Gasturbinenanlage. hie vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennstoffsvsteme solcher Gasturbinen- anlagen, die zusätzlich zu einer Hauptver- brennungsstufe eine oder mehrere Zusatz- Brennstufen aufweisen, in welchen die aus der Hauptverbrennungsstufe kommenden Gase nach dem Passieren der Turbine wieder erhitzt werden.
Eine solche Zusat.zbrenn- stufe wird im folgenden mit Nachverliren- nungsstufe bezeichnet.
Ein wichtiges @lnwenduligs#,ebiet der Er findung sind solche Gasturbinenanlagen, die für den Strahlantrieb von Flugzeugen ver wendet werden, bei welchen die Abgase aus den Hauptbrennkaminern. eine Turbine pas sieren, worauf diese CTase, bevor sie durch eine Schubdüse mit hoher Geschwindigkeit zur VortriebserzeuInng ausgestossen werden, in einer Naehverbrennungsstufe wieder er hitzt werden.
Es ist nun Zweck der Erfindung, die Re gulierung der - Brennstoffzufuhr zu einer Nachverbrennungsstufe einer Gasturbinen anlage zu vereinfachen.
Es ist noeli zu bemerken, dass es beson ders in Fällen, wo eine Nachverbrennungs- stufe in Flumzeugantrieben verwendet wird, notwendig ist, die Brennstoffzufuhr zur Naehverbrennungsstufe mit. der Höhenände rung zii variieren.
Eine erfindun-sgemässe Clasturbinenan- lane der oben erwähnten Art weist eine Vor richtung zur Regulierung der Brennstoff- zufuhr zu einerachverbreiniun@,,sstufe auf, welche Vorrichtung temperaturempfindliche Or-ane besitzt,
welche im Gasstrom zwischen der Hauptverbrennungsstufe und der --\-aeIi- verbrennungsstufe angeordnet sind und bei ein geschalteter Nachverbreniluilgsstufe auf die Brennstoffzufuhr zur Naehverbrenmungs- stufe derart einwirken, dass die Temperatur an der Stelle der temperatureinpfindliehen Organe einen vorbestimmten Wert nicht. über schreiten kann.
Die temperaturempfindlichen Oro,ane sind zweckmässig 7w iselien der Ab- strömseite eines Turbinensystems, das mit den Verbrennungsprodukten der Haupt brennkammern der Anlage beaufschlagt ist, und der Zuströmseite der :N achverbrennungs- stufe angeordliet..
Eine Verbrennung- von Brennstoff in der Nachverbreruiungsstufe bewirkt. einen Druek- anstie-, wodurch der Druckabfall in der aus den Hauptbrennkaniniern beaufsehla-ten Turbine herabgesetzt und dadurch ihre Ar beitstemperatur erhöht wird.
Die Regulier mittel der erfindiingsg-eniässen Anlage ver hindern ein L'bersehreiten eines vorbestimmten Wertes der Arbeitstemperatur der Turbine und damit auch eine Überhitzun;- derselben.
Das teniperaturempfindliehe Element kann ein Thermoelement, ein Widerstandsthernio- nieter oder ein Wärmeausdehnungselement aufweisen. Wird ein Theruloelement ver wendet, so kann die Thermoeleinen.tspannung mit einer bekannten Spannung verglichen werden, wobei die resultierende Ausgangs- spannung verstärkt und zur Steuerung eines Brennstoffventils benützt werden kann;
bei Verwendung eines Widerstandsthermometers kann das Widerstandselement einen Teil einer Brückenschaltung bilden, wobei der Ausgang mit einem entsprechenden Verstär ker versehen sein kann. Oder es kann ein Wärmeausdehnungselement angeordnet sein znr Steuerung eines Brennstoffventils oder eines gleichwertigen Organs, entweder direkt oder indirekt über ein Servo-Kraftsystem. Es kann auch eine Mehrzahl von temperatur empfindlichen Elementen vorgesehen sein, um auf eine Durchschnittstemperatur zu reagieren.
Bei einer Gasturbinenanlage der erwähnten Art kann das temperaturempfind liche Element, wenn die Nachverbrennungs- stufe ausser Wirkung ist, zur RegTilierung der Brennstoffzufuhr zu den Hauptbrenn- kammern benützt werden, um die Arbeits temperatur -der Turbine so zu steuern, dass sie einen vorbestimmten Wert nicht über schreiten kann, und wenn :
die Nachverbren- nungsstufe wirksam ist, zur Regulierung der Brennstoffzufuhr zur Nachverbrennungsstiüe wie oben beschrieben verwendet werden.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei AusführLingsbeispiele des Erfindungsgegen standes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Gas turbinenanlage mit einer beispielsweisen Re guliereinrichtung und Fig. 2 ein zweites Beispiel einer Regulier einrichtung.
In Fig. 1 ist eine Gasturbinenanlage 10 für einen Flugzeug - Rückstossstrahlantrieb mit den dazugehörigen Regulierungsvorrich tungen dargestellt. Diese Gasturbinenanlage 10 weist einen Radialkompressor 11 auf mit doppeltem Einlauf, welcher eine Anzahl von Brennkammern 12 irgendeiner bekannten Bