DE69201452T2

DE69201452T2 - Zapfluftdurchflussregulator mit Strömungsgleichgewicht.

Info

Publication number: DE69201452T2
Application number: DE69201452T
Authority: DE
Inventors: Eugene Robert Bruun
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: US5155991A; DE69201452D1; EP0507725A1; EP0507725B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Abzapfluftsysteme für mehrere Gasturbinentriebwerke aufweisende Flugzeuge und insbesondere auf Systeme, welche die Menge an Luft regeln, die abgezapft wird, um ein nahezu gleiches Ausmaß an Abzapfluftströmung aus jedem Triebwerk zu erzielen.

Hintergrund

Bei den meisten Zivil- und Militärflugzeugen wird Luft durch ein Abzapfluftsystem aus zwei oder mehr als zwei der Flugzeuggasturbinentriebwerke abgezapft, um pneumatische und thermische Leistung an eine Anzahl von Flugzeug- und Triebwerksanlagen abzugeben, z.B.: eine Klimaanlage, eine Kabinendruckanlage, eine thermische Vereisungsschutz (thermal anti-ice oder TAI)-Anlage und ein Schubumkehrsystem.
In herkömmlichen Abzapfluftsystemen gibt jedes Triebwerk Abzapfluft an einen gemeinsamen Verteiler ab. Die Luftströmung aus jedem Triebwerk zu dem Verteiler wird durch das Abzapfluftsystem gesteuert, damit Luft mit gewissem Druck und gewisser Temperatur geliefert wird. Um sicherzustellen, daß die Triebwerke jeweils gleiche Luftströme an den Verteiler abgeben, wird üblicherweise mit Strömungsausgleich gearbeitet.
Das US-Patent 4 671 318, betitelt "Aircraft Engine Bleed Air Flow Balancing Technique", von Benson beschreibt ein Strömungsausgleichsabzapfluftsteuersystem und erläutert gründlich die Probleme, die mit ungleichen Abzapfluftströmen verbunden sind. Das Patent '318 lehrt das Erfassen der Druckabfälle an den Wärmetauschern (d.h. den Vorkühlern), die jedem der Triebwerke zugeordnet sind, und das Verwenden dieser Information zum Einstellen des Querschnitts von jedem Druckregelventil (pressure regulating vaive oder PRV). Die Variation im Druckabfall an jedem Wärmetauscher, die aus Verschmutzung während des Gebrauches, aus Fertigungstoleranzen und aus anderen Fehlerquellen resultiert, schließt jedoch aus, daß mit dieser Lösung die Strömungsausgleichsgenauigkeitsforderungen für die letzte Generation von Abzapfluftsystemen erfüllt werden können. Das heißt, der Massenstrom von Abzapfluft aus jedem Triebwerk kann nicht bis auf innerhalb der Genauigkeiten berechnet werden, die erforderlich sind, um die Abzapfluftströme ausreichend abzugleichen, und zwar aufgrund der Fehler, die mit dem Erfassen des Druckabfalls an den Wärmetauschern verbunden sind.

Darstellung der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen der Strömung von Abzapfluft zu schaffen, die mehreren Gasturbinentriebwerken jeweils entnommen wird.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch die Vorrichtung erreicht, die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 beansprucht ist, und durch das Verfahren, das in den unabhängigen Ansprüchen 8 und 9 beansprucht ist. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Strömung von Druckluft, die jedem Gasturbinentriebwerk entnommen und an das Abzapfluftsystem abgegeben wird, genau berechnet, indem eine Venturiströmungsssonde benutzt wird, die in einer Leitung angeordnet ist, durch welche die Druckluft strömt, um den Druck in der Verengung eines Venturirohres zu erfassen, durch das ein Teil der Druckluft strömt, und indem der Druck in der Leitung außerhalb des Venturirohres erfaßt wird und ein Signal geliefert wird, welches die Differenz zwischen diesen beiden erfaßten Drücken angibt und zum Berechnen der Druckluftströmung benutzt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Genauigkeit des Ausgleichens der Abzapfluftströme, die mehreren Gasturbinentriebwerken entnommen und an eine gemeinsame Leitung abgegeben werden, gesteigert, um nahezu gleiche Abzapfluftströme aus jedem der Gasturbinentriebwerke zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Strömung von Abzapfluft aus zwei oder mehr als zwei Gasturbinentriebwerken gesteuert, um die Abzapfluftströmung aus jedem Triebwerk im wesentlichen gleichzumachen, indem die Strömung von Abzapfluft aus jedem Triebwerk berechnet und die Abzapfströmung aus jedem Triebwerk getrimmt wird, um die Strömung von Abzapfluft im wesentlichen gleichzumachen. Die Abzapfluftströmung wird berechnet, indem der Druckabfall erfaßt wird, der in einem Venturirohr auftritt, das in einer Leitung angeordnet ist, durch welche die Abzapfluft aus dem zugeordneten Triebwerk strömt, und indem der Druck und die Temperatur in der Leitung erfaßt und dementsprechende Signale an einen Regler abgegeben werden, welcher die Abzapfluftströmung aus jedem Triebwerk berechnet und die berechneten Strömungen vergleicht, um den Grad eines eventuell vorhandenen Strömungsungleichgewichts zu bestimmen. Falls ein Strömungsungleichgewicht vorhanden ist, wird jede Abzapfluftströmung getrimmt, um jede Abzapfluftströmung im wesentlichen gleichzumachen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß unter Verwendung von akkurat berechneten Abzapfluftströmungsmessungen und durch Trimmen der jedem Triebwerk entnommenen Abzapfluftströmung auf der Basis dieser akkurat berechneten Messungen die Abzapfluftströmungen im wesentlichen legalisiert werden können, wodurch der Brennstoffverbrauch und der Betriebsverschleiß bei jedem Triebwerk verringert werden.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Licht der folgenden ausführlichen Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform derselben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, deutlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Blockschaltbilddarstellung eines Systems zum Ausgleichen der Abzapfluft, die aus zwei Gasturbinentriebwerken entnommen wird;
Fig. 2 ist eine Blockschaltbilddarstellung einer Steuerlogik, die sich in einem Teil des Reglers nach Fig. 1 befindet, zum Ausgleichen der Strömung von Abzapfluft, die jedem der Gasturbinentriebwerke entnommen wird; und
Fig. 3 ist eine ausführliche Blockschaltbilddarstellung eines Teils der Steuerlogik nach Fig. 2 zum Steuern der Druckregelventile, die in Fig. 1 dargestellt sind.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Zweitriebwerksabzapfluftsystem 10 zum Ausgleichen von Abzapfluftströmungen in einem Flugzeug (nicht dargestellt), das zwei Gasturbinentriebwerke (nicht dargestellt) hat, dargestellt. Zur Beachtung: Da die Komponenten, die in Fig. 1 dargestellt sind, für beide Triebwerke identisch sind, wird nur eine Seite erläutert, wogegen die Bezugszahlen für jede Seite verwendet werden.
Warme, komprimierte Abzapfluft, die durch die beiden Gasturbinentriebwerke (nicht dargestellt) erzeugt wird, wird durch Einlaßleitungen 12, 62 zu Druckregelventilen (PRV) 14 bzw. 64 geleitet. Jedes PRV 14, 64 regelt den Abzapfluftdruck in einer zugeordneten PRV-Auslaßleitung 16, 66. Der Strömungsquerschnitt innerhalb jedes PRV wird durch einen elektronischen Regler 18 über Stellsignale auf Leitungen 20 bzw. 70 moduliert (d.h. eingestellt). Der Wert jedes Stellsignals wird hauptsächlich durch den Druck bestimmt, der in der zugeordneten PRV-Auslaßleitung 16, 66 erfaßt wird.
Der statische Druck in den PRV-Auslaßleitungen 16, 66 wird über nichtdurchströmte Leitungen 26 bzw. 76 durch Drucksensoren 28 bzw. 78 erfaßt. Die Drucksensoren 28, 78 geben Drucksignale auf Leitungen 30 bzw. 80 an den Regler ab, welche den Luftdruck in ihrer zugeordneten PRV-Auslaßleitung 16, 66 angeben. Die nichtdurchströmten Leitungen 26, 76 sind an die PRV-Auslaßleitungen 16, 66 angeschlossen, und während des stationären Zustands ist in den nichtdurchströmten Leitungen keine Strömung vorhanden, und der Druck in den nichtdurchströmten Leitungen ist gleich dem Druck in der zugeordneten PRV-Auslaßleitung 16, 66. Der Regler 18 moduliert den Strömungsquerschnitt von jedem PRV 14, 64, wodurch die Masse an Abzapfluft, die durch jedes PRV hindurchgeht, wahlweise erhöht oder verringert wird, um einen gewissen Druck in den PRV-Auslaßleitungen 16, 66 zu erzielen.
Abzapfluft in jeder PRV-Auslaßleitung 16, 66 strömt in einen zugeordneten Vorkühler 32, 82, wo sie auf im Stand der Technik gut bekannte Art und Weise durch kalte Luft gekühlt wird, die aus einer zugeordneten Kühleinlaßleitung 34, 84 empfangen wird. Die Temperatur der Abzapfluft, die jeden Vorkühler 32, 82 über Vorkühlerauslässe 36 bzw. 86 verläßt und in Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 geht, wird durch den elektronischen Regler 18 gesteuert. Der Regler regelt die Menge an kalter Luft, welche in jede Kühleinlaßleitung 34, 84 eintritt, durch Beeinflussen eines Ventils (nicht dargestell) stromaufwärts von jeder Kühleinlaßleitung 34, 84. Die kalte Luft zirkuliert durch ihren zugeordneten Vorkühler 32, 82, um der Abzapfluft Wärme zu entnehmen, und dann wird die kalte Luft über eine Leitung 35, 85 abgegeben. Die gekühlten Abzapfluftströmungen aus den Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 werden an eine gemeinsame Leitung 39 abgegeben.
Temperatursensoren 40, 90 erfassen die Temperatur der Abzapfluft, die durch die Vorkühlerauslaßleitungen 38 bzw. 88 strömt, und geben dementsprechende Signale auf Leitungen 42, 92 an den Regler 18 ab. Der statische Druck der Abzapfluft in den Vorkühlerauslaßleitungen wird über nichtdurchströmte Leitungen 44, 94 durch Drucksensoren 46, 96 erfaßt, welche ein dementsprechendes Drucksignal auf Leitungen 48 bzw. 98 liefern.
Jeder Vorkühlerauslaßleitung 38, 88 ist eine von zwei Venturiströmungssonden 50, 100 zugeordnet, die jeweils zwei Hauptkomponenten aufweisen: ein Venturirohr 52, 102 und einen Delta-P-Drucksensor 54, 104. Die Delta-P-Drucksensoren 54, 104 versorgen den elektronischen Regler 18 mit Signalen auf Leitungen 56 bzw. 106. Jedes Signal gibt die Druckdifferenz zwischen einem ersten Druck, der stromaufwärts von seinem zugeordneten Venturirohr 52, 102 erfaßt wird, und einem zweiten Druck an, der in der Verengung seines zugeordneten Venturirohres erfaßt wird. Diese beiden Drücke werden jedem Delta-P- Drucksensor 54, 104 über eine erste nichtdurchströmte Leitung 58 bzw. 108 und eine zweite nichtdurchströmte Leitung 60 bzw. 110 zugeführt. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung sei beachtet, daß die ersten nichtdurchströmten Leitungen 58, 108 stromabwärts des Venturirohres statt stromaufwärts desselben angeordnet werden können.
Wenn die Strömung in den Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 zunimmt, werden der Gesamtdruck unmittelbar stromaufwärts jedes Venturirohres und der Gesamtdruck in der Verengung jedes Venturirohres derselbe bleiben. Wegen der Querschnittsverringerung in der Venturirohrverengung nimmt jedoch die Strömungsgeschwindigkeit in jeder Venturirohrverengung in bezug auf die Geschwindigkeit unmittelbar stromaufwärts und unmittelbar stromabwärts jedem Venturirohres zu. Diese Geschwindigkeitszunahme reduziert den Druck in jeder Venturirohrverengung. Wenn sich keine Strömung durch die Leitungen 38, 88 bewegt, bleibt der Druck in den zugeordneten ersten und zweiten nichtdurchströmten Leitungen derselbe.
Jede Venturiströmungssonde 50, 100 bietet bei der vorliegenden Erfindung mehrere wichtige Vorteile gegenüber anderen Druck- /Strömungserfassungsalternativen. Am bemerkenswertesten ist ihre Genauigkeitsverbesserung gegenüber dem herkömmlichen Systementwurf, bei dem der Druckabfall an dem Vorkühler erfaßt wird. Als ein Beispiel, bei einer durch die Anmelderin kürzlich durchgeführten Untersuchung wurde die Genauigkeit des Venturiströmungssondenentwurfes nach der vorliegenden Erfindung mit dem herkömmlichen Systementwurf der Erfassung des Druckabfalls an dem Vorkühler verglichen. Die Untersuchung ergab, daß während eines Startzustands in Meereshöhe bei einer Umgebungstemperatur von 14,4 ºC (58 ºF) die Venturiströmungssonde eine Strömungsberechnungsgenauigkeit von ±4.5% des berechneten Wertes ergab, wogegen die Vorkühler-Delta-P-Messung eine Genauigkeit von ±16,2% des gemessenen Wertes ergab. Ebenso ergab die Untersuchung, daß während eines Flugzeugreiseflugzustands in einer Höhe von 11887,2 m (39000 Fuß) die Venturiströmungssonde eine Strömungsberechnungsgenauigkeit von ±6,0% des berechneten Wertes ergab, wogegen die Vorkühler-Delta-P-Messung eine Genauigkeit von ±21,4% des gemessenen Wertes ergab. Somit bietet während Flugzeugstartbedingungen die vorliegende Erfindung eine Genauigkeitsverbesserung von 177% gegenüber dem Stand der Technik und während des Reisefluges eine Genauigkeitszunahme von über 250%, mit ähnlichen Genauigkeitsverbesserungen bei anderen Betriebszuständen.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Steuerlogik 200 dargestellt, die einen Teil des elektronischen Reglers 18 darstellt. Die Steuerlogik 200 umfaßt Strömungsberechnungslogiken 202, 204 zum Berechnen der Massenströmung von Abzapfluft aus dem Triebwerk #1 bzw. zum Berechnen der Massenströmung von Abzapfluft aus dem Triebwerk #2. Die Abzapfluftmassenströmung Wa wird durch folgende Gleichung berechnet:
Wa = [(K*DP*P)/T]½ (1)
wobei: K = eine Konstante,
DP = erfaßter Druck Delta P,
P = Druck in der Vorkühlerauslaßleitung und
T = Temperatur.
Es sei beachtet, daß der Exponent ½ in Gleichung 1 empirisch ermittelt wird und daß dieser Exponent um ½ auf der Basis von Faktoren wie der Strömungsgeschwindigkeit in den Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 variieren kann. Die Art und Weise, wie die Strömung in einer Leitung berechnet wird, ist bekannt, und daher ist die Gleichung 1 lediglich eines von mehreren Verfahren, das als ein Beispiel dafür angegeben wird, wie die Strömung berechnet werden kann, und sie wird nicht im Sinne einer Beschränkung angegeben.
Ein erstes Signal, das die Massenströmung angibt, die aus dem Triebwerk #1 abgezapft wird, wird auf einer Leitung 206 geliefert, und ein zweites Signal, das die Massenströmung angibt, die aus dem Triebwerk # 2 abgezapft wird, wird auf einer Leitung 208 geliefert. Diese beiden Signale auf den Leitungen 206, 208 werden an einen Summierer 210 abgegeben, der ein Differenzsignal auf einer Leitung 212 an einen Kompensator 214 abgibt. Das Differenzsignal repräsentiert die Differenz zwischen der Massenströmung von Abzapfluft aus dem Triebwerk #1 und dem Triebwerk #2.
Der Kompensator 214 umfaßt einen Integrator 216 mit Verstärkung und ein Voreil-/Nacheilfilter 218. Die Wirkungsweise des Voreil-/Nacheilfilters 218 und die des Integrators 216 sind beide gut bekannt. Der Integrator 216 und die Integratoren, die im folgenden angegeben sind, haben alle interne Grenzwerte, um eine Integralaufschaukelung (d.h. Sättigung) zu vermeiden.
Der Kompensator 214 gibt ein Ausgangssignal auf einer Leitung 220 an einen Begrenzer 222 ab. Der Begrenzer 222 verhindert, daß ein Trimmsignal auf einer Leitung 224 über ein vorbestimmtes Maximum geht und unter ein vorbestimmtes Minimum geht. Wenn das Signal auf der Leitung 220 außerhalb des vorbestimmten Minimums oder Maximums ist, wird das Trimmsignal auf der Leitung 224 auf das Minimum oder Maximum begrenzt (d.h. geklemmt), je nachdem, welchem das Signal auf der Leitung 220 näher kommt.
Das Trimmsignal auf der Leitung 224 wird an eine PRV # 1 - Steuerlogik 226 und an einen Verstärker 227 mit der Verstärkung -1 angelegt. Der Verstärker 227 mit der Verstärkung -1 gibt ein Signal auf einer Leitung 228 an eine PRV # 2 - Steuerlogik 229 ab. Außerdem werden an die PRV-Steuerlogiken 226, 229 die Drucksignale auf den Leitungen 30 bzw. 80 abgegeben.
Das Trimmsignal auf der Leitung 224 hat einen begrenzten Hub, der durch das vorbestimmte Minimum und das vorbestimmte Maximum des Begrenzers 222 eingestellt wird. Als ein Beispiel, die Größe des Hubs kann ±34475 N/m² (15 psi) betragen. Demgemäß wird für einen besonderen stationären Betriebszustand, wenn das Trimmsignal auf der Leitung 224 (d.h. bei ±34475 N/m² (±5 psi)) durch den Begrenzer 222 geklemmt ist, während das Signal auf der Leitung 212 von null verschieden ist und dieselbe Polarität wie das Trimmsignal hat, die Steuerlogik 200 nicht in der Lage sein, die Strömungen gleichzumachen, da das Trimmsignal die Grenzen seines Hubes erreicht hat. Umgekehrt, wenn der Trimmhub zu groß ist (±206850 N/m² (±30 psi)), kann es möglich sein, daß eines der Triebwerke eine wesentliche Majorität der Abzapfluft liefert, wenn ein unerkannter Ausfall entweder in der Messung oder in der Berechnung der Abzapfluftströmung aus dem einen oder anderen Triebwerk auftritt. Deshalb muß der Hub, welcher der Strömungsausgleichslogik gegeben wird, empirisch analysiert werden, um einen vernünftigen Hub für jeden Fall von Triebwerk/Flugzeugzelle zu bestimmen.
In Fig. 3 ist die PRV # 1-Steuerlogik 226 dargestellt. Die PRV # 2-Steuerlogik 229 ist im Aufbau mit der PRV # 1-Steuerlogik 226 identisch, hat aber ihren eigenen Satz von Eingangs- und Ausgangssignalen. Das Drucksignal auf der Leitung 30 wird in ein Voreil-/Nacheilfilter 290 eingegeben, welches ein gefiltertes Signal auf einer Leitung 292 liefert. Das Trimmsignal auf der Leitung 224 und das gefilterte Signal auf der Leitung 292 werden zusammen mit einem Druckreferenzsignal auf einer Leitung 302 in einen Summierer 300 eingegeben. Der Summierer 300 gibt ein Signal auf einer Leitung 304 an einen Verstärker 306 ab, und das resultierende Produkt wird an ein Voreil- /Nacheilfilter 308 abgegeben. Das Voreil-/Nacheilfilter 308 gibt ein gefiltertes Signal auf einer Leitung 310 an zwei parallele Kanäle ab.
Der erste Weg ist ein Proportionalkanal, der einen Verstärker 312 aufweist, welcher das Signal auf der Leitung 310 multipliziert und ein Signal, welches das Produkt angibt, auf einer Leitung 314 abgibt. Der zweite Weg ist ein Integralweg, der einen Integrator 316 mit Verstärkung aufweist, welcher ein Signal auf einer Leitung 318 liefert. Ein Summierer 320 summiert die Signale auf den Leitungen 314, 318 und gibt ein Signal auf einer Leitung 324 an einen Begrenzer 326 ab. Der Begrenzer 326 stellt sicher, daß das Signal auf der Leitung 20 nicht ein gewisses Minimum oder ein gewisses Maximum (z.B. ±100 Milliampère) übersteigt.
Das System wird am besten an einem Beispiel verständlich, wie die Abzapfluftströmungen im wesentlichen egalisiert werden, indem die akkurat erfaßte Luftströmungsinformation zum Strömungsausgleich benutzt wird. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 sei angenommen, daß die Strömungsberechnungslogik 202 feststellt, daß die Luftströmung in der Leitung 38 gleich 90,7 kg pro Minute (200 Pfund pro Minute (ppm)) ist und daß die Strömungsberechnungslogik 204 feststellt, daß die Luftströmung in der Leitung 88 gleich 94,3 kg/Minute (208 ppm) ist. Diese beiden Signale werden auf den Leitungen 206 bzw. 208 abgegeben, wodurch das Differenzsignal auf der Leitung 212 auf 3,6 kg/Minute (8 ppm) eingestellt wird. Die Differenz von 3,6 kg/Minute (8 ppm) wird in den Kompensator 214 eingegeben, wodurch das Trimmsignal auf der Leitung 224 erhöht wird, wobei angenommen wird, daß der Begrenzer nicht geklemmt ist. Das Trimmsignal wird in die PRV # 1-Steuer-Logik 226 eingegeben. Das Trimmsignal wird bewirken, daß das Signal auf der Leitung 304 ansteigt, und wird infolgedessen einen Anstieg des Signals auf der Leitung 20 bewirken, solange die Grenzwerte des Begrenzers 326 nicht überschritten werden. Somit wird der Strömungsquerschnitt des PRV # 1 14 vergrößert, um die Luftströmung durch die PRV-Auslaßleitung 38 zu vergrößern.
Die PRV # 2-Steuerlogik 229 wird die negative Ausgabe des Trimmsignals auf der Leitung 224 empfangen, was dazu führt, daß das Signal auf der Leitung 70 verringert wird, um den Strömungsquerschnitt des PRV # 2 64 zu verringern und dadurch die Strömung in der PRV-Auslaßleitung 88 zu verringern. Es sei beachtet, daß, da es einen Integrator 216 in dem Kompensator 214 gibt, der Fehler zwischen den Abzapfluftströmungen der Triebwerke 1 und 2 auf 0 kg/Minute (0 ppm) gebracht werden kann (d.h. kein stationärer Driftfehler)
Die Beschreibung bezieht sich zwar auf ein Flugzeug mit zwei Triebwerken, es dürfte jedoch klar sein, daß der Schutzbereich der Erfindung sich nicht auf den Fall eines zwei Triebwerke aufweisenden Flugzeuges beschränkt. Vielmehr wird davon ausgegangen, daß der Fachmann ohne weiteres die Vorrichtung und das Verfahren zur Abzapfluftregelung nach der Erfindung bei Flugzeugen benutzen wird, die zwei oder mehr als zwei Gasturbinentriebwerke aufweisen, z.B. bei Flugzeugen mit drei und vier Triebwerken. Darüber hinaus können die PRVs, die bei der Erfindung benutzt werden, pneumatisch gesteuert werden, statt wie bei der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, die hier beschrieben ist und bei der ein elektronischer Regler benutzt wird, um den PRV-Querschnitt zu beeinflusseen. Bei dieser alternativen Ausführungsform braucht der elektronische Regler lediglich ein Querschnittstrimmsignal an jedes PRV abzugeben. Außerdem ist bei Betrachtung von Fig. 1 klar, daß die nicht durchströmten Leitungen 44, 94 weggelassen werden können, da der Druck in den Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 den Drucksensoren 46, 96 durch die ersten nicht durchströmten Leitungen 58, 108 dargeboten werden kann.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung sind Drucksensoren vorgesehen, um den Druck sowohl in den PRV-Auslaßleitungen 16, 66 als auch in den Vorkühlerauslaßleitungen 38, 88 zu erfassen. Es dürfte jedoch klar sein, daß der Druck in den PRV- Auslaßleitungen ungefähr gleich dem Druck in der entsprechenden Vorkühlerauslaßleitung 38, 88 ist, wenn vernachlässigbare Druckverluste angenommen werden. Deshalb können die Drucksensoren 28, 78 weggelassen werden, und statt dessen kann die Information aus den Drucksensoren 46, 96 benutzt werden. Ebenso können die Drucksensoren 46, 96 weggelassen werden und die Information aus den Drucksensoren 28, 78 kann an ihrer Stelle benutzt werden.
Gemäß der Beschreibung erfaßt zwar die Venturiströmungssonde den Druck stromaufwärts des Venturirohres, dem Fachmann wird jedoch klar sein, daß der Druck in der Leitung auch stromabwärts des Venturirohres erfaßt werden kann. Der Druck sollte weit genug stromabwärts von dem Venturirohrauslaß erfaßt werden, so daß der Venturirohreinfluß an dieser besonderen Stelle in der Leitung vernachlässigbar ist.
Darüber hinaus dürfte klar sein, daß die Steuerlogik, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, zu Erläuterungszwecken und nicht zur Beschränkung angegeben ist. Zahlreiche Änderungen können bei der Logik auf der Basis der Dynamik der zu steuernden Anlage und des Ansprechverhaltens, welches das System haben muß, vorgenommen werden. Deshalb kann es sein, daß die Logik angepaßt werden muß, genau wie jeder herkömmliche Steuersystementwurf angesichts der Besonderheiten jedes Falles angepaßt werden muß.

Claims

1.Vorrichtung zum im wesentlichen Egalisieren der Strömung von Abzapfluft, die mehreren Gasturbinentriebwerken entnommen und einem gemeinsamen Abzapfluftkanal (39) zugeführt wird, mit :

a. mehreren Reguliereinrichtungen, die jeweils Triebwerksabzapfluft aus einem der Triebwerke empfangen, wobei jede Reguliereinrichtung aufweist

Ventileinrichtungen (14; 64) mit einem ersten Einlaß, der dafür vorgesehen ist, Triebwerksabzapfluft zu empfangen, einem ersten Auslaß und einem variablen Strömungsquerschnitt, durch den die Triebwerksabzapfluft hindurchströmt, wobei die Ventileinrichtungen den Luftdruck (26, 76) an dem ersten Auslaß durch Steuern des Strömungsquerschnittes, durch den die Abzapfluft hindurchströmt, aufgrund eines Stellsignals steuern, so daß eine druckgeregelte Strömung von Abzapfluft den ersten Auslaß verläßt;

eine Kühleinrichtung (32; 82) zum Kühlen der druckgeregelten Strömung von Abzapfluft, wobei die Kühleinrichtung einen zweiten Einlaß hat, der dafür vorgesehen ist, die druckgeregelte Strömung von Abzapfluft zu empfangen, welche den ersten Auslaß verläßt, und einen zweiten Auslaß hat, über den die gekühlte, druckgeregelte Abzapfluft abgegeben wird; und

eine Leitung (38; 88), die einen dritten Einlaß hat, der dafür vorgesehen ist, die gekühlte, druckgeregelte Abzapfluft aus dem zweiten Auslaß zu empfangen, und sich von diesem aus zu dem gemeinsamen Abzapfluftkanal (39) erstreckt;

dadurch gekennzeichnet, daß jede Reguliereinrichtung weiter aufweist

ein Venturirohr (52; 102), das in der Leitung (38; 88) angeordnet ist, mit einer Verengung, durch die wenigstens ein Teil der gekühlten, druckgeregelten Abzapfluft hindurchgeht;

eine erste Sensoreinrichtung (46; 96) zum Erfassen des Luftdrucks in der Leitung (38; 88) und zum Liefern eines diesen angebenden ersten Signals;

eine zweite Sensoreinrichtung (54; 104) zum Erfassen des Luftdruckes in der Verengung des Venturirohres (52; 102) und zum Liefern eines diesen angebenden zweiten Signals; und

eine dritte Sensoreinrichtung (40; 90) zum Erfassen der Temperatur der gekühlten Abzapfluft in der Leitung und zum Liefern eines diese angebenden Temperatursignals;

und daß die Vorrichtung weiter aufweist

b. eine Regeleinrichtung (18) zum Empfangen des ersten Signals, des zweiten Signals und des Temperatursignals, um als Funktion der empfangenen Signale die Strömung der gekühlten Abzapfluft in der Leitung in jeder der Reguliereinrichtungen zu berechnen, zum Vergleichen der berechneten Strömungen, zum Erzeugen eines Trimmsignals auf der Basis des Vergleiches der berechneten Strömungen und zum Versorgen jeder Ventileinrichtung (14; 64) mit einem der mehreren Stellsignale, wobei jedes der mehreren Stellsignale teilweise eine Funktion des Trimmsignals ist, so daß die Differenz zwischen den berechneten Strömungen in Richtung null getrieben wird, um dadurch die Strömung der gekühlten Abzapfluft aus jeder der mehreren Reguliereinrichtungen in den gemeinsamen Abzapfluftkanal (39) im wesentlichen zu egalisieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: jede der mehreren Reguliereinrichtungen weiter aufweist eine vierte Sensoreinrichtung (28; 78) zum Erfassen des Luftdrucks an dem ersten Auslaß und zum Liefern eines diesen angebenden vierten Signals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung außerdem dazu dient, die Differenz zwischen dem Luftdruck in der Leitung (38; 88) und dem Luftdruck in der Verengung des Venturirohres (52; 102) zu berechnen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Trimmsignalwert nicht unter ein vorbestimmtes Minimum gehen kann und nicht über ein vorbestimmtes Maximum gehen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung weiter aufweist:

einen Integrator (216), der dafür vorgesehen ist, ein Eingangssignal (212) zu empfangen, das die Differenz der berechneten Strömungen der gekühlten, druckgeregelten Abzapfluftströmungen, welche den mehreren Reguliereinrichtungen zugeordnet sind, angibt, wobei der Integrator ein Ausgangssignal liefert, welches das Trimmsignal angibt; und

eine Einrichtung (222) zum Begrenzen der Größe des Ausgangssignals.

6. Vorrichtung zum im wesentlichen Egalisieren der Abzapfluft, die mehreren Gasturbinentriebwerken jeweils entnommen wird, mit:

mehreren Reguliereinrichtungen (14, 32; 64, 82), von denen jede einem der mehreren Gasturbinentriebwerke eindeutig zugeordnet ist und von denen jede dafür vorgesehen ist, die Abzapfluft aus ihrem zugeordneten Gasturbinentriebwerk zu empfangen, wobei jede der mehreren Reguliereinrichtungen dazu dient, den Druck der Abzapfluft durch Verändern des Strömungsquerschnittes zu beeinflussen, durch den die Abzapfluft hindurchströmt, die Temperatur der Abzapfluft zu beeinflussen und eine druck- und temperaturgeregelte Strömung von Abzapfluft zu liefern; und

mehreren Leitungen (38; 88), die jeweils dafür vorgesehen sind, die druck- und temperaturgeregelte Strömung von Abzapfluft aus einer der mehreren Reguliereinrichtungen zu empfangen;

gekennzeichnet durch:

mehrere Venturirohre (52, 102), von denen jedes einer der mehreren Leitungen (38; 88) eindeutig zugeordnet und innerhalb derselben in einer derartigen Position angeordnet ist, daß ein Teil der zugeordneten druck- und temperaturgeregelten Strömung von Abzapfluft durch jedes der mehreren Venturirohre hindurchströmt;

mehrere Einrichtungen (54, 58, 60; 104, 108, 110), von denen jede dazu dient, den Druck innerhalb eines zugeordneten der mehreren Venturirohre zu erfassen, den Druck in der Leitung zu erfassen und ein Deltasignal zu liefern, das die Differenz zwischen den beiden Drücken angibt;

mehrere Einrichtungen (40; 90), von denen jede einer der mehreren Leitungen eindeutig zugeordnet ist, jeweils zum Erfassen der Lufttemperatur innerhalb der einen der mehreren Leitungen, welcher sie eindeutig zugeordnet ist und zum Liefern eines diese angebenden Temperatursignals;

mehrere Einrichtungen (46, 96), von denen jede einer der mehreren Leitungen eindeutig zugeordnet ist, jeweils zum Erfassen des Luftdrucks innerhalb der einen der mehreren Leitungen, der sie eindeutig zugeordnet ist, und zum Liefern eines diesen angebenden Drucksignals;

eine Einrichtung (18, 202, 204) zum Berechnen der Massenströmungsleistung von jeder der mehreren druck- und temperaturgeregelten Strömungen von Abzapfluft als eine Funktion des der geregelten Strömung zugeordneten Temperatursignals, Drucksignals und Deltasignals und zum Liefern von mehreren berechneten Signalen, von denen jedes der Massenströmungsleistung der einen der mehreren druck- und temperaturgeregelten Strömungen von Abzapfluft eindeutig zugeordnet ist und diese angibt; und

eine Einrichtung (18, 220, 214) zum Berechnen eines Trimmsignals auf der Basis der mehreren berechneten Signale, so daß die Größe des Trimmsignals das Ausmaß angibt, um die sich die Strömungsleistung von jeder der druck- und temperaturgeregelten Strömungen von Abzapfluft ändern muß, um die Strömung von Abzapfluft aus jedem der mehreren Gasturbinentriebwerke im wesentlichen auszugleichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jede der mehreren Reguliereinrichtungen aufweist:

ein Druckregelventil (14; 64), das dafür vorgesehen ist, die Abzapfluft zu empfangen und eine druckgeregelte Strömung von Abzapfluft zu liefern; und

einen Vorkühler (32; 88), der dafür vorgesehen ist, die druckgeregelte Strömung von Abzapfluft zu empfangen und die druckgeregelte Strömung von Abzapfluft zu kühlen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zum Berechnen eines Trimmsignals aufweist:

eine Einrichtung (210) zum Berechnen eines ersten Signals, das die Differenz zwischen den mehreren berechneten Signalen angibt; und

einen Integrator (216), der dafür vorgesehen ist, das erste Signal zu empfangen.

9. Verfahren zum im wesentlichen Egalisieren der Strömung von Druckluft in mehreren Leitungen (38; 88) durch Trimmen des variablen Strömungsquerschnitts von jedem von mehreren Regelventilen (14; 64), von denen jedes stromaufwärts einer zugeordneten der mehreren Leitungen angeordnet ist und druckgeregelte Abzapfluft dieser Leitung zuführt, so daß jede ihre Zugeordnete Strömung von druckgeregelter Abzapfluft in einen gemeinsamen Abzapfluftkanal (39) leitet, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erfassen (46) des Luftdrucks in einer der mehreren Leitungen, durch die jeweils eine druck- und temperaturgeregelte Strömung von Abzapfluft hindurchgeht;

Erfassen (54) des Luftdrucks in der Verengung eines Venturirohres (52), das in einer der mehreren Leitungen angeordnet ist, wobei das Venturirohr wenigstens einen Teil der druck- und temperaturgeregelten Strömung von Abzapfluft hat, der durch die Verengung hindurchgeht; pErfassen (40) der Temperatur der druck- und temperaturgeregelten Strömung von Abzapfluft;

Berechnen der Differenz zwischen dem Luftdruck in der einen der mehreren Leitungen und des Luftdrucks in der Verengung und Liefern eines diese angebenden Differenzsignals;

Berechnen (18) eines Massenströmungssignals, das die druck- und temperaturgeregelte Strömung von Abzapfluft als eine Funktion der Temperatur, des Luftdrucks in der Verengung und des Luftdrucks innerhalb der einen der mehreren Leitungen angibt;

Berechnen (18) eines Trimmsignals auf der Basis der Abzapfluftmasse, die durch jede der mehreren Leitungen hindurchströmt;

Beeinflussen des variablen Strömungsquerschnitts von jedem der mehreren Regelventile (14,64) teilweise auf das Trimmsignal hin, so daß die druckgeregelten Abzapfluftströmungen in den Leitungen jeweils im wesentlichen egalisiert werden.

10. Verfahren zum im wesentlichen Egalisieren der Strömung von unter Druck stehender Abzapfluft in mehreren Leitungen (38; 88) durch Verändern des Strömungsquerschnitts von jedem von mehreren Regelventilen (14; 64), von denen jedes stromaufwärts von einer zugeordneten der mehreren Leitungen angeordnet ist und dieser druckgeregelte Abzapfluft zuführt, so daß jede Leitung ihre zugeordnete Strömung von druckgeregelter Abzapfluft in einen gemeinsamen Abzapfluftkanal (39) leitet, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erfassen (46) des Luftdrucks in einer der mehreren Leitungen, durch die die unter Druck stehende Abzapfluft strömt;

Erfassen (54) des Luftdrucks in der Verengung eines Venturirohres, welches einer der mehreren Leitungen eindeutig zugeordnet und innerhalb derselben angeordnet ist und durch dessen Verengung wenigstens ein Teil der unter Druck stehenden Abzapfluft hindurchströmt;

Erfassen (40) der Temperatur der unter Druck stehenden Abzapfluft, die durch die eine der mehreren Leitungen hindurchströmt;

Berechnen (18) der Massenströmung der unter Druck stehenden Abzapfluft, die durch die eine der mehreren Leitungen hindurchströmt, und Liefern eines diese angebenden Signals, wobei die Massenströmung als eine Funktion der Temperatur, des Luftdrucks in der Verengung und des Luftdrucks in der einen der mehreren Leitungen berechnet wird;

Berechnen (210) der Differenz zwischen der Masssenströmung der unter Druck stehenden Abzapfluft, die durch die eine der mehreren Leitungen hindurchströmt, und der Massenströmung, die einer anderen der mehreren Leitungen zugeordnet ist;

Integrieren (216) der Differenz;

Berechnen (218, 220) eines Trimsignals auf der Basis des integrierten Wertes der Differenz; und

Beeinflussen (226; 229) des Strömungsquerschnitts von jedem der mehreren Regelventile teilweise auf das Trimmsignal hin, so daß die druckgeregelten Abzapfluftströmungen in den Leitungen jeweils im wesentlichen egalisiert sind.