Brennstoffzufuhrsystem. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzufuhrsystem in Gasturbinena.nla- gen mit einer Brennstoffpumpe zur Zufüh rung von Brennstoff zur Anlage und mit Mitteln zur Steuerung der Brennstofförderung von der Pumpe zur Anlage.
Im Brennstoffzufuhrsystem von CTastur- binen ist es erwünscht, während der Besehleu- nigung eine übermässige Brennstoffzufuhr zu vermeiden und während der Verzögerung eine genügende Brennstoffzufuhr zu sichern, da die Flamme in der Brennanlage sonst aus löschen könnte.
Im Brennstoffzufuhrsystem von Flugzeug gasturbinen ist es erwünseht, die Brennstoff zufuhr den verschiedenen Flughöhen anzu passen. Mit zunehmender Höhe nimmt die der Brennanlage zugeführte Luftmenge ab und die Brennstoffzufuhr sollte entsprechend ver mindert werden.
Beim erfindungsgemässen Brennstoffzufuhr- syst.em besitzen die Mittel zur Steuerung der Brennstofförderung von der Pumpe zur An lage eine erste hydraulische St.euervorrieh- tung, die für jede momentane Drehzahl der Anlage bei einer Beschleunigung die Brenn stoffzufuhr zur Anlage auf einen vorbestimm ten, maximalen Wert begrenzt, der grösser ist als der Brennstoffzufuhrwert für gleichför migen Betrieb der Anlage bei dieser Dreh zahl, und eine zweite hydraulische Steuer vorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Än derung der Einstellung der zweiten hydrau- lisehen Steuervorrichtung,
um eine Soll-Dreh- zahl für gleichförmigen Betrieb der Anlage vorauswählen zu können, wobei die zweite hydraulische Steuervorrichtung die Brenn stoffzufuhr zur Anlage so steuert, dass die Soll-Drehzahl eingehalten wird.
Das Brennstoffzufuhrsystem kann eine Brennstoffpumpe mit veränderlichem Förder volumen pro Umdrehung und zusätzlich eine Pumpe mit unveränderlichem Fördervolumen pro Umdrehung aufweisen, die mit einer zur Drehzahl der Anlage proportionalen Drehzahl angetrieben wird.
Die Brennstoffpumpe kann auch eine sol che mit unveränderlichem Fördervolumen pro Umdrehung sein und mit einer der Drehzahl der Anlage proportionalen Drehzahl angetrie ben werden.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt, in welcher Fig. 1 ein Brennstoffzufuhrsystem zeigt, das eine von der Hauptbrennstoffpumpe sepa rate Pumpe aufweist, welche den hydrauli- sehen Steuervorrichtungen Druckfluidum zu führt, während die Hauptpumpe veränder liche Förderung besitzt.
Fig. 2 zeigt eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Brennstoffzufuhrsystems, bei wel cher die Hauptpumpe auch an die hydrauli schen Steuervorrichtungen Druckflüssigkeit abgibt. Fig. 3r1, 3B, 4A, 4B zeigen graphisch das Funktionieren der hydraulischen Steuervor richtungen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Systems.
Fig. 5 zeigt eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Systems.
Das in Fig. 1 dargestellte Brennstoff- zufuhrsystein besitzt eine Brennstoffpumpe 10 finit mehreren hin- und hergehenden Kolben, deren Hub durch einen auf den Hebel 12 wir kenden Kolben 11 verändert werden kann. Der Brennstoff tritt durch das Saugrohr 13 in die Pumpe 10 ein, letzteres enthält einen Niederdruckfilter 14 und einen von Hand zu bedienenden Absperrhahn 15.
Bei 16 ist schematisch ein Brennstoffbe hälter dargestellt. Die Brennstoffdrucklei- tung ist bei 1'7 dargestellt, sie ist durch die Leitung 18 mit dem Zylinder verbunden, in dem sich der Kolben 11 verschiebt, wodurch dieser in Richtung einer Verminderung des Kolbenhubes belastet wird. In der Gegenrich tung wird der Kolben durch die Feder 19 sowie durch hydraulischen Druck belastet, der, wie weiter unten noch eingehender be schrieben wird, durch ein Rohr 20, das von der Leitung 39 abzweigt, die zu Brennstoff düsen 21 (nur eine dargestellt) führt, zuge führt wird.
Ausser der genannten Brennstoffpumpe mit variabler Förderung ist eine Zahnrad pumpe 22 vorgesehen, die von der Maschine mit, einer der Drehzahl der Maschine propor tionalen Drehzahl angetrieben ist. Die Pumpe 22, die ein konstantes Fördervolumen pro Umdrehung aufweist, saugt durch die Zweig leitung 23 aus der Brennstoffleitung 13 Brennstoff an und gibt denselben an die Lei tung 24 ab. Der Strom durch die Pumpe ist so im wesentlichen direkt proportional zur Drehzahl der Maschine. Dieser Strom gelangt durch eine feste öffnung 25 und durch die Zweigleitung 26, Kammer 32 und Rückleitung 27 zurück in die Brennstoffzufuhrleitung 13.
Da die von der Pumpe 22 gelieferte För dermenge der Drehzahl der Maschine im wesentlichen proportional ist, und die Durch- trittsöffnung 25 eine fixe Grösse aufweist., tritt eine Druckdifferenz an dieser Öffnung sowie zwischen den Rohrleitungen 24 und 28 auf, von welcher die Leitung 26 abzweigt, wobei diese Druckdifferenz dem Quadrat der Drehzahl der Maschine annähernd propor tional ist. Diese Druckdifferenz wirkt auf eine Membran 29, wobei der stromaufwärts der Öffnung herrschende Druck durch eine Zweigleitung 30 der Leitung 24 in die Kam mer 31 und der stromabwärts der Öffnung herrschende Druck durch die Zweigleitung 26, wie oben beschrieben, in die Kammer 32 übertragen wird.
Die Membran 29 ist mit dem Stab 33 verbunden, der ein Sehieber- ventil 34 trägt, welches mit. einer Ventilöff nung 35 am Anlassende der Druekleitung 17 für den Brennstoff zusammenwirkt. Das Schieberventil 34 steuert also den Durehfluss von der Zufuhrleitung in die zwischenge schaltete Druckkammer 36. Der Druck in dieser Kammer wirkt auf eine weitere Menn- bran 37, welche durch den Stab 38 mit dem.
Schieberventil 34 verbunden ist, wobei die Membran 37 ausserdem noch zusätzlich durch den Druck in der Leitung 39 belastet wird, welch letztere den Brennstoff zu den Ein- spritzorganen, z. B. der Düse 21, führt. Der Druck wird durch einen Durchlass 40 an die Kammer 41, von der die Membran eine Wand bildet, übertragen. Die erste hydraulische Steuervorrichtung umfasst somit die Teile 22, 24, 25, 26, 32. 31, 29, 30 und 27.
Das Schieberventil 34 wird durch die an den 3lembranen 29 und 37 angreifenden Be lastungen gesteuert. Die auf die Membran wirkende Belastung ist. ungefähr proportional dem Quadrat der Drehzahl der Maschine und die auf die Membran 37 wirkende Belastung ist proportional dem Druekabfall zwischen der Zwischenkammer 36 und der Brennstoff zufuhrleitung 39 zu den Brennstoffeinspritz- düsen 21.
Eine zweite hydraulische Steuervorrich tung ist zur Steuerung eines weiteren Schie berventils 42 vorgesehen, das zwischen der Zwischenkammer 36 und der Rohrleitung 39 angeordnet ist. Die zweite hydraulische Steuervorrichtung wird aus den Teilen 22, 24. 25, 44, 28, 45, 43, 46 und 26, 27 gebildet. Das Ventil 42 kann sich in zwei Richtungen bewegen und ist so geschaffen, dass es von der zweiten hydraulischen Steuerv orriehtung verdreht und von einer höhenempfindlichen Einrichtung axial verschoben werden kann.
Die zweite hydraulische Steuervorrichtung enthält eine Membran 43, die dem Druckab fall in der Durchlassöffnung 25 ausgesetzt ist, wobei der stromaufwärts der Öffnung herrschende Druck in die Kammer 45 durch die Leitung 44, die von der Leitung 30 ab zweigt, übertragen wird, während der strom abwärts der Öffnung herrschende Druck durch die Leitung 28 auf die Kammer 46 einwirkt.
Die Membran ist. zusätzlich noch von einer Feder 47 belastet, wobei der Feder druck durch den Steuerhebel 48 verändert werden kann; die Bewegung der Membran wird durch den Stab 49 auf das Ventil 42 übertragen, der an ihr befestigt ist und den Hebel 50 verschwenken kann und so eine Welle 57 verdreht, die ihrerseits einen Körper 52 trägt, der seinerseits in axiale Schlitze 53 im Schieberventil 42 eingreift. Die Bewegung der -Membran 43 bewirkt also eine entspre chende Verdrehung des Schieberventils 42. Der Eingriff des Körpers 52 in die Schlitze 53 lässt. jedoch auch freie axiale Verschiebung des Schiebers zu.
Eine Druckfeder 54 presst das Ventil im axialen Bewegungssinne nach rechts, während eine Verschiebung nach links durch Druck aus einem Servomechanismus be wirkt wird, der von der Drttekdifferenz durch die Öffnung 35 herrührt und auf den Kol ben 55 einwirkt. Dieser Kolben weist einen Durehlass 56 auf, dessen Durehströmung vom Stift 57, der an der luftleeren Kapsel 58 angebracht ist, die ihrerseits in der Kammer 59 sitzt, welche mit der Aussenluft durch das Rohr 60 in Verbindung steht, gesteuert wird. Die Kapsel ist eine solche, die sieh axial aus dehnt., wenn der auf ihr lastende Druck ab nimmt.
Die Zufuhr von Druckflüssigkeit für den Betrieb des Servomechanismus erfolgt in den Zylinderraum 61 durch das Rohr 62 und eine bezrenzte Öffnung 63, während der Zy- linderraum 64 auf der andern Kolbenseite 55 mit der Zwischenkammer 36 durch den Durchlass 65 kommuniziert.
Der Betrieb des Servomechanismus beim Ausdehnen und Zusammenziehen der Kapsel 58, als Ergebnis der Luftdruckänderiuig geht. wie folgt vor sieh: Die Fläche der begrenz ten Öffnung 63 ist. so gewählt, dass die am Kolben 55 angreifenden, hy draulisehen Drücke miteinander im Gleichgewicht sind.
Wenn sieh also die Kapsel 58 ausdehnt, schliesst der Stift. 57 den Durchlass 56 und im Zylinder raum 61 entsteht ein hydraulischer Druck, durch den der Kolben 55 nach links v erseho- ben wird und die Lage des Schieberventils 42 gegenüber der Feder 54 ändert, bis eine CTleicbgewichtslage erreicht. ist. Die Kontrak tion der Kapsel öffnet. den Durchlass 56, so dass der Druck in der Kammer 61 fällt, wor auf das Schieberventil 42 unter dem Druck der Feder 54 der Bewegung des Stiftes 5'7 nachfolgt.
Das Brennstoffzufuhrsvstem enthält auch einen Hochdruckabstellhahn 68, der in die Brennstoffzufuhrleitung 39 eingebaut ist. und zum Anlassen und Abstellen der -Maschine benützt wird.
Das zusätzliche Schieberventil 42 dient dazu, den Druck in der Zwischenkammer 36 so zu ändern, da.ss die durch Einstellung des Hebels 48 eingestellten Betriebsbedingungen eingehalten werden, und dass diese Bedingun gen unabhängig von Höhenänderungen auf rechterhalten bleiben. Das Schieberventil ist zu diesem Zweck mit einem Durchlass 66 von rechteckiger Form ausgestattet, der mit der Dur chlassfläche 67 am Einlass zur Leitung 39, welche den Brennstoff den Einspritzmitteln zuführt, zusammenwirkt.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass die axiale Verschiebung des Ventils nach links eine Herabsetzung des Querschnittes des Durchlasses 67 bewirkt, während die Verdrehung des Ventils, die durch die Aufwärtsbewegung der Membran 43 bewirkt wird, ebenfalls eine Herabsetzung dieses Querschnittes zur Folge hat.
Betrachtet man das Funktionieren der beiden hydraulischen Steuervorrichtungen unter Vernachlässigung der Wirkung der Höhenkapsel 58, wird man beobachten, dass das Ventil 42 den Druck in der Mittelkammer 36 verändert, indem es den zur Leitung 39 gelangenden Brennstoffstrom stärker dros selt, wenn die Druckdifferenz zwischen den Kammern 45 und 46 eine Belastung ausübt, die höher ist als die Belastung durch die Feder 47. Nenn die Belastung durch die Druckdifferenzen zwischen den Kammern 45 und 46 kleiner wird als diejenige der Feder 47, so wird sich das Ventil öffnen und die Drosselung des Brennstoffstromes zwischen der Kammer 36 und der Zufuhrleitung 39 vermindern.
Die Druckdifferenz zwischen der Zufuhrleitung 39 und der Kammer 36 wird jedoch aufrechterhalten lind ist praktisch proportional dem Quadrat der Maschinen drehzahl.
Bezüglich der Arbeitsweise der beiden hydraulischen Steuervorrichtungen ist zu be merken, dass, wenn der Hebel 48 im Sinne einer Drehzahlzunahme verstellt wird, wobei die Wirkung der Dose 58 vernachlässigt wird, zuerst die durch die Feder 47 auf die Mem bran 43 be\vzrkte Belastung zunimmt, so dass die Differenz zwischen den Drücken in den Kammern 45 und 46 dieser Belastung nicht mehr das Gleichgewicht hält. Demzufolge wird das Ventil 42 in seine maximale öff- nungslage gedreht, so dass die Querschnitts fläehe der Öffnung 67 ihren maximalen Wert erreicht.
Gleichzeitig stellt sich das Ventil 34 selbst so ein, dass der Druckabfall am Ventil 42, weil die zui beiden Seiten des Ventils herr schenden Drücke auch auf die Membran 37 wirken, gleich dem an der Membran 29 wir kenden Druckabfall bleibt. Dieser letztge nannte Druckabfall hängt von der momenta nen Maschinendrehzahl ab. Demzufolge stellt sich das Ventil 34 so ein, dass am Ventil 42 eine Druckdifferenz auftritt, welche von der momentanen Maschinendrehzahl abhängt.
Da die Strömung durch eine Öffnung von der Quersehnittsfläche dieser Öffnung und der Differenz der beidseits der Öffnung herr schenden Drücke abhängt, hängt auch die Strömung durch die Öffnung 67 von der Quersclinittsfläche dieser Öffnung und dem durch das Ventil 34 bestimmten Druckabfall ab. Die Einstellung des Ventils 4\' zur Erzie lung einer maximalen Querselinittsfläelie der Öffnung 67 hängt nicht von der Maschinen drehzahl ab, sondern bleibt bei jeder Masehi- nendrehzalil dieselbe.
Dagegen hängt der Druckabfall an der Öffnung 67 von dei- Ma schinendrehzahl ab, so dass der maximale Brennstoffstrom, der durch die Öffnung 6 7 gelangen kann, für jede momentane Maschi nendrehzahl. durch das Ventil 34 bestimmt ist, da dieses Ventil für jede Maschinendreh zahl den Druckabfall an der Öffnung 67 be stimmt.
Verschiebt. man den Hebel 48 zwecks Ver langsamung der Maseliine, wird das Ventil 42 verdreht, um den Durchlass 67 zti sclilie- ssen; das Ventil ist jedoch so ausgebildet, dass ein minimaler Querschnitt offen bleibt., so dass die minimale Brennstoffmenge, welche der Maschine zufliessen kann, ebenfalls der Drehzahl proportional ist, da sie vom klein sten Querschnitt der Durehlassöffnung 67 im Ventil 42 bei äusserster Hebelstellung ab hängt.
Das Ausmass, in welchem das Ventil. 42 verdreht werden kann, um den Durchlass 67 zu vergrössern oder zu verkleinern, kann durch Anschläge begrenzt sein, die verstell bar sein können, so da.ss sieh der maximale oder minimale Brennstofffluss für irgendeine Drehzahl festlegen lässt.
Diese Ausbildung bietet beträchtliche Vor teile, da es erwünscht ist, die mögliche maxi male und minimale Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbinenanlage bei jeder Drehzahl fest legen zu können, um zu vermeiden, dass die Flamme in der Brenneranlage nicht durch zu grosse und zu plötzliche Änderungen der zui- geführten Brennstoffmenge ausgelöscht wird.
Die Wirkung der Höhenkapsel 58 auf die Bewegung des Ventils 42 unabhängig von der Drehbewegung des Ventils durch die h@-drau- lische Steuervorrichtung ist ohne weiteres verständlich. Die Kapsel 58 bedingt eine zu sätzliche Drosselung zwischen der Zwischen- kammer 36 und der Brennstoffleitung 39, wobei diese Drosselung eine Funktion des Höhendruckes ist und mit zunehmender Höhe zunimmt. Der maximal mögliche Zufluss zur Leitung 39, wird somit, wenn man annimmt., da.ss das Ventil vollkommen offen ist, soweit es von der hydraulischen Steuervorrichtung 43 bewegt wird, mit zunehmender Höhe ver kleinert.
Diese Ausbildung ist in einem Brennstoffzufuhrsystem für Flugzeuggastur binen von beträchtlichem Vorteil, da die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Höhe geregelt werden muss, um eine ge wünschte Drehzahl der Maschine aufrechtzu- halten.
In Fig. 2 ist eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzufuhrsystems be schrieben, wobei die Brennstoffpumpe eine solche mit unveränderlichem Fördervolumen pro Umdrehung ist (im Gegensatz zu der Pumpe mit variablem Fördervolumen pro Umdrehung gemäss Fig. 1) und in welcher eine abgeänderte Form einer hydraulischen Steuervorrichtung mit veränderlicher Grund einstellung vorgesehen ist. Insofern das System der Fig. 2 mit demjenigen der Fig. 1 übereinstimmt, werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
So enthält das System die erste hydraulische Steuervorrichtung mit der Mem bran 29 und die Membran 37, das Schieber ventil 34 und ein zweites Ventilelement 42, das von einer zweiten hydraulischen Steuer vorrichtung verdreht werden kann und durch die höhenempfindliche Kapsel 58 über den Servokolben 55 in Axialrichtung verschieb bar ist.. In gleicher Weise ist. die Brennstoff leitung zu den Brennstoffdüsen 21 der l1a- sehine bei 39 angegeben. Sie weist den Ab stellhahn 68 auf. Die Brennstoffspeiseleitung ist mit 17 bezeichnet und ist mit dem Durch lass 35 in Verbindung.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten System wird die Brennstoffpumpe 70 mit unverä.n- derlicliem Fördervolumen pro Umdrehung, z. B. eine Zahnradpumpe, von der Maschine mit einer Drehzahl angetrieben, die der Dreh zahl der Maschine proportional ist. Diese Pumpe entnimmt dem schematisch dargestell- ten Tank 16 durch das Saugrohr 13, den Niederdruekhahn 15 und das Niederdruck filter 14 Brennstoff.
Die von der Pumpe 70 durch die Leitung 71 abgegebene Brennstoff menge ist. deshalb direkt proportional zur Drehzahl der Maschine. Dieser Brennstoff geht durch eine veränderliche Öffnung 72, deren Grösse mittels eines Plungerelement.es 73, das durch die Einstellung des Kontroll- hebels 74 verschoben wird, verändert werden kann. Die ganze von der Pumpe 70 geför derte Brennstoffmenge durchfliesst. auch eine Begrenzungsöffnung mit. festem Querschnitt 75 (die äquivalent ist zur Öffnung 25 in Fig. 1).
Stromabwärts von dieser Öffnung 75 ist die Leitung 71 mit der Leitung 17 ver bunden, welche mit dem Durchlass 35 in Ver bindung steht, der durch das Schieberventil 34 gesteuert wird. Von -der Pumpe 70 durch die Leitung 71 geförderter überschüssiger Brennstoff, der von der Leitung 17 nicht aufgenommen werden kann, wird durch ein Entlastungsventil 76 abgeleitet, wobei der überschüssige Brennstoff in die Ventilkam mer 77 unterhalb einem Ventilelement 78 durch die Leitung 79 eintritt und diese durch die Leitung 80 verlässt und in den Tank 16 zurückgeführt wird. Das Ventilelement 78 ist durch eine Druckfeder 81 und durch den hydraulischen Druck auf den Kolben 82 be lastet.
Der hydraulische Druck wird durch die Leitung 83 übertragen, welche mit der Brennstoffzufuhrleitung 39 in Verbindung steht. Die Leitung 83 ist der Leitung 20 in Fig. 1 äquivalent und der Druck in ihr dient dazu, den Druck in der Leitung 17 derart. zu regeln, dass der letztgenannte Druck grösser ist als, der Druck der Brennstoff düsenzufuhr, und zwar um einen vorausbe stimmten Betrag, so da.ss die Druckdifferenz im System genügend gross ist, um die Steuer elemente zu betätigen, jedoch nicht über mässig, speziell beim langsamen Lauf und in der Höhe.
Die erste hydraulische Steuervor richtung umfasst hier die Teile 70, 71, 75, 84, 85, 31, 29, 32 und 79.
Man wird erkennen, dass, da die Strömung durch die Öffnung 75 praktisch direkt pro- portional ist zur Drehzahl der Maschine, durch diese. Öffnung ein Druckabfall ent steht, der ungefähr proportional ist zum Quadrat der Drehzahl. Der Druck stromauf wärts der Öffnung 75 wird in die Kammer 31 durch die Leitung 84 übertragen (die der Leitung 30 in Fig. 1 äquivalent ist) und der Druck stromabwärts der Öffnung 'r5 wird durch die Leitung 85 (die äquivalent ist zur Leitung 26 in Pig. 1) in die Kammer 32 übertragen.
Die Membran 37 (wie in Fig. <B>111</B> wird durch den Druck in der Zwischenkam mer 36 hydraulisch belastet, ferner zufolge der Verbindung über den Durchgang 40 durch den Druck in der Druckleitung 39, wodurch das Ventil 34 in analoger MTeise be tätigt wird, wie in bezug auf Fig. 1 beschrie ben wurde.
Ausserdem lässt die veränderliche Öffnung 72 die ganze Brennstoffzufuhr von der Pumpe 70 durch, so dass für jede gewählte Stellung des Ventilelementes 73 durch den Hebel 74 die Druckdifferenz durch diese Öffnung 72 ungefähr proportional ist zum Quadrat der Drehzahl der Maschine. Diese Druckdifferenz wirkt auf eine Servovorrich- tung ein, in der der Kolben 86 der Membran 43 in Fig. 1 äquivalent ist. Der Kolben ist durch eine Druckfeder 87 belastet.
Der Druck stromaufwärts der Öffnung 72 wird in den Zylinderraum 88 durch die Leitung 89 über tragen und der Druck stromabwärts dieser Öffnung 72 wird in den Zylinderraum 90 durch die Leitung 91 übertragen. Die so auf gebaute zweite hydraulische Steuervorrich tung, die die Teile 70, 71, 72, 89, 91, 88, 86, 90 und 79 aufweist, steht mit dem Ventil 42 derart in Verbindung, dass dasselbe in analoger Weise verdreht werden kann, wie das im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrie ben wurde, obschon der Ersatz der variabel einstellbaren Federbelastung 47 in Fig. 1 durch die verstellbare Öffnung 72 eine ab weichende Steuercharakteristik bewirkt, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Die Funktion der beiden in Fig. 1 und 2 beschriebenen Systeme lässt sich leichter ver- stehen, wenn man auf die Fig. 3A, 3B, 4-,1- und 4B Bezug nimmt..
Die Fig. 3t1 und 3B zeigen Diagramme, in denen die Brennstofförderung (F) über der Drehzahl (N) der Maschine aufgetragen ist. Fig. 3E1 zeigt die Linien für geringe Höhen unter Verwendung des Index 0, und Fig. 3B zeigt die Linien für eine grosse Höhe unter Verwendung des Index 40, die z. B. einer Höhe von 12 000 m entspricht.
In Fig. 3-4 zeigen die geraden Linien 0A e (Max) und OAo (Min) die maximalen und minimalen Fördermengen, die einerseits v oin Ventil 34, das durch die erste hy draulisehe Steuervorrielitung betätigt wird, und ander seits von dem maximalen und minimalen möglichen Querschnitt der Durchlässe uni Ventil 42 bestimmt sind.
Dabei ist angenom men, dass verstellbare Anschläge, wenn solche j,orhanden sind, sieh in fester Lage befinden, und dass das Ventil 42 durch die Kapsel 58 für geringe Höhe eingestellt. ist. Die Breini- stofflinie OAo (Max) gibt die Förderung bei grösstem öffnungsquerselniitt des Ventils 42 :in und die Linie 0-,1o (Min) die Förderung, wenn das Ventil 42 auf kleinsten Öffnungs querschnitt eingestellt ist.
Die Brennstoff linie, die den Bedarf der llasehine angibt, wird durch die Kurve RRo dargestellt und liegt zwischen Oslo (Max) und OAo (hlin).
In der Fig. 3B sind entsprechende Linien <B>O</B> A,10 (Max) und<B>O</B> A,10 (Min) dargestellt, welche durch die Einstellung des Ventils 4, durch die Druckkapsel 58 in grosser Höhe, von z. B. 12 000 m, bestimmt sind. Die Linie für den Bedarf der Maschine ist mit BRic bezeichnet.
Fig. 4r1 und 4B zeigen schematisch die abweichenden Funktionen der zweiten hy draulischen Steuervorrichtung, wenn gemäss Fig. 1 die Einstellung durch Änderung der Belastung auf die Feder 47 verändert wird, bzw. wenn gemäss Fig. 2 die Verändeiini der Einstellung durch Veränderung der Öff nung 72 erfolgt.
In den Fig. 4.A und 4B ist. die Belastung P der Membran 43 bzw. des äquivalenten Kolbens 86 (Fug. 1 oder 2) über der Drehzahl N der Maschine aufge tragen.
In Fig. 4A ist infolgedessen, da der Druckabfall in der fixen Öffnung<B>25</B> propor tional zum Quadrat der Drehzahl N der Ma schine und die Belastung der Membran 43 proportional zum Drttekabfall ist, eine ein zige Kurve vorhanden, welche die Belastung I' der Membran 43 mit. der Drehzahl N in Beziehung bringt. Diese Kurve entspricht. der Linie 0R. <I>OP,</I> und<I>0P2</I> sind je ein Mass für zwei Belastungen der Feder 47, die durch den Hebel 48 vorgewählt werden können.
Wenn bei einer vorgewählten Federbelastung OP, die vom Druckabfall an der Öffnung '?:5 herrührende hydraulische Belastung diesen Wert OP, überschreitet, wird das Ventil 42 im schliessenden Sinne verdreht. Seine Endstellung für minimalen Durchlass- quersehnitt wird erreicht, wenn die Bela stung OP', erreicht.
Desgleichen wird für die vorgewählte Federbelastung 0P2 das Ventil 4\? sieh ztt schliessen beginnen, wenn. die vom Druckabfall herrührende hvdrauli- sehe Belastung diesen Wert überschreitet. Seine Enclstellung für minimalen Durchlass- quersclinit.t wird erreicht, wenn die Belastung 0P'2 erreicht hat.
Nimmt man an, dass die Kraft der Feder 47 linear zunimmt, dann ist Pi, P'1 gleich P.,, P'2. Die Änderungen der Maschinendrehzahl, die diesen Bewegsingen der Steuermembran 43 entsprechen, sind durch<B>AN</B> und JNT' angezeigt. Diese Ände rung wird als Drehzahlanstieg bezeichnet und aus Fig. 4.,1 ergibt sich, dass dieser bei niedrigen Drehzahlen grösser ist als bei höheren.
In Fig. 4B zeigen die Kurven 0R1 und <B><U>OB.,</U></B> die lü-di-auliche Belastung des Kolbens 86 infolge des Druckabfalles in der variablen Öffnung 7? (Fig. ?) für zwei Einstellungen derselben. Eine Zwischeneinstellung wird durch die dazwischenliegende unbezeichnete Kurve dargestellt.
OP zeigt die Belastung der Feder 87 bei Stellung des Ventils 42 für maximalen Durchlass und OP zeigt die Belastung durch die Feder 87, wenn das Ventil 4'die Stellung für minimalen Durch- lassquerschnitt einnimmt. Der entsprechende Drehzahlanstieg ist. durch<B><I>AN,</I></B> und<B><I>A N2</I></B> für die beiden Einstellungen ORi und 0R2 der Öffnung angegeben.
Für die niedrigere Dreh zahl der Maschine, welche durch die Öff nungskurve ORi bestimmt wird, ist also der Drehzahlanstieg geringer als für die grössere Drehzahl entsprechend Kurve<I>0R2.</I>
Die Wahl der Drehzahla.nstiegcharakte- ristik durch Veränderung der Belastung der Feder 47 wie in Fig. 1 oder durch Änderung der Öffnung 72 wie in Fig. 2 wird den je weiligen Anforderungen der zu steuernden Maschine angepasst.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B sind die Drehzahlanstieg- eharakteristika, wie sie in Fig. 4A beispiels weise angegeben sind, durch punktierte Linien dargestellt. Diese zeigen die 11, irkung der zweiten hydraulischen Steuervorrichtung und sind mit Ni und N2 bezeichnet und be ziehen sich auf eine vorgewählte Drehzahl mit den Drehzahlanstiegwerten 3N, <B><I>AN.</I></B>
Im Betrieb stabilisiert sieh die Drehzahl der Maschine am Schnittpunkt der punktier- ten Linien Ni, N2 mit der Linie ER0 und ER40. Es ergibt sich, dass, da die Linien ER0 und ER,10 zwischen den maximalen und minimalen Linien 0,10 (Max) und OAe (Min) bzw.
0A40 (Max) und 0A40 (Min) liegen, das Ausmass, in welchem überschüssiger Brennstoff der Maschine während der Be schleunigung zugeführt werden kann, durch die Menge begrenzt wird, welche durch die vertikale Distanz zwischen der Linie ER0 und der Linie<B>0,10</B> (Max) bzw. ER,40 und O-140 (Max) dargestellt wird. Und der Grad, in welchem die Brennstoffzufuhr gedrosselt werden kann, ergibt. sieh aus der vertikalen Distanz zwischen den Linien ER0 und Ozla (Min) bzw. ER40 und 0340 (Min).
Auf diese Weise kann eine übermässige Brenn stoffzufuhr und Drosselung vermieden wer den, besonders in der Höhe, wo die Wirkung der Kapsel auf das Ventil 42 eine Herab setzung der Steigung der Linien 0-1110 im Vergleich zu den Linien 0A0 bewirkt. Fig. 5 zeigt eine Abänderung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Anordnung ist die feste Begrenzungs öffnung 75 durch eine Öffnung 175 er setzt, deren wirksamer Querschnitt sich ent sprechend der umgebenden Temperatur ändern kann, was durch die Kapsel 176 er folgt, die auf Temperaturänderungen an spricht.
Zweck dieser Kapsel ist die Anpas sung des Druckabfalles an der Öffnung 175 an die Umgebungstemperatur durch Verkei- nering des Querschnittes bei abnehmender Temperatur und umgekehrt. Dabei wird der auf die Membran 29 einwirkende Druckabfall erhöht und desgleichen die Brennstoffzufuhr zur Maschine, wenn die Temperatur abnimmt, und bei zunehmender Temperatur herabge setzt.
In Kombination mit der auf Luft- druckscInvanlungen ansprechenden Kapsel 58 steuert die Kapsel 176 die Brennstofförde iung der Maschine in Übereinstimmung mit der Dichte der umgebenden Luft, oder falls die Kapseln auf Druck und Temperatur in der Ansaugleitung zur Maschine ansprechen, in Übereinstimmung mit der Dichte der an gesaugten Kompressorluft.
Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung unter scheidet sich auch dadurch von der in Fig. 2 gezeigten, dass eine Nebenleitung 177 um die variable Öffnung 72 vorgesehen ist und ein federbelastetes Entlastungsventil 178 in der Nebenleitung sich öffnet, wenn der Druck abfall in der variablen Öffnung 72 einen vor bestimmten Wert übersteigt. Auf diese Weise kann man eine übermässige Drosselung der Brennstoffzufuhr zur Maschine, z. B. bei rascher Verminderung der Drehzahl, vermei den.
Es versteht sich, dass die unterschiedlichen Ausbildungen der beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Systeme kombiniert werden können. So kann z. B. die Steuerung mit ver änderlicher Durchlassöffnung in einem System verwendet werden, das die Anwendung einer separaten Steuerpumpe mit unveränderlichem Fördervolumen pro Umdrehung umfasst, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. In gewissen Fällen kann zur Erzielung der gewünschten Dreh- zahlanstiegcharakteristika die zweite hydrau lische Steuervorrichtung sowohl eine Feder mit verstellbarer Belastung als auch eine variable Begrenzungsöffnung aufweisen.
Ausserdem kann man das Brennstoffzu- fuhrsystem in Kombination mit einer Tempe ratursteuerung bekannter, üblicher Bauart verwenden. Die Arbeitsweise eines solchen Temperatursteuersystems bewirkt, dass die Temperatur der durch die Turbine der An lage fliessenden Case einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt.. So kann z. B. ein tem- peraturempfindliches Element, z. B. ein Thermoelement, in der Abgasleitung der Maschine eine Spannung liefern, wenn eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird.
Diese Spannung wird durch einen elektroni schen Verstärker verstärkt und kaiiii dann Brennstoffzufuhrkontrollniit.tel betätigen, wo durch die Brenilstoff7llfuhr zur Maschine vermindert wird. Bei Anwendung einer sol chen Einrichtung in Kombination mit den Systemen gemäss Fig. 1 und 2 könnte der Verstärker ein öffnen einer Brennstoffnebeli- leitung bewirken, die an die Zufuhrleitung 39 angeschlossen ist.
Man könnte aber auch den Verstärker dazu benutzen, um auf die Kapsel 58 im Sinne einer Brennstoffdrosselung einen Druck auszuüben, das heisst eine Höhenzu nahme vorzutäuschen. Noch eine andere Mög lichkeit wäre die Veränderung der Begren zungsöffnung 25 oder 72.
Die in Fig. I und 2 beschriebenen Systeme eignen sich speziell zur Verwendung in Gas- turbinenanlagen für Flugzeugtriebwerke, in denen die hohe Geschwindigkeit der Abgase eine Schubkraft erzeugt und die Drehzahl des Kompressors und Turbinenrotors durch die Brennstoffzufuhr bestimmt wird. Die Er findung eignet sich auch für Gasturbinen anlagen, die Kraft an eine Welle abgeben, die einen Propeller oder eine Tunnelschraube antreibt.
In solchen Fällen sorgt man vorteil- hafterweise dafür, dass die vom Propeller oder der Tunnelschraube herrührende Bela stung mittels; eine.1jemperaturkontrollsy stems der oben beschriebenen Art, eingestellt wird, um im Turbinensystem übermässige Tempe raturen zu vermeiden.