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.
Fuel delivery system. The present invention relates to a fuel supply system in gas turbine systems with a fuel pump for supplying fuel to the system and with means for controlling the fuel supply from the pump to the system.
In the fuel supply system of CTasturbines, it is desirable to avoid an excessive fuel supply during the cleaning process and to ensure a sufficient fuel supply during the delay, since the flame in the combustion system could otherwise go out.
In the fuel supply system of aircraft gas turbines, it is desirable to adapt the fuel supply to the different flight altitudes. With increasing altitude, the amount of air supplied to the combustion system decreases and the fuel supply should be reduced accordingly.
In the fuel supply system according to the invention, the means for controlling the fuel supply from the pump to the system have a first hydraulic control device which increases the fuel supply to the system to a predetermined maximum for every momentary speed of the system when the system is accelerated Limited value that is greater than the fuel supply value for uniform operation of the system at this speed, and a second hydraulic control device and a device for changing the setting of the second hydraulic control device,
in order to be able to preselect a target speed for uniform operation of the system, the second hydraulic control device controlling the fuel supply to the system in such a way that the target speed is maintained.
The fuel supply system can have a fuel pump with a variable delivery volume per revolution and additionally a pump with a constant delivery volume per revolution, which is driven at a speed proportional to the speed of the system.
The fuel pump can also be one with an unchangeable delivery volume per revolution and be driven ben at a speed proportional to the speed of the system.
Some embodiments of the subject of the invention are shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a fuel supply system that has a pump sepa from the main fuel pump, which see the hydraulic control devices leads to pressure fluid, while the main pump has variable promotion.
Fig. 2 shows a variant of the fuel supply system shown in Fig. 1, in wel cher the main pump also delivers pressure fluid to the hydraulic control devices. 3r1, 3B, 4A, 4B graphically show the functioning of the hydraulic control devices of the system shown in FIGS.
FIG. 5 shows a variant of the system shown in FIG.
The fuel supply system shown in FIG. 1 has a fuel pump 10 finitely several reciprocating pistons, the stroke of which can be changed by a piston 11 acting on the lever 12. The fuel enters the pump 10 through the suction pipe 13; the latter contains a low-pressure filter 14 and a shut-off valve 15 that can be operated by hand.
At 16, a fuel tank is shown schematically. The fuel pressure line is shown at 17; it is connected by the line 18 to the cylinder in which the piston 11 is displaced, as a result of which it is loaded in the direction of a reduction in the piston stroke. In the opposite direction, the piston is loaded by the spring 19 and by hydraulic pressure, which, as will be described in more detail below, through a pipe 20 which branches off from the line 39, the fuel nozzle 21 (only one shown) leads, is supplied.
In addition to the aforementioned fuel pump with variable delivery, a gear pump 22 is provided, which is driven by the machine with a speed proportional to the speed of the machine. The pump 22, which has a constant delivery volume per revolution, sucks in fuel through the branch line 23 from the fuel line 13 and outputs the same to the device 24 from. The current through the pump is essentially directly proportional to the speed of the machine. This flow passes through a fixed opening 25 and through the branch line 26, chamber 32 and return line 27 back into the fuel supply line 13.
Since the delivery rate supplied by the pump 22 is essentially proportional to the speed of the machine, and the passage opening 25 has a fixed size, a pressure difference occurs at this opening and between the pipes 24 and 28, from which the line 26 branches off, this pressure difference being approximately proportional to the square of the speed of the machine. This pressure difference acts on a membrane 29, the pressure prevailing upstream of the opening being transmitted through a branch line 30 of the line 24 into the chamber 31 and the pressure prevailing downstream of the opening through the branch line 26, as described above, being transmitted into the chamber 32.
The membrane 29 is connected to the rod 33, which carries a gate valve 34, which with. a Ventilöff voltage 35 at the start of the pressure line 17 cooperates for the fuel. The slide valve 34 thus controls the flow from the supply line into the pressure chamber 36 connected in between. The pressure in this chamber acts on a further membrane 37, which is connected by the rod 38 with the.
