NO140247B - Effektstyresystem for toaksels gassturbin for fartoey med vridbar propell - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et effektstyresystem for en toaksels sass-turbin for et fartøy som har en vribar propell montert på en til gassturbinen koplet belastningsaksel som skal drives med ønsket rotasjonshastighet, en anordning for brennstofftilførsel til gassturbinens forbrenningskammer i samsvar med et brennstoffstyresignal, en spakanordning for innstilling av ønsket effektinnstilling for gassturbinen og avgivelse av et effektinnstillingssignal, med et lineært forhold mellom fartøyets hastighet og innstillingen på spakanordningen, og en anordning for kontroll av stigningen av den vribare propell, hvor styresystemet er av den type som omfatter et antall styresløyfeanordninger som reagerer på respektive forskjellige driftsparametre for gassturbinen og tilveiebringer respektive brennstoffstyresignaler som via en lavverdiportanordning påvirker anordningen for brennstofftilførsel, og har en anordning for sammenlikning av et referansesignal som representerer ønsket belastningshastighet, med et signal som representerer virkelig belastningsakselhastighet, for tilveiebringelse av et stignings-styresignal.

Det å kontrollere de forskjellige parametre i en stor gassturbin er blitt ganske komplisert, men som et resultat av den økte kompleksitet er utgangsytelsen blitt øket og det er oppnådd forlenget levetid for mange av de inngående deler, særlig varmgassbanedelene. Slike styresystemer inneholder normalt anordninger for påvirkning av brennstoffstrømningsmengden til gassturbinens forbrenningskamre i samsvar med flere driftsparametre, såsom temperatur, hastighet, belastning og de tidsderiverte av disse størrelser. Av sikkerhetsgrunner er det ønskelig å ha så mange beskyttelses- eller hjelpekontroller som økonomisk mulig uten at det går ut over påliteligheten. Det ville derfor være ønskelig å ha adskilte kontroller for de forskjellige driftsparametre, og ved ethvert tidspunkt under driften ville da en spesiell kontroll være virksom for å begrense vedkommende parameter, mens de andre kontroller som reagerer på de forskjellige parametre, ville virke som hjelpekontroller. Et eksempel på et slikt styresystem er beskrevet i US patent 3 520 133.

I styresystemet ifølge ovennevnte patent finnes flere individuelt operative kontrollsløyfer som hver reagerer på en separat virkende parameter. En brennstoffstyreanordning reagerer på det utgangssignal fra en såkalt lavverdiport som representerer det styresløyfesignal som gir den minste brennstoffmengde, slik at det mest ønskelige spesifikke brennstofforbruk på denne måte opprettholdes for de virkende parametre.

Ved tilpasning av dette kjente styresystem til skips-gassturbiner, har det vist seg at de termiske utxiattingspåkjen-ninger som oppstår under enkel hastighetskontroll av skipsgasstur-biner, vesentlig reduseres ved hjelp av en ekstra effektstyre-sløyfe.

Tidligere har man ved skipsmotorer hovedsakelig tatt sikte på å holde akselhastigheten på et innstillingspunkt avhengig av ønsket skipshastighet. Under forskjellige driftsforhold til sjøs vil gassturbinens belastning variere kraftig (f.eks. i tung sjø når propellen beveger seg delvis eller helt over vannet, vil belastningen variere ekstremt mye) og med bare hastighetskontroll vil brennstoffpumpen endre brennstoffmengden i et forsøk på å opprettholde den ønskede hastighet. Dette resulterer ofte i store svingninger i brennstoffmengden og resultatet åpenbares i den høye termiske utmattingspåkjenning på varmgassbanedelene. Ved å opprettholde konstant effektinnstilling under normal drift, holdes brennstofftilførselen til forbrenningskamrene på en konstant verdi. Brennstoffmengden er selvsagt et tegn på gassturbinens effekt. Det er imidlertid ønskelig at fremdriftsspakens stilling resulterer i et lineært styreforhold til skipets hastighet. Ved å kjenne til at den effekt som kreves av propellen, er tilnærmet proporsjonal med tredje potens av skipets hastighet, kan fremdriftsspaken (effektinnstillingen) varieres slik at det tilveiebringes en skipshastighet som svarer direkte til fremdriftsspakens stilling.

Ved anvendelse til sjøs er det nødvendig å sørge for anordninger ved hjelp av hvilke skipet kan bevege seg i akterover-retningen. En slik anordning er en styrt, vribar propell, dvs. en propell som kan gi både full forover^ og full akteroverbevegelse av skipet. Ved manøvrering ved hjelp av effektstyring er det under visse driftsfaser ønskelig å ha en stigningsinnstilling som vil forsøke å opprettholde en konstant ønsket akselhastighet. Dersom f.eks. en elektrisk generator er operativt forbundet med utgangsakselen, er det nødvendig å opprettholde en innstilt fre-kvens ved å holde akselen på en noenlunde stabil hastighet. Under visse driftsfaser er det også fordelaktig å variere stigningen for å kontrollere skipets hastighet.

Det skal bemerkes at det ved de fleste skipsanvendelser benyttes en to-aksels gassturbin, dvs. en gassturbin der en konstant effektinnstilling resulterer i at det flyter en konstant brennstoffmengde til forbrenningskamrene, mens belastningsturbinen tillates å endre hastigheten ved endringer i propellens vri-moment (belastning).

En annen egenskap ved en skipsgassturbin som må tilveiebringes for å tilfredsstille forskjellige bestemmelser og skipets kaptein, er manøvrerbarhet. Når et stort fartøy skal ma-nøvreres inntil en kai, vil det være ønskelig å opprettholde en viss minimal akselutgangseffekt samtidig som skipets hastighet kontrolleres ved å variere propellens stigning. Det er også ønskelig å ha andre driftsmåter som vil passe sammen med skipets spesielle krav til gassturbinen.

Det er således et formål med oppfinnelsen å redusere plutselige endringer i brennstofftilførselen til forbrenningskamrene ved at det sørges for en konstant effektinnstilling som på sin side reduserer termiske utmattingspåkjenninger på varmgassbanedelene.

Nærmere bestemt er formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe et styresystem med en effektstyresløyfe som i det vesentlige opprettholder effekten på en ønsket verdi og derved opprettholder en i det vesentlige konstant brennstoffstrøm under forskjellige typer av fartøymanøvreringer, såsom dokking, manøvrering og drift i åpen sjø, og med en propellstigningskontrollanordning som tilveiebringer minimal effekt under manøvrerings- og dokkingsope-rasjoner, samtidig som systemet tilveiebringer lineær kontroll for innstillingen av propellstigningen og lineær hastighetskontroll ved bevegelse av fremdriftsspakanordningen.

Ovennevnte formål oppnås ved hjelp av et styresystem

av den innledningsvis angitte type, som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det med lavverdiportanordningen er forbundet en ytterligere lukket styresløyfe med en sammenlikningsanordning som avgir et brennstoffstyresignal for .innstilling av det ønskede effektnivå som et resultat av en sammenlikning av det ønskede

effektinnstillingssignal med et tilbakekoplingssignal som representerer virkelig brennstofftilførsel, og at det for styring av stigningskontrollanordningen er tilveiebragt en anordning som omfatter en første stigningsstyresløyfe for å oppnå maksimal stigning i lineært forhold til spakanordningen under en første del av spakinnstillingen, og en andre stigningsstyresløyfe som omfatter

den nevnte anordning som sammenlikner referansesignalet som representerer ønsket belastningsakselhastighet, med signalet som representerer virkelig belastningsakselhastighet, og derved frembringer et styresignal for stigningskontrollanordningen, og en selektiv

anordning for valg av den første eller den andre stigningsstyre-sløyf e.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et forenklet kretsdia-gram av en analog styreanordning og en to-aksels gassturbin i overensstemmelse med oppfinnelsen, og fig. 2 er et diagram som viser variasjonen av forskjellige parametre med endringer i fremdriftsspakens stilling.

På fig. 1 er vist en forenklet illustrasjon av en to-aksels gassturbin 1 som inneholder en kompressor 2, et forbrenningskammer 3, en høytrykksturbin 4 og en belastningsturbin eller lavtrykksturbin 5. Det er kjent i teknikken at det ved visse gassturbinanvendelser er ønskelig å ha både høytrykksturbinen 4 som driver kompressoren 2 og belastningsturbinen 5 som er montert på en separat aksel, angitt ved 6, og driver en belastning. I den på fig. 1 viste anvendelse er belastningsturbinakselen 6 over et sett reduksjonsdrev som er symbolsk vist ved 7, forbundet med en propell 8. Propellen 8 er av den styrbare type med reversibel stigning og skal beskrives nærmere siden.

En andretrinns dyse 9 med variabelt tverrsnitt forbin-der aerodynamisk høytrykksturbinen 4 med belastningsturbinen 5. Dyser med variabelt tverrsnitt er også velkjent på området, og et eksempel på en sådan med tilhørende styresystem er beskrevet i US patent 2 625 789. Detaljene ved andre-trinnsdysen 9 utgjør ikke noen del av oppfinnelsen og det er tilstrekkelig å s.i at dens hovedfunksjon er å variere fordelingen av energi mellom de to turbintrinn. Ved å variere tverrsnittet for andre-trinnsdysen 9, økes også hastigheten av kompressor-høytrykksturbinakselen 10 etter ønske, mens hastigheten av belastningsturbinakselen 6 varieres uavhengig.

Luft som kommer inn i kompressorinntaket ved 11, under-støtter forbrenningen av brennstoff som av en dyse 12 sprøytes inn i forbrenningskammeret 3. Etter å' ha passert gjennom høytrykks-turbinen 4 og belastningsturbinen 5, strømmer den oppvarmede for-brenningsgass ut fra turbinutløpet 13 og forbi fordelte tempera-turfølere, såsom ved 14, som måler forbrenningsgasstemperaturen. En brennstoffpumpe 15 for variabel tilførsel er montert på kom-pressorhøytrykksturbinakselen 10 og tilfører brennstoff til dysen 12 med en strømningshastighet som avhenger både av akselens 10 rotasjonshastighet og pumpeslaget som innstilles ved hjelp av en brennstoffkontrollservo 16. Detaljene ved brennstoffkontrollservoen 16 inngår ikke i oppfinnelsen da den kan inneholde hvilken som helst servomekanisme som innstiller slaginnstillingskontrollen på pumpen i en stilling som svarer til et elektrisk innstillings-signal, og det er mange anordninger på markedet som er egnet for dette formål. Da videre gassturbinen kan benytte gassformet brennstoff, i hvilket tilfelle en gassventilstilling vil styre brenn-stof f tilførselen til forbrenningskammeret, benyttes uttrykket "brennstoffstyresignal" for å betegne dette signal uansett hvilken type brennstoff som brukes.

Brennstoffstyresignalet er et én-verdi-signal som fremkommer på en leder 17 og tilføres til brennstoffkontrollservoen 16 over en lavverdi-port snm består av et antall dioder 18. Dio-denes 18 retning er som vist med hensyn til en felles leder 19 fra hvilken brennstoffstyresignalet tilføres til lederen 17. Lavverdi-portens virkemåte er beskrevet i US patent 3 520 13 3, men kan kort sammenfattes som følger. Den diode som har minst positiv spenning på inngangen, vil ha kontrollen, dvs. den vil frembringe ut-gangsspenningen på felleslederen 19 og lederen 17 og dermed be-stemme brennstoffstrømningsmengden fra brennstoffpumpen 15. Brennstoffstyresignalet kan derfor ikke være høyere enn det laveste styresignal som tilføres lavverdi-porten.

Hvert styresignal som tilføres lavverdi-porten, fås fra en separat styrekanal hvor hver kanal er beregnet for kontroll under en viss fase av gassturbinens drift.

En del av styresystemet ifølge foreliggende oppfinnelse er beskrevet i det nevnte US patent 3 520 133. Spesielt gjelder dette temperaturkontrollanordningen 20, hastighets- og belastningskontrollanordningen 21, akselerasjonskontrollanordningen 22 og åpen-sløyfeoppstartingsanordningen 23, samt virkemåten av lavverdi-porten bestående av diodene 18 som hver reagerer på forskjellige styresignaler. Tilføyelsen av en effektkontrollsløyfe, generelt betegnet med 24, er gjenstand for den foreliggende oppfinnelse og skal beskrives fullstendig senere.

Virkemåten for de fire kontrollanordninger som er angitt i US patent 3 520 133, er identisk for den foreliggende anordning. I prinsippet registrerer hver styreanordning en driftstilstand i gassturbinen og sammenlikner denne med en ønsket referanse. Opp-startingskontrollen 23 med åpen sløyfe frembringer et programmert brennstoffstyresignal på lederen 25 i samsvar med tidsstyrte hen-delser som inntreffer i gassturbinen, såsom en viss hastighet, detektering av flamme i forbrenningskammeret og liknende. Det skal bemerkes at alle styreanordninger ikke er nødvendige for oppfinnelsen, selv om hver anordning skal beskrives i korthet nedenfor.

Temperaturkontrollanordningen 20 avføler forbrenningsgasstemperaturen ved anvendelse av temperaturføleren 14. En gjennomsnittlig temperatur beregnes ved hjelp av en temperatur-gjennomsnittsberegner 26 og utgjør deretter et inngangssignal til temperaturkontrollanordningen 20. Et feilsignal genereres som utgangssignal på lederen 27 når den virkelige forbrenningsgass-temperatur avviker fra temperaturreferansen.

Hastighets- og belastningskontrollanordningen 21 arbei-der i hovedsaken på samme måte. Et signal for virkelig belastningsakselhastighet avledes fra en magnetisk oppfanger 28 som er montert på belastningsturbinakselen 6. Signalet for virkelig hastighet sammenliknes med en hastighetsreferanse, og feilsignalet, dersom et slikt er til stede, fremkommer som utgangssignal på lederen 29 som ett av brennstoffstyresignalene.

Akselerasjonskontrollanordningen 22 frembringer et brenn-stof f styresignal på lederen 30 og er anordnet for å begrense tur-binens akselerasjon under oppstarting eller under bortfall av belastning. Styresignalet frembringes ved å differensiere et signal for virkelig hastighet som avledes fra den magnetiske oppfanger 28, og sammenlikne dette med en akselerasjonsreferanse.

Effektkontrollsløyfen 24 som skal beskrives senere, frembringer likeledes et brennstoffstyresignal som fremkommer på en leder 31. Som tidligere nevnt, tilføres hvert brennstoffstyresignal til sin respektive diode 18. Det brennstoffstyresignal som angir den laveste brennstofftilførsel til forbrenningskammeret 3, vil fremkomme på felleslederen 19 og på lederen 17. Det skal bemerkes at selv om bare ett brennstoffstyresignal er virksomt med hensyn til brennstoffkontrollservoen 16, virker hvert av de andre brennstoffstyresignaler som reservebeskyttelse. Dersom det riktige styresignal blir uvirksomt, vil det brennstoffstyresignal som frembringer den nest laveste brennstofftilførsel, passere gjennom lavverdiporten. Det skal også bemerkes at den stiplede linje mellom brennstoffkontrollservoen 16 og brennstoffpumpen 15 representerer det signal som endrer brennstoffpumpens slag, og dermed endrer brennstoffstrømningsmengden gjennom brennstoffledningen 32 til forbrenningskammeret 3.

Det foran i generell form beskrevne brennstoffstyresy-stem er integrert med dysekontrollen 33. Det er brennstofftil-førselen til forbrenningskammeret 3 som bestemmer den totale energi, mens dysekontrollen 33 fordeler energien mellom belastningsturbinen 5 og høytrykksturbinen 4. Dysekontrollen reagerer på to hovedinngangssignaler. En induktorgenerator 33a er montert på kompressorakselen 10 slik at den frembringer et hastighetssignal som avgir kompressorhastigheten og dermed høytrykksturbinhastig-heten. Innstillingspunktet for kompressorhastigheten er forbrenningsgasstemperaturen for temperatur-gjennomsnittsberegneren 26. Utgangssignalet som fremkommer på den strek-prikkede linje, styrer vinkelen for andretrinnsdysen 9. Det skal bemerkes at dysekontrollen 33 kan være enten elektrisk eller elektromekanisk, slik som vist i det nevnte US patent 2 62 5 7 89.

I det følgende skal effektstyresløyfen 24 beskrives.

Effektstyresløyfen reagerer på et effektinnstillingspunkt og et tilbakekoplingssignal som angir virkelig brennstofftilførsel. Den på fig. 1 viste effektstyresløyfe 24 representerer et forenklet styreskjerna for opprettholdelse av konstant effekt og dermed konstant brennstofftilførsel (total energi) til gassturbinens forbrenningskammer. Det fremgår at visse funksjoner som er uten betydning for beskrivelsen av oppfinnelsen, er utelatt for enkelhe-tens skyld og for ikke å fordunkle oppfinnelsen. Videre er regu-lerbare spenningsreferansekilder angitt som potensiometre med variabelt uttak som er koplet mellom en spenningskilde og jord, mens de i praksis også kunne bestå av passende kombinasjoner av digital-koplingsanordninger for å tilveiebringe forbindelse til forskjellige spenningsnivåer. Videre er bryteranordningene vist som slutte-og-brytekontakter med fysiske ankere, mens de i praksis også kunne bestå av halvleder-koplingsanordninger styrt i

overensstemmelse med et logisk system, hvis detaljer ikke er av betydning for oppfinnelsen.

Effektstyresløyfens 24 effektinnstillingspunkt fås enten fra broens fremdriftsspak 3 4 eller maskinrommets fremdriftsspak 35, idet begge virker slik at de varierer spenningen fra respektive faste spenningskilder 36 henholdsvis 37. Den viste polari-tet på spenningskildene 36, 37 er ifølge den valgte konvensjon og kan byttes om etter ønske. Et negativt effektinnstillingspunkt indikerer en foroverkommando. En kontaktor 38 virker som styre-overføringsrelé, dvs. at kontaktoren 38 lukker enten broens frem-drif tsspak-krets eller maskinrommets fremdriftsspak-krets, avhengig av hvilket sted som styrer fartøyets bevegelse.

Effektinnstillingspunktets spenning modifiseres i en kubisk funksjonsgenerator 39. Da det er ønskelig at fartøyets hastighet er tilnærmet proporsjonal med stillingen av fremdriftsspakene 34, 35, må spenningsreferansen (effektinnstillingspunktet) modifiseres tilsvarende. Den effekt som kreves av propellen 8, er tilnærmet proporsjonal med tredje potens av fartøyets hastighet. Utgangssignalet fra den kubiske funksjonsgenerator 39 representerer derfor tredje potens av effektinnstillingspunktets inngangssignal. Det vil forstås at utgangssignalet fra funksjonsgeneratoren 39 representerer det ønskede effektsignal på inngangen til effektstyreforsterkeren 40. Funksjonsgeneratoren er i og for seg kjent og er kommersielt tilgjengelig i passende form. Den godtar enten et positivt eller et negativt inngangssignal, men frembringer alltid et negativt utgangssignal som det modifiserte effektinnstillingspunkt .

Da det er ønskelig å opprettholde en noenlunde konstant brennstofftilførsel, er utgangseffekten fra belastningsturbinen 5 konstant og i det vesentlige uavhengig av belastningsturbinens hastighet. Den virkelige brennstofftilførsel er proporsjonal med produktet av styresignalet som fremkommer på lederen 17, og det signal som representerer kompressorens hastighet. Det modifiserte effektsignal, eller ønsket brennstofftilførsel, er innstillingspunktet for effektstyreforsterkeren 40, mens tilbakekoplingssignalet representerer den virkelige brennstofftilførsel eller effekt.

Tilbakekoplingen til effektstyreforsterkeren 40 fremkommer på lederen 41 og er utgangssignalet fra en enkelt-kvadrant-multiplikator 42 som er kommersielt tilgjengelig i passende form. Inngangssignalene til multiplikatoren 4 2 er kompressoraksel-hastighetssignalet på lederen 43 og det da avgjørende brennstoffstyresignal som fremkommer på felleslederen 19 og passerer lederen 44 til multiplikatoren 42. Virkemåten for effektstyresløyfen 24 er slik som tidligere beskrevet: Dersom utgangssignalet på lederen 31 fra effektstyreforsterkeren 40 er lavere enn utgangssigna-lene fra de andre styreanordninger, vil dette signal da og bare da være det brennstoffstyresignal som passerer gjennom den tilhørende diode 18 og fremkommer på lederen 17.

Det fremgår av fig. 1 at det finnes ekstra innganger

til effektstyreforsterkeren 40. En slik inngang er en minimums-effektforspenning som fremkommer på en leder 4 5 og fås fra en variabel spenningskilde 46. Minimumseffektforspenningen (eller minimal brennstofftilførsel) tilveiebringer et brennstoffstyresignal som er nødvendig for å sikre en kompressorakselhastighet som er tilstrekkelig til å tillate selvstendig opprettholdt brenn-stof f tilførsel . En annen inngang til effektstyreforsterkeren 40 er et tilbakekoplingssignal som fremkommer på en leder 47 og representerer transiente variasjoner i brennstoffstyresignalet på felleslederen 19. En kondensator 48 integrerer den transiente forandring og tilfører denne til effektstyreforsterkeren 40.

Hver inngang til forsterkeren 40 er modifisert ved hjelp av en passende impedans som er angitt ved motstander på tegningen.

En arbeidsmåte- eller modusvelger 49 er operativt forbundet med hver av de kontaktorer som er betegnet med symbolene D, M og S. I ef f ektstyresløyf en 24 har modusvelger:en 49 som funksjon å endre det minimale effektnivå som fremkommer på lederen 45, signalet som fremkommer på lederen 44, og forsterkningen av det ønskede modifiserte effektsignal (brennstofftilførsel) til effektstyreforsterkeren 40. D-stillingen er virksom når man øns-ker å legge til kai med fartøyet eller utføre andre meget langsom-me manøvrer. Det skal bemerkes og skal beskrives i detalj senere at i denne stilling, dvs. når D-kontakten er lukket, går det ikke noe effektinnstillingspunkt-signal til forsterkeren 40. Den vribare propell har da hovedkontrollen. Et minimumseffekt-innstillingspunkt tilveiebringes av spenningskilden 4 6 og en konstant, men regulerbar referansespenning 50 tilføres til multiplikatoren 42. Således er effektstyresløyfen i denne arbeidsstilling en enkel regulator for høytrykksturbinen og kompressoren. Dette reduserer effektforsterkningen (og skipets hastighet) for fremdriftsspaken med en faktor på ca. fire. Det vil si at når fremdriftsspaken 34 eller 35 i D-stillingen står innstilt på full fart forover, vil skipets hastighet være 25 % av full hastighet i M- eller S-modusene.

I M- og S-stillingene som indikerer normal manøvrering henholdsvis manøvrering til sjøs, er de tilsvarende merkede kon-takter lukket for å slutte de riktige kretser. I M-stillingen blir det modifiserte effektsignal fra funksjonsgeneratoren 39 ytterligere modifisert over en inngangsmotstand. I S-stillingen er verdien av denne motstand noe mindre, hvilket kompenserer for et høyere minimumseffektnivå fra spenningskilden 46. I M- og S-stillingene er det brennstoffstyresignal som går til multiplikatoren 42, igjen det signal som da styrer brennstoffkontrollservoen 16.

Som tidligere nevnt er det nødvendig å sørge for akter-overdrift for skipet, og i visse tilfeller å holde belastnings-akselhastigheten i det vesentlige konstant. Formålene med oppfinnelsen oppnås delvis ved hjelp av en propellstigningskontroll som er generelt vist ved 51. Utgangssignalet fra en første stig-nings-styresløyfe 51a fremkommer på en leder 52 i M- °9 D-modusene og utgjør inngangssignal til en operasjonsforsterker 53 som har sin utgang koplet for styring av en servoventil 54. Servoventi-len 54 har som oppgave å variere stigningen for propellen 8. Propellens virkelige stigning avføles av en lineær, variabel dif-ferensialtransformator (LVDT) 55, hvis signal demoduleres ved 75 for å tilveiebringe et tilbakekoplingssignal som er proporsjonalt med den virkelige stigning. Det skal bemerkes at propellen normalt vil ha null stigning under oppstarting av gassturbinen. Når effekt ønskes tilført, settes stigningskontrollen 51 i funksjon. Stigningskontrollen i M- og D-stillingene virker gjennom en operasjonsforsterker 56. Det samme effektsignal som fås fra enten den ene eller den andre av spenningskildene 36 eller 37 (umodifi-sert av den kubiske funksjonsgenerator 39), tilføres til forsterkeren 56 i enten M- eller D-stillingen. I dette tilfelle krever effektstyresignalet en ønsket stigning som svarer til en ønsket fartøyhastighet.

Det er ønskelig at propellstigningen bringes til sin maksimale verdi tidlig under fremdriftsspakens vandring, for å integrere dens innvirkning på fartøyets hastighet. For å opprettholde et noenlunde lineært forhold mellom fremdriftsspakens stilling og skipets hastighet, velges inngangsmotstandene 57, 58 til forsterkeren 56 tilsvarende. Det fremgår av fig. 2 at i bi-stillingen når stigningen sin maksimale verdi når fremdriftsspaken står på ca. 25 % av full bevegelse, mens full stigning i D-stillingen nås ved full bevegelse, da bare minimal effekt opprettholdes mens stigningen styrer fartøyets hastighet i D-stillingen. I M- og D-stillingene er det anordnet en innstilling for maksimal foroverstigning, vist generelt ved 59, for å tillate kompensering for forskjellige belastningstilstander, og således arbeide med optimal stigning når fartøyet befinner seg til sjøs. En diode 60 slipper gjennom signalet på en leder 61 inntil et visst nivå er nådd, ved hvilket punkt stigningen kan trimmes til riktig verdi uten å overstige diodens 60 sperregrense. Den maksimale akteroverstigning er fast innstilt ved hjelp av en referansespenning 62. Når akteroverstigningen når sin maksimale verdi, vil dioden 63 sperre for ytterligere stigningsendring.

Det skal bemerkes at funksjonsgeneratoren 3 9 kan modifiseres slik at den gir 2/3 av full hastighet i akteroverretnin-gen når fremdriftsspaken 34 eller 35 er innstilt på full effekt. Ved visse skipsgassturbin-anvendelser er dette en ønskelig egenskap .

I S-stillingen er en andre stigningsstyresløyfe 64 virksom. Ett formål med denne sløyfe er å tilveiebringe en andre styring for belastningsturbinens akselhastighet i tillegg til

hastighetskontrollanordningen 21. Stigningsstyresløyfen 64 virker som en akselhastighetsregulator både i forover- og akteroverstillingen for fremdriftsspakene. En operasjonsforsterker 65 tilføres inngangssignaler i form av et hastighetssignal fra den magnetiske oppfanger 28 som indikerer belastningsturbinens hastighet, og en stillbar referansespenning betegnet med 66. Forsterkeren 65 har et kapasitivt tilbakekoplingsnettverk 67 som tjener til å integrere ethvert feilsignal som fremkommer på forsterkerens 65 utgang. Med fremdriftsspaken i foroverstilling vil kontaktoren 68 være i den nedre stilling, slik at en fortegnsinverterende operasjonsforsterker 69 inngår i kretsen 64. Dersom fremdriftsspaken 34 eller 35 beveges til akteroverstillingen, vil en sammenliknende forsterker 70 med en tilhørende diode 71 og en vikling 72 ikke være virksom for å trekke kontaktoren 68 til sin nedre stilling, men vil tillate kontaktoren å forbli i sin øvre stilling, slik at den fortegnsinverterende forsterker 69 forbikoples. Det respektive signal som fremkommer på lederne 73 og 52, tjener da til å variere propellens 8 stigning slik at hastigheten av belastningsturbinens aksel 6 holdes på en konstant verdi både i forover- og akteroverstillingen. Denne styresløyfe for isokron hastighet skal i det følgende benevnes som den andre stigningsstyresløyfe.

Det skal bemerkes at når modusvelgeren 49 er i S-stillingen, økes minimumseffektnivået til effektstyreforsterkeren 40 tilsvarende. Dette fremgår grafisk av fig. 2.

Mens det i det foregående er gitt en beskrivelse av virkemåten for de individuelle komponenter og styresløyfer, skal det i det følgende gis en kort beskrivelse av hele systemets virkemåte.

Ved hjelp av oppstartingskontrollanordningen, temperaturkontrollanordningen og akselerasjonskontrollanordningen bringes gassturbinen først opp i full hastighet uten belastning. Denne operasjon er beskrevet i det nevnte US patent 3 520 133. Ved dette tidspunkt innstilles hastighetsstyresløyfen på 102 % av merkehastigheten og forblir i denne stilling som en isokron toppregulator mens gassturbinen er på effektkontroll. Hver styre-sløyfe har en indikatorlampe 74 som viser operatøren når denne spesielle sløyfe har styringen.

Gassturbinen er nå klar for tilførsel av operativ effekt til belastningsturbinens aksel etter minimumseffekttilstan-. den ved null stigning. Idet det antas at broens fremdriftsspak 34 skal ha styringen og at modus- eller funksjonsvelgeren 49 er i M-stilling, vil en forandring av fremdriftsspakens stilling mot "full fart forover", bevirke at fartøyet beveger seg med en has-stighet som er direkte proporsjonal med effektinnstillingspunktet (effektspakstillingen). Dette oppnås etter at effektinnstillingspunktet er modifisert i den kubiske funksjonsgenerator og sammen-liknet med tilbakekoplingssignalet for virkelig brennstofftilfør-sel. Effektstyresløyfen vil ha styringen ved dette punkt idet den tilveiebringer det brennstoffstyresignal som krever lavest brennstofftilførsel. Det minimale effektinnstillingspunkt vil tilveiebringe en del av det totale effektsignal. Når fremdriftsspakens foroverstilling økes ytterligere, økes det ønskede for-overeffektsignal i kubisk forhold og tilveiebringer således det ønskede forhold mellom skipets hastighet og fremdriftsspakens stilling. Tilbakekoplingen til effektstyreforsterkeren vil være forholdsvis konstant, da hastighetssignalet tas fra kompressor-akselhastigheten. Ved et ønsket effektnivå vil således brenn-stof f styresignalet på utgangslederen fra effektstyreforsterkeren være forholdsvis konstant, og dermed eliminere de alvorlige termiske påkjenninger på varmgassbanedelene som forårsakes av plutselige endringer i brennstofftilførselen. Når fremdriftsspaken beveges i foroverretningen, vil tilsvarende stigningen øke fra null til full stigning ved ca. 25 % av full spakbevegelse. Den resul-terende skipshastighet er vist å øke lineært med økende fremdrifts-spakstilling. Under denne operasjonsfase virker dysekontrollen i det vesentlige uavhengig av brennstoffstyresystemet.

Under drift i D-stillingen tilveiebringer et minimumseffektnivå en konstant brennstofftilførsel til forbrenningskammeret. Når fremdriftsspaken beveges mot stillingen full fart forover, økes propellstigningen og frembringer den ønskede skipshastighet. Brennstofftilførselen under dette arbeidsforløp vil også forbli forholdsvis konstant for de forskjellige stillinger av fremdriftsspaken. I denne arbeidsstilling følger propellstig-ningsendringen endringen i skipshastigheten lineært, og er følge-lig overlagret skipets foroverhastighetsk^irve på fig. 2.

I sjø- eller S-stillingen aktiveres både den andre stig-ningsstyresløyf e og et øket. minimumseffektinnstillingspunkt. Denne stigningsstyresløyfe opprettholder en innstilt akselhastighet ved å variere propellstigningen. I en nødreverseringssitua-sjon er det sammenlikningsanordningen som tillater at en tilnærmet konstant hastighet opprettholdes. Sammenlikningsanordningen 70 registrerer retningsendringen og endrer stillingen for kontaktoren 68 nesten momentant.

Det skal igjen påpekes at selv om effektstyresløyfen har styringen av brennstoffstyresignalet, fungerer de andre styreanordninger som hjelpe- eller reserveenheter.

Claims (3)

1. EffeKtstyresystem for en toaksels gassturbin for et fartøy som har en vribar propell (8) montert på en til gassturbinen koplet belastningsaksel (6) som skal drives med ønsket rotasjonshastighet, en anordning (15) for brennstofftilførsel til gassturbinens forbrenningskammer (3) i samsvar med et brennstoffstyresignal, en spakanordning (34, 35, 39) for innstilling av ønsket effektinnstilling for gassturbinen og avgivelse av et effektinnstillingssignal, med et lineært forhold mellom fartøyets hastighet og innstillingen på spakanordningen, og en anordning (51) for kontroll av stigningen av den vribare propell (8), hvor styresystemet er av den type som omfatter et antall styresløyfeanordninger (20 - 23) som reagerer på respektive forskjellige driftsparametre for gassturbinen og tilveiebringer respektive brennstoffstyresignaler som via en lavverdiportanordning (17, 18, 19) påvirker anordningen (15) for brennstofftilførsel, og har en anordning (65) for sammenlikning av et referansesignal som representerer ønsket belastningsakselhastighet, med et signal som representerer virkelig belastningsakselhastighet, for tilveiebringelse av et stigningsstyre-signal, karakterisert ved at det med lavverdiportan-
2. ordningen (17 - 19) er forbundet en ytterligere lukket styre-sløyfe (24) med en sammenlikningsanordning (40) som avgir et brennstoffstyresignal for innstilling av det ønskede effektnivå som et resultat av en sammenlikning-av det ønskede effektinnstillingssignal med et tilbakekoplingssignal som representerer virkelig brennstofftilførsel, og at det for styring av stigningskontrollanordningen (51) er tilveiebragt en anordning som omfatter en første stigningsstyresløyfe (51a) for å oppnå maksimal stigning i lineært forhold til spakanordningen (34, 35, 39) under en første del av spakinnstillingen, og en andre stigningsstyresløyfe (64) som omfatter den nevnte anordning (65) som sammenlikner referansesignalet som representerer ønsket belastningsakselhastighet, med signalet som representerer virkelig belastningsakselhastighet, og derved frembringer et styresignal for stigningskontrollanordningen (51), og en selektiv anordning for valg av den første (51a) eller den andre (64) stigningsstyresløyfe. 2. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at effektinnstillingssløyfen (24) omfatter en elektronisk mul-tiplikator (42) i hvilken et signal som representerer belastnings-akselhastigheten, og det brennstoffstyresignal som da kontrollerer brennstofftilførselsanordningen (15), multipliseres sammen for å tilveiebringe det nevnte tilbakekoplingssignal.
3. 3. Styresystem ifølge krav 1, hvor det er sørget for en anordning som kontrollerer om effektinnstillingsanordningen (34, 35) er innstilt på forover- eller akterovereffekt for fartøyet, karakterisert ved at det er anordnet en inverterende forsterker (69) som ved hjelp av den nevnte kontrollanordning (70, 71, 72) innkoples i den nevnte andre stigningsstyresløyfe (64) for å endre polariteten av sløyfens utgangssignal i overensstemmelse med den ønskede fremdriftsretning.