letzteren ist jedoch der Widerstand an den Kontaktstellen so gross, dass ein be trächtlicher Unausgeglichenheitszustand der Brückenschaltung erforderlich ist, um einen genügenden Steuerstrom hervorzurufen. f Die vorliegende Erfindung ist darauf ge richtet, die Signalstärke von der Brücken schaltung 11 selbsttätig zu erhöhen, wenn sie unausgeglichen ist.
Auf diese Weise wird die auf das Relais 18 angelegte Potentialdifferenz grösser und der Widerstand an den Kontakt stellen kleiner.
Zu diesem Zweck ist ein Steuerrelais 23 dem Kontakt 20 zugeordnet, und dem Kon takt 21 ist ein Steuerrelais 31 zugeordnet. Das Steuerrelais 23 wird, wie nachfolgend be- schrieben, in Betrieb gesetzt, um die Brenn- stoffzuführung zur Gasturbine zu erhöhen, während das Steuerrelais 31 in Betrieb gesetzt wird, um die Brennstoffzuführung herabzu setzen.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass, während die Schaltung sich in einem Aus gleichszustand befindet, das Relais 18 nicht erregt ist und der Anker 19 sich in einer Mittellage befindet, in welcher er keinen der Kontakte 20, 21 berührt. Wenn das Relais 18 bei einem in der Schaltung 11 erzeugten Unausgeglichenheitszustand erregt wird, wird das Relais 18 in Betrieb gesetzt und als Folge davon das Steuerrelais 23 oder 31. Dadurch wird der Elektromotor 27 passend angetrie ben, um das Brennstoffventil 33 einzustellen.
Zwei Zweige der Brückenschaltung 11 wei sen ein Paar Widerstände auf, welche in Reihe geschaltet sind, nämlich die Widerstände 13 und 14 bzw. 15 und 16. Der Widerstand 14 besitzt einen kleinen Wert im Vergleich mit dem Widerstand 13, und in gleicher Weise hat der Widerstand 15 einen kleinen Wert im Vergleich mit dem Widerstand 16. Ferner ist die Anordnung derart, dass das Verhältnis der Widerstände 14 und 13 das gleiche ist wie das Verhältnis der Widerstände 15 und 16.
Der Kontakt 20 ist an ein Ende der Spule 22 des Steuerrelais 23 angeschlossen, und das andere Ende der Spule ist zwischen die Wi derstände 13 und 14 angeschlossen. In glei cher Weise ist der Kontakt 21 an ein Ende der Spule 37 des Steuerrelais 31 angeschlos sen, wobei das andere Ende der Spule zwi schen die Widerstände 15 und 16 angeschlos sen ist.
Das Steuerrelais 23 ist mit einem Paar Kontaktarmen 24,- 39 versehen, welche nor malerweise in der Richtung des Pfeils 25 federbeeinflusst sind, welche jedoch gleichzei tig in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden, wenn die Spule 22 erregt wird. In gleicher Weise ist das Steuerrelais 31 mit einem Paar von Kontaktarmen 28, 38 ver sehen, welche normalerweise in der Richtung des Pfeils 39 federbeeinflusst, sind, welche je- doch in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden, wenn die Spule 37 erregt wird.
Die Kontaktarme 24 und 28 steuern den Durchgang von Strom von der Batterie 17 zum Motor 27, während die Kontaktarme 38 und 39 vorgesehen sind, um das entsprechende Ende der zugehörigen Spule<B>37,</B> 22 mit dem Widerstandszweig 13, 14 bzw. 15, 16 zu ver binden.
Wenn bei der beschriebenen Anordnung die Brückenschaltung 11 unausgeglichen wird, weicht der mittlere, zur Relaisspule 18 hin durchgehende Stromwert von Null ab. Die letztere wird daher erregt, und ihr Anker 19 wird so bewegt, dass er den Kontakt 20 oder 21 leicht berührt. Es sei angenommen, dass der Kontakt 20 so berührt wird. Wenn dies eintritt, geht Strom von der Batterie 17 zu dem Anker 19, Kontakt 20, Spule 22 und so zu dem Widerstandszweig 13, 14 und dann zurück zu der Batterie. Die Wirkung des Durchganges des Batteriestromes durch den Widerstand 14 auf die Schaltung 11 besteht ferner darin, den Ausgleich derselben zu ver schieben, und zwar in dem gleichen Sinn, wie der, welcher die Betätigung des Relais 18 ver anlasste.
Durch diese Erhöhung der Unaus geglichenheit der Schaltung wird das Relais <B>1.8</B> stärker erregt, der Anker 19 berührt den Kontakt 20 mit erhöhtem Druck und ein stär kerer Impuls wird auf die Spule 22 des Steuerrelais 23 übertragen. Wenn die Impuls stärke einen gewissen Wert erreicht, werden die Kontaktarme 24, 29 in der zum Pfeil 25 entgegengesetzten Richtung bewegt, das heisst in die Schliesslage. Darnach wird ein Strom kreis von der Batterie 17, dem Kontaktarm 25, dem Motor 27, dem Kontaktarm 28 und zu rück zur Batterie vervollständigt. Der Mo tor 27 stellt darnach das Ventil 33 ein, um die längs der Leitung 35 zur Gasturbine hin durchgehende Brennstoffmenge zu steuern, so dass die Geschwindigkeit der letzteren auf ihren Sollwert zurückgebracht wird.
Gleich zeitig mit dem Schliessen des Kontaktarmes 39 wird die Spule 22 zwischen die Widerstände 15 und 16 angeschlossen. Dies hat die Wir kung, in der Schaltung 11 den ursprünglichen Zustand der Unausgeglichenheit wieder her zustellen, so dass die Schaltung wieder auf die Betriebsbedingungen empfindlich anspricht.
Wenn in gleicher Weise das Relais 18 er regt wird, so dass der Anker 19 den Kontakt 21 berührt, wird die Spule 37 erregt und gleichzeitig zwischen die Widerstände 15 und 16 angeschlossen. Die Wirkung davon ist, die Unausgeglichenheit der Schaltung 11 weiter zu erhöhen, so dass das Relais 18 weiter er regt wird und der Anker 19 den Kontakt 21 mit erhöhtem Druck berührt. Ein stärkerer Impuls wird daher auf die Spule 37 übertra gen, und wenn dieses einen gewissen Wert erreicht, werden die Kontaktarme 28, 38 in der entgegengesetzten Richtung zum Pfeil 39 bewegt.
Wenn dies eintritt, wird ein Kreis vervollständigt, welcher die Batterie 17, den Kontaktarm 28, den Motor 27, den Kontakt arm 24 und zurück zur Batterie aufweist. Der Motor 27 betätigt das Ventil 33, um die längs der Leitung 35 ,zur Gasturbine gehende Brennstoffströmung zu verändern, so dass die Geschwindigkeit der Turbine auf den gege benen Wert zurückgebracht wird, für wel chen die Schaltung 11 eingestellt worden ist. Gleichzeitig vervollständigt der Kontaktarm 38 einen Stromkreis, wodurch die Spule 37 auch zwischen die Widerstände 13 und 14 angeschlossen wird.
Dies hat die Wirkung, den ursprünglichen Zustand der Unausge- glichenheit in der Schaltung 11 wieder herzu stellen.
Bei Einstellung des Ventils 33 durch den Motor 27 wird die Brennstoffströmung ver ändert, so dass die Geschwindigkeit der Gas turbine und damit des WechselstromerzeLi- gers 5 verändert wird.
Diese Einstellung wird fortgesetzt bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Frequenz der Übertragung vom Wechsel stromerzeuger 5 und somit die Grösse der La dung und Entladung des Kondensators 10 einen solchen Wert erreicht, dass der Zustand der Ausgeglichenheit der Schaltung 11 wie der hergestellt ist. Wenn dies eintritt, besteht keine Potentialdifferenz zwischen den Prunk- ten c und d und das Relais 18 und eines der Steuerrelais 23 oder 31 wird ausser Betrieb gesetzt.
Es ist somit ersichtlich, dass bei der Erregung des Relais 18 die Schaltung 11 selbsttätig weiter in einer Richtung i-unausge- glichen ist, um noch einen grösseren Berüh rungsdruck zwischen dem Anker 19 und dem Kondensator 20 oder 21 zu ergeben, so dass dieser Druck rasch von einem kleinen Wert aufgebaut wird, bis das Relais 23 oder 31 in Betrieb gebracht ist. Das Relais 23 oder 31 vollführt die doppelte Wirkung, den Brenn stoffventil-Motor 27 in Betrieb zu setzen und den ursprünglichen unausgeglichenen Zustand der Schaltung 11. wieder herzustellen, so dass das Relais 18 seine normale Funktion voll führen kann.