Slide valve 34 is connected, the membrane 37 also being additionally loaded by the pressure in the line 39, which latter supplies the fuel to the injectors, e.g. B. the nozzle 21 leads. The pressure is transmitted through a passage 40 to the chamber 41, of which the membrane forms a wall. The first hydraulic control device thus comprises parts 22, 24, 25, 26, 32, 31, 29, 30 and 27.
The slide valve 34 is controlled by the loads acting on the 3lembranen 29 and 37 Be. The load acting on the membrane is. approximately proportional to the square of the engine speed and the load acting on the diaphragm 37 is proportional to the pressure drop between the intermediate chamber 36 and the fuel supply line 39 to the fuel injection nozzles 21.
A second hydraulic Steuervorrich device is provided for controlling a further slide valve 42 which is arranged between the intermediate chamber 36 and the pipeline 39. The second hydraulic control device is formed from parts 22, 24, 25, 44, 28, 45, 43, 46 and 26, 27. The valve 42 can move in two directions and is designed so that it can be rotated by the second hydraulic control device and axially displaced by a height-sensitive device.
The second hydraulic control device contains a membrane 43 which is exposed to the pressure drop in the passage opening 25, the pressure prevailing upstream of the opening being transmitted into the chamber 45 through the line 44, which branches off from the line 30, during the flow pressure prevailing downstream of the opening acts on the chamber 46 through the line 28.
The membrane is. additionally loaded by a spring 47, the spring pressure can be changed by the control lever 48; the movement of the diaphragm is transmitted through the rod 49 to the valve 42, which is attached to it and can pivot the lever 50 and thus rotates a shaft 57 which in turn carries a body 52 which in turn engages in axial slots 53 in the slide valve 42 . The movement of the membrane 43 thus causes a corresponding rotation of the slide valve 42. The engagement of the body 52 in the slots 53 can. but also free axial displacement of the slide.
A compression spring 54 presses the valve in the axial direction of movement to the right, while a shift to the left is effected by pressure from a servomechanism which comes from the Drttekdifferenz through the opening 35 and acts on the piston 55. This piston has a flow passage 56, the flow of which is controlled by the pin 57, which is attached to the evacuated capsule 58, which in turn sits in the chamber 59 which is in communication with the outside air through the pipe 60. The capsule is one that expands axially when the pressure on it decreases.
The supply of pressure fluid for the operation of the servomechanism takes place in the cylinder space 61 through the tube 62 and a limited opening 63, while the cylinder space 64 on the other side of the piston 55 communicates with the intermediate chamber 36 through the passage 65.
The operation of the servomechanism in expanding and contracting the capsule 58 changes as a result of the air pressure. as follows: The area of the limited opening 63 is. chosen such that the hydraulic pressures acting on the piston 55 are in equilibrium with one another.
If you see the capsule 58 expands, the pin closes. 57 the passage 56 and in the cylinder space 61 a hydraulic pressure arises, by means of which the piston 55 is moved to the left and the position of the slide valve 42 relative to the spring 54 changes until a weight position is reached. is. The contraction of the capsule opens. the passage 56, so that the pressure in the chamber 61 drops, whereupon the slide valve 42 follows the movement of the pin 5'7 under the pressure of the spring 54.
The fuel supply system also includes a high pressure shut-off valve 68 built into the fuel supply line 39. and is used to start and stop the machine.
The additional slide valve 42 is used to change the pressure in the intermediate chamber 36 in such a way that the operating conditions set by setting the lever 48 are maintained, and that these conditions are maintained regardless of changes in altitude. For this purpose, the slide valve is equipped with a passage 66 of rectangular shape, which interacts with the passage area 67 at the inlet to the line 39, which supplies the fuel to the injection means.
The arrangement is such that the axial displacement of the valve to the left causes a reduction in the cross section of the passage 67, while the rotation of the valve, which is caused by the upward movement of the membrane 43, also results in a reduction in this cross section.
If one observes the functioning of the two hydraulic control devices, neglecting the action of the height capsule 58, one will observe that the valve 42 changes the pressure in the central chamber 36 by more strongly throttling the flow of fuel to the line 39 when the pressure difference between the chambers 45 and 46 exerts a load which is higher than the load by the spring 47. If the load due to the pressure differences between the chambers 45 and 46 is smaller than that of the spring 47, the valve will open and the throttling of the fuel flow between the chamber 36 and the supply line 39 decrease.
The pressure difference between the supply line 39 and the chamber 36 is maintained and is practically proportional to the square of the engine speed.
With regard to the mode of operation of the two hydraulic control devices, it should be noted that if the lever 48 is adjusted to increase the speed, neglecting the effect of the can 58, the load exerted by the spring 47 on the membrane 43 first increases so that the difference between the pressures in the chambers 45 and 46 of this load no longer holds the equilibrium. As a result, the valve 42 is rotated into its maximum opening position, so that the cross-sectional area of the opening 67 reaches its maximum value.
At the same time, the valve 34 adjusts itself so that the pressure drop across the valve 42, because the pressures prevailing on both sides of the valve also act on the membrane 37, remains the same as the pressure drop across the membrane 29. This last-mentioned pressure drop depends on the instantaneous engine speed. As a result, the valve 34 adjusts itself in such a way that a pressure difference occurs at the valve 42 which depends on the current engine speed.
Since the flow through an opening depends on the cross-sectional area of this opening and the difference in the pressures prevailing on both sides of the opening, the flow through the opening 67 also depends on the cross-sectional area of this opening and the pressure drop determined by the valve 34. The setting of the valve 4 'to achieve a maximum cross-center area of the opening 67 does not depend on the machine speed, but remains the same for each machine speed.
On the other hand, the pressure drop across the opening 67 depends on the machine speed, so that the maximum fuel flow that can pass through the opening 67 is for each instantaneous machine speed. is determined by the valve 34, since this valve for each engine speed, the pressure drop across the opening 67 is true.
Moves. If the lever 48 is used to slow down the maseline, the valve 42 is rotated in order to close the passage 67; However, the valve is designed so that a minimal cross-section remains open, so that the minimal amount of fuel that can flow into the machine is also proportional to the speed, as it depends on the smallest cross-section of the passage opening 67 in the valve 42 in the extreme lever position .
The extent to which the valve. 42 can be rotated in order to enlarge or reduce the passage 67, can be limited by stops, which can be adjustable, so that the maximum or minimum fuel flow can be determined for any speed.
This training offers considerable advantages, since it is desirable to be able to set the possible maximum and minimum fuel supply to a gas turbine system at any speed in order to avoid that the flame in the burner system is not caused by too large and too sudden changes in the zui - the amount of fuel carried is extinguished.
The effect of the height capsule 58 on the movement of the valve 42 independently of the rotary movement of the valve by the h @ -draulic control device is readily understandable. The capsule 58 causes an additional throttling between the intermediate chamber 36 and the fuel line 39, this throttling being a function of the altitude pressure and increasing with increasing altitude. The maximum possible inflow to the line 39 is thus, if one assumes that the valve is completely open, as far as it is moved by the hydraulic control device 43, with increasing height.
This design is of considerable advantage in a fuel supply system for aircraft gas turbines, since the fuel supply must be regulated as a function of the altitude in order to maintain a desired engine speed.
In Fig. 2, a variant of the fuel supply system shown in Fig. 1 be written, the fuel pump is one with a fixed delivery volume per revolution (in contrast to the pump with variable delivery volume per revolution according to FIG. 1) and in which a modified form a hydraulic control device with a variable basic setting is provided. Insofar as the system of FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1, the same reference symbols are used.
So the system includes the first hydraulic control device with the mem brane 29 and the membrane 37, the slide valve 34 and a second valve element 42 which can be rotated by a second hydraulic control device and through the height-sensitive capsule 58 via the servo piston 55 in the axial direction is movable .. In the same way is. the fuel line to the fuel nozzles 21 of the l1asehine is indicated at 39. It has the stop cock 68. The fuel feed line is denoted by 17 and is connected to the passage 35.
In the system shown in FIG. 2, the fuel pump 70 is operated with an unchanged delivery volume per revolution, e.g. B. a gear pump, driven by the machine at a speed that is proportional to the speed of the machine. This pump takes fuel from the schematically represented tank 16 through the suction pipe 13, the low pressure cock 15 and the low pressure filter 14.
The amount of fuel dispensed by pump 70 through line 71 is. therefore directly proportional to the speed of the machine. This fuel passes through a variable opening 72, the size of which can be changed by means of a plunger element 73 which is displaced by adjusting the control lever 74. The entire amount of fuel supported by the pump 70 flows through it. also a restriction opening with. fixed cross-section 75 (which is equivalent to opening 25 in Fig. 1).
Downstream of this opening 75, the line 71 is connected to the line 17, which is connected to the passage 35 in connection, which is controlled by the slide valve 34. Excess fuel conveyed by the pump 70 through the line 71, which cannot be taken up by the line 17, is diverted through a relief valve 76, the excess fuel entering the Ventilkam mer 77 below a valve element 78 through the line 79 and this leaves through line 80 and is returned to tank 16. The valve element 78 is loaded by a compression spring 81 and by the hydraulic pressure on the piston 82.
The hydraulic pressure is transmitted through the line 83, which is in communication with the fuel supply line 39. Line 83 is equivalent to line 20 in FIG. 1 and the pressure in it serves to increase the pressure in line 17 in such a way. to regulate that the latter pressure is greater than the pressure of the fuel nozzle supply, namely by a predetermined amount, so that the pressure difference in the system is large enough to operate the control elements, but not excessively, specifically when running slowly and at height.
The first hydraulic control device here comprises parts 70, 71, 75, 84, 85, 31, 29, 32 and 79.
It will be seen that since the flow through opening 75 is practically directly proportional to the speed of the machine through it. Opening a pressure drop occurs, which is roughly proportional to the square of the speed. The pressure upstream of port 75 is transferred to chamber 31 through line 84 (which is equivalent to line 30 in FIG. 1) and the pressure downstream of port 'r5 is transmitted through line 85 (which is equivalent to line 26 in Pig. 1) is transferred into chamber 32.
The membrane 37 (as in Fig. 111 </B> is hydraulically loaded by the pressure in the Zwischenkam 36, furthermore due to the connection via the passage 40 by the pressure in the pressure line 39, whereby the valve 34 in analog MTeise be operated, as was ben described with reference to FIG.
In addition, the variable opening 72 lets through the entire fuel supply from the pump 70, so that for each selected position of the valve element 73 by the lever 74, the pressure difference through this opening 72 is approximately proportional to the square of the speed of the engine. This pressure difference acts on a servo device in which the piston 86 is equivalent to the diaphragm 43 in FIG. The piston is loaded by a compression spring 87.
The pressure upstream of the opening 72 is transmitted into the cylinder chamber 88 through the line 89 and the pressure downstream of this opening 72 is transmitted into the cylinder chamber 90 through the line 91. The so built on second hydraulic Steuervorrich device, which has the parts 70, 71, 72, 89, 91, 88, 86, 90 and 79, is connected to the valve 42 in such a way that the same can be rotated in an analogous manner as which was described in connection with FIG. 1, although the replacement of the variably adjustable spring load 47 in FIG. 1 by the adjustable opening 72 causes a deviating control characteristic, as will be described below.
The function of the two systems described in FIGS. 1 and 2 can be more easily understood if one refers to FIGS. 3A, 3B, 4-, 1- and 4B.
3t1 and 3B show diagrams in which the fuel delivery (F) is plotted against the speed (N) of the engine. Fig. 3E1 shows the lines for low altitudes using the index 0, and Fig. 3B shows the lines for a high altitude using the index 40, e.g. B. corresponds to an altitude of 12,000 m.
In Fig. 3-4, the straight lines 0A e (Max) and OAo (Min) show the maximum and minimum flow rates, on the one hand by valve 34, which is actuated by the first hydraulic control supply line, and on the other hand by the maximum and minimum possible cross-section of the passages uni valve 42 are determined.
It is assumed here that adjustable stops, if such are present, are in a fixed position, and that the valve 42 is set by the capsule 58 for a low height. is. The pulp line OAo (Max) gives the delivery when the largest opening cross-section of the valve 42: in and the line 0-, 1o (Min) the delivery when the valve 42 is set to the smallest opening cross-section.
The fuel line, which indicates the needs of the llasehine, is represented by the curve RRo and lies between Oslo (Max) and OAo (hlin).
Corresponding lines A, 10 (Max) and O A, 10 (Min) are shown in FIG. 3B, which are caused by the setting of the valve 4 by the pressure capsule 58 at a great height, from z. B. 12,000 m, are determined. The line for the needs of the machine is labeled BRic.
4r1 and 4B show schematically the different functions of the second hy draulic control device when, according to FIG. 1, the setting is changed by changing the load on the spring 47, or when, according to FIG. 2, the setting is changed by changing the opening 72 takes place.
In Figures 4.A and 4B is. the load P on the membrane 43 or the equivalent piston 86 (Fug. 1 or 2) over the speed N of the machine wear.
As a result, in Fig. 4A, since the pressure drop in the fixed opening 25 is proportional to the square of the speed N of the machine and the load on the membrane 43 is proportional to the pressure drop, there is a single curve which the load I 'of the membrane 43 with. the speed N relates. This curve corresponds to. the line 0R. <I> OP, </I> and <I> 0P2 </I> are each a measure for two loads on the spring 47, which can be preselected by the lever 48.
If, with a preselected spring load OP, the hydraulic load resulting from the pressure drop at the opening: 5 exceeds this value OP, the valve 42 is rotated in the closing sense. Its end position for minimal cross-section of the passage is reached when the load OP 'is reached.
Likewise, for the preselected spring load 0P2, valve 4 \? see ztt close start when. the hydraulic load resulting from the pressure drop exceeds this value. Its setting for minimum transverse passage is reached when the load has reached 0P'2.
Assuming that the force of the spring 47 increases linearly, then Pi, P'1 is equal to P 1 ,, P'2. The changes in engine speed corresponding to these movements of the control diaphragm 43 are indicated by AN and JNT '. This change is referred to as a speed increase and from Fig. 4, 1 it can be seen that this is greater at low speeds than at higher speeds.
In FIG. 4B, the curves 0R1 and <B><U>OB.</U> </B> show the external load on the piston 86 as a result of the pressure drop in the variable opening 7? (Fig.?) For two settings of the same. An intermediate setting is represented by the unmarked curve in between.
OP shows the loading of the spring 87 when the valve 42 is in the position for maximum passage and OP shows the loading by the spring 87 when the valve 4 ′ assumes the position for the minimum passage cross-section. The corresponding increase in speed is. indicated by <B> <I> AN, </I> </B> and <B> <I> A N2 </I> </B> for the two settings ORi and 0R2 of the opening.
For the lower speed of the machine, which is determined by the opening curve ORi, the increase in speed is lower than for the higher speed according to curve <I> 0R2. </I>
The selection of the speed increase characteristic by changing the load on the spring 47 as in FIG. 1 or by changing the opening 72 as in FIG. 2 is adapted to the respective requirements of the machine to be controlled.
Referring again to FIGS. 3A and 3B, the speed increase characteristics, as indicated for example in FIG. 4A, are shown by dotted lines. These show the effect of the second hydraulic control device and are labeled Ni and N2 and relate to a preselected speed with the speed increase values 3N, <B><I>AN.</I> </B>
In operation, the speed of the machine stabilizes at the intersection of the dotted lines Ni, N2 with the line ER0 and ER40. It turns out that since lines ER0 and ER, 10 are between the maximum and minimum lines 0.10 (Max) and OAe (Min), respectively.
0A40 (Max) and 0A40 (Min), the extent to which excess fuel can be fed to the engine during acceleration is limited by the amount determined by the vertical distance between the line ER0 and the line <B> 0 , 10 </B> (Max) or ER, 40 and O-140 (Max) is displayed. And the degree to which the fuel supply can be throttled results. see from the vertical distance between lines ER0 and Ozla (Min) or ER40 and 0340 (Min).
In this way, excessive fuel supply and throttling can be avoided, especially at the height where the action of the capsule on valve 42 causes the slope of lines 0-1110 to decrease compared to lines 0A0. FIG. 5 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In this arrangement, the fixed limiting opening 75 is through an opening 175 he sets, the effective cross section can change accordingly to the ambient temperature, which he follows through the capsule 176, which speaks to temperature changes.
The purpose of this capsule is to adapt the pressure drop at the opening 175 to the ambient temperature by reducing the cross-section as the temperature decreases and vice versa. In this case, the pressure drop acting on the membrane 29 is increased, and likewise the fuel supply to the machine when the temperature decreases and when the temperature increases, it abates.
In combination with the air pressure galvanic responsive capsule 58, the capsule 176 controls the fuel flow of the engine in accordance with the density of the surrounding air, or if the capsules are responsive to pressure and temperature in the engine intake line, in accordance with the density of the engine of sucked in compressor air.
The arrangement shown in FIG. 5 also differs from that shown in FIG. 2 in that a secondary line 177 is provided around the variable opening 72 and a spring-loaded relief valve 178 in the secondary line opens when the pressure drop in the variable opening 72 exceeds a certain value. In this way you can excessive throttling of the fuel supply to the machine, e.g. B. with rapid reduction in speed, avoid the.
It goes without saying that the different designs of the two systems shown in FIGS. 1 and 2 can be combined. So z. B. the variable orifice control can be used in a system that includes the use of a separate control pump with fixed displacement per revolution, as shown in FIG. In certain cases, the second hydraulic control device can have both a spring with adjustable loading and a variable limiting opening in order to achieve the desired speed increase characteristics.
In addition, the fuel supply system can be used in combination with a temperature control of known, conventional design. The operation of such a temperature control system ensures that the temperature of the case flowing through the turbine of the system does not exceed a predetermined value. B. a temperature-sensitive element, z. B. a thermocouple, deliver a voltage in the exhaust pipe of the machine when a predetermined temperature is exceeded.
This voltage is amplified by an electronic amplifier and can then operate the fuel supply control device, which reduces the fuel supply to the engine. When using such a device in combination with the systems according to FIGS. 1 and 2, the amplifier could cause a fuel mist line which is connected to the supply line 39 to open.
However, one could also use the amplifier to exert a pressure on the capsule 58 in the sense of a fuel throttling, that is to say to simulate an increase in height. Another possibility would be to change the limiting opening 25 or 72.
The systems described in FIGS. 1 and 2 are particularly suitable for use in gas turbine systems for aircraft engines, in which the high speed of the exhaust gases generates a thrust and the speed of the compressor and turbine rotor is determined by the fuel supply. The invention is also suitable for gas turbine systems that deliver power to a shaft that drives a propeller or a tunnel screw.
In such cases it is advantageous to ensure that the load originating from the propeller or the tunnel screw is by means of; a temperature control system of the type described above is set in order to avoid excessive temperatures in the turbine system.