Automatische Steuerungseinrichtung für Verbrennungsturbinen. Die Erfindung bezieht sich auf automa tische Steuerungseinrichtungen für Verbren- nungsturbinen, bei denen eine elektrische Spannung die zu einer oder mehreren der zu steuernden Betriebsgrössen der Turbine pro portional ist, mit einer Bezugsspannung ver glichen wird, die einem bestimmten Wert dieser Betriebsgrösse entspricht.
Die Anord nung ist dabei so getroffen, dass eine Abwei chung der Spannung von der Bezugsspan nung die i\bertraggung eines Signals auf Re guliermittel bewirkt, wodurch die Betriebs grössen so eingestellt werden, < lass der ge nannte bestinunte Wert wieder erreicht. wird und dadurch die Spannung und die Bezugs spannung einander wieder gleich werden.
Bisher war es allgemein üblich, als Strom quelle für die Bezugsspannilng eine Batterie zu verwenden, mit der Kompensationsmittel verbunden sind, um Spannungssehwankun- gen, die durch die Verschlechterung der Bat terie bedingt sind, auszugleichen, und so die abgeriebene Spannung- auf dein gewünschten Normalwert. zu halten. Die Spannung der Batterie wird in der Regel mit einem Normal element verglichen, um feststellen zti können, ob die Vergleichsspannung konstant ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt. nun die Beschaffung einer verbesserten automa tischen Stelerungseinriehtung des erwähnten Typs, bei der keine Batterie als Norinalspan- nungsquelle verwendet wird und trotzdem die Bezugsspannung nicht schwanken kann. Cberdies werden auch #-ewisse andere Nach teile, die mit. der Verwendung von Batterien in Turbinentriebwerken für Flugzeuge ver bunden sind, indem die Batterie in grossen Höhen einfrieren kann, ausgeschaltet.
Gemäss der Erfindung weist die automa tische Steuerungseinriehtung der genannten Art für Verbrennungsgasturbinen einen Sta bilisierungsstromkreis auf, der von einer Stromquelle gespeist wird und einen Strom von konstanter Spannung als Bezugsspan nung für die automatische Steuerung abgibt.
Der Stabilisierungsstromkreis enthält vor zugsweise eine oder mehrere Gasentladungs- röhren, die zwischen die Stromquelle und die automatische Steuerung geschaltet sind.
Die beiliegende Zeichnung zeigt rein schematisch ein Ausführungsbeispiel -der Er findung angewendet bei einem Strahltrieb werk für Flugzeuge, zur Steuerung der Tem peratur der durch die Turbine und die Düse hindurchgehenden Gase.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist das Strahltriebwerk bei 10 schematisch dar gestellt. Es weist. das Strahlrohr 11 und eine Brennstoffeinspritzeinriehtung 1? auf, die durch die Brennstoffleitung, 13 gespeist wird.
Der Brennstoff wird aus dem üblichen Vorratsbehälter .durch die Leitung 14 ent nommen und gelangt durch die Leitung 15 zu der von der Maschine angetriebenen Pumpe 16, hierauf durch die Leitungen 17 und 18 zu einem von Hand einstellbaren Ventil 19 und in die Leitung 13. Das Ventil 19 wird vom Piloten über den Steuerhebel 20 gesteuert.
Von der Leitung 18 zur Leitung 14 ist eine Nebenschlussleitung 14 vorgesehen und ein Ventil 22 steuert den Brennstoffstrom in dieser Leitung vom Pumpenaustritt zum Pumpeneintritt zurück, wodurch die Brenn stoffmenge reguliert wird, die durch die Lei tung 18 und das Ventil 19 in die Maschine gelangt. Das Ventil 22 wird durch den Elek tromotor 23 gesteuert, der durch die Leitun gen 24 von einem Elektronenröhrenverstär- ker, der bei 25 schematisch dargestellt ist, her mit Strom beliefert wird.
An einer geeigneten Stelle des Abgasrohrs 11 der Turbine sind ein oder mehrere Thermo- elemente 26 vorgesehen, die parallel oder in Serie geschaltet sein können und der Tempe ratur des Abgasrohrs bzw. der darin befind lichen Gase ausgesetzt sind. Die in den Thermoelementen erzeugte Spannung wird über die Drähte 27 zu einer Umformungs- und Elektronenröhrenverstärkungsanlage 25 von bekannter Bauart geführt, um die auto matische Steuerung zu bewirken.
Zu diesem Zweck wird die von den Thermoelementen erzeugte Spannung dem Spannungsteiler 29 zugeführt und mit einer Bezugsspannung, die von einer bei 38 generell dargestellten Quelle kommt, verglichen. Jede Spannungsabwei chung .des Potentiometers wird einem vibrie renden Zweiwegimterbreeher zugeführt, der dieselbe abwechselnd den beiden Eingängen der Primärseite eines Transformators zuführt. Die Ausgangsleistung dieses Transformators wird im erforderlichen Mass verstärkt und der einen Wicklung eines Induktionsmotors 23 zugeführt.
Die andere Wicklung des Mo tors ist mit der Wechselstromleitung 28 ver bunden, die ebenfalls den Unterbrecher be tätigt. Der Vibrator ist magnetisch polarisiert, so dass das Phasenverhältnis des Transforma- torausgangs in bezug auf die Wechselstrom- zuführung von der Spannung des Thermo- elementes abhängt, die höher oder niedriger ist als die durch die Einstellung des beweg lichen Kontaktes des Spannungswandlers be dingte.
Dieses Phasenverhältnis bestimmt die Drehrichtung des Motors 23. Das elektrische Schaltschema. der Anlage 25 ist im Detail im Patent Nr. 268v83 ausführlich beschrieben.
Bei dieser speziellen Ausführungsform be findet sich der bewegliche Kontakt 30 des Spannungsteilerwiderstandes 29 an der Ver längerung 31 des Steuerhebels 20, durch den das von Hand einstellbare Ventil 19 betätigt wird.
Der Einstellbereich des Steuerhebels 20, 31 umfasst vier Gebiete; nämlich von 1-2 die Einstellung von Hand, zwischen 2 und 3 wird die automatische Steuerung eingeschaltet, zwi schen 3 und 4 liegt der normale Arbeits bereich, innerhalb welchem die Temperatur re guliert wird, und zwischen 4 und 5 liegt der maximale Kraftbereich für Notfälle, der nur bei besonderen Anlässen benutzt wird. Um eine versehentliche Bewegung des Hebels über 4 hinaus zu verhindern, ist an dieser Stelle vorteilhaft eine Sperre vorgesehen.
Im ersten oder Leerlaufbereich ist das Handventil 19 nur verhältnismässig wenig ge öffnet, so dass nur ein geringer Brennstoff strom fliesst -und keine automatische Steue rung erforderlich ist. Dies wird erreicht, indem man die Steuerung, wie nachstehend beschrieben, auf eine Temperatur einstellt, die wesentlich über den in diesem Bereich vorkommenden Temperaturen liegt. Das auto matische Ventil ist deshalb nicht in Funktion und die Steuerung erfolgt allein durch das von Hand betätigte Ventil 19.
Im Bereich zwischen 2 und 3 wird die automatische Steuerung in einem geeigneten Punkt eingeschaltet, und die gewählte Ein stelltemperatur ist die niedrigste, z. B. 500 C, die bei normalem Betrieb verwendet wird.
Im Bereich zwischen 3 und 4 steigt die Temperatur an, z. B. auf 650 C, wodurch eine erhöhte Leistung erzielt wird, während im Notfall ein weiterer Temperaturanstieg bis etwa 700 C zulässig ist.
Die Veränderung der eingestellten Tem peratur erfolgt durch die Bewegung des Kon taktes 30 über den Widerstand 29.
Wenn der Hebel 20 aus der Maximal leistungslage entsprechend Punkt 5 zurück- bewegt wird, bewegt sieh der Kontakt 30 vom Punkt. 32 des Widerstandes 29 weg, bis der Hebel 20 die Stellung 3 erreicht hat. In die sem Moment erreicht der Kontakt 30 den Punkt 33 des Widerstandes und hat so den ganzen Bereich des Spannungsteilerwider- standes 29 durchlaufen.
Bewegt, man den Hebel 20 weiter gegen den Punkt 2 hin, so kommt der Kontakt 30 mit einem Kontakt block 34 iri Berührung und schleift auf die sem, so dal: der Strom eingeschaltet bleibt, bis der Punkt 2 oder irgendeine Lage zwi schen 2 und 3 erreicht. ist. Dadurch wird er reicht, dass in irgendeiner Lage zwischen den Punkten 2 und 3 die maimal zulässige Tem peratur 500 C ist. Bewegt man den Hebel 20 vom Punkt 2 noch weiter gegen den Punkt 1 hin, so greift er in einen Schalter 35 ein, der zwischen .den Kontakten 36 und 37 wirkt und bewegt ihn derart, dass der Kontakt 30 mit dem Ende 32 des Widerstandes 29 verbunden wird.
Die dadurch -gewählte Einstelltempera tur ist. die gleiche, wie diejenige, als. der Kon takt. 30 am Punkt 32 war, nämlich 700 C. Da diese Temperatur mit dem kleinen, über das Ventil 19 eingestellten Brennstoffstrom nicht. erreicht wird, ist die automatische Steuerung unwirksam.
Beim Betrieb der Anlage wird beim An lassen der 3laschine aus dem Ruhezustand der IIebel 20 in eine geeignete Stellung zwischen dem Bereich 1 und 2 gebracht, so dass die Brennstoffzufuhr nur vom handbetätigten Ventil 19 beherrscht. wird und die Neben- schlussleitung 22 durch die Einwirkung des Motors 23 geschlossen ist.
Bei Vorwärts bewegung des Hebels 20 wird der Schalter 35 bei Erreichung des Punktes 2 oder kurz nachher umgelegt, so dass er den Kontakt 36 berührt, wodurch der Spannungsteilerwider- stand 29 in den Stromkreis eingeschaltet wird, wobei der Kontakt 30 sich .an dessen Ende 33 befindet. Wenn die Strahlrohrtemperatur über :100 C ist, wird dadurch der Motor 23 betätigt und öffnet das Nebenschlussventil 22 so weit, dass ein Teil des von der Pumpe 16 kommenden Brennstoffstromes zur Ein gangsseite der Pumpe zurückgeführt wird, wodurch sieh die Temperatur auf 500 C re duziert.
Dadurch wird sichergestellt, dass, wenn der Hebel 20 den Punkt 3 erreicht, trotz für einen grösseren Brennstoffdurehlass genügen der Öffnung des Handventils 19, das offene Nebensehlussventil 22 einen solchen Brenn stoffdurehlass verhindert und die Temperatur auf einem 500 C nicht -übersteigenden Wert hält.
Eine weitere Vorwärtsbewegung des Hebels 20 öffnet das Handventil 19, so dass der Brennstoffstrom zunehmen kann. Diese Be- wegung des Hebels 20 vom Punkt 3 zum Punkt 4 bewegt jedoch auch den Kontakt 30 entlang dem Widerstand 29, wodurch die Be zugstemperatur eingestellt und der Motor 23 so betätigt wird, dass er das Ventil 22 nach und nach in entsprechendem Masse schliesst, wodurch der Maschine mehr Brenn stoff zugeführt wird, und die Temperatur an steigt und höhere Leistungen erhalten wer den. Dies dauert so lange, bis der Hebel 20 den Punkt 4 erreicht hat, und darüber hinaus auch in dem für Notfälle vorgesehenen Bereich.
Man sieht .daraus, dass die einzige vom Pi loten durchzuführende Massnahme darin be steht, .den Hebel 20 in irgendeine Lage zu bringen, die der gewünschten Maschinen leistung entspricht. Das automatische Ventil 22 wird dadurch so eingestellt, dass ein sol eher Brennstoffstrom erhalten wird, dass die Temperatur im Abgasrohr 11 auf der durch den Hebel 20 angegebenen Temperatur ge halten wird.
Wenn die Arbeitsbedingungen des Flugzeugs sich ändern, so dass eine Ände rung der Temperatur im Abgasrohr 11 statt findet, ist die vom Thermoelement 26 ab gegebene Spannung nicht mehr mit derjeni gen am Widerstand 29 eingestellten Span nung ausgeglichen, so dass vom Verstärker ein Strom zum Motor 23 fliesst, welcher das Ven til 22 so einstellt, dass die gewünschte Tempe ratur wieder hergestellt wird.
Die Spannungsquelle 38 für die auf den Spannungsteiler einwirkende Bezugsspan- llLlnä ist frei von den Nachteilen, die Batte- rieh aufweisen, die früher zu diesem Zweck verwendet werden.
Die Spannungsquelle 38 weist einen Sta bilisierungsstromkreis auf, der mit einer ge eigneten Kraftquelle verbinden ist. Wo ein Elektronenröhrenverstärker als Teil der Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, kann die Kraftquelle von den Hochspannumgs- zuführungsleitungen des Verstärkers abge zweigt sein. Der Stabilisierungsstromkreis weist mehrere Gasentladungsröhren 40 und damit verbundene Widerstände auf.
Jede Röhre bildet mit dem Widerstand eine Stufe, die mit der andern ,durch Kaskadenschaltung verbunden ist, das heisst die Widerstände sind miteinander in Serie und die Röhren parallel geschaltet. Auf der Ausgangsseite der Einheiten ist ein Spannungsteiler 42 an geordnet. Dieser dient dazu, die Spannung des Röhrenstromkreises auf den Wert herab zusetzen, der am Spannungsteiler 29 erfor- derlich ist.
Die Spannungsquelle 38 ist an beiden Enden des Spannungsteilers<B>29</B> durch die Leitungen 43 angeschlossen.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, da.ss zwei Stabilisierungsstufen im Stabilisierungs kreis vorgesehen sind, was jedoch auch ab geändert werden kann. Wenn ein geringerer Grad der Stabilität genügt, kann der Kreis auch nur eine Crasentladungsröhre aufwei sen. Werden jedoch höhere Stabilitäten ge fordert, so kann man drei oder mehr solcher Röhren mit den zugehörigen Widerständen in Kaskade schalten. Die Anordnung ist dann so, dass die Arbeitsspannung der ersten Röhre, die mit der Stromquelle verbunden ist, die höchste ist und dass jede folgende Röhre in der Kaskade eine niedrigere Spannung auf weist als die vorhergehende.
Eine automatische Steuerung der oben be schriebenen Art mit einem Spannungsteiler, der eine Vergleichsspannung von einem Stabi lisierungskreis bezieht, hat den Vorteil, dass eine Überprüfung der Normalspannung nur in grossen Abständen zu erfolgen braucht, so dass die Einrichtung zur Durchführung die ser Prüfung nicht ein permanenter Bestand teil der automatischen Steuerungseinrichtung zu sein braucht. Daraus ergibt sich insbeson dere bei Flugzeugen eine Verminderung des Gewichtes der zu tragenden Apparate.
Bei der dargestellten Anordnung wird durch das Nebenschlussvent.il 22 Brennstoff zur Eingangsseite der Pumpe 16 zurück geführt, doch können auch verschiedene an dere Anordnungen von automatischen und von Hand betätigten Ventilen vorgesehen sein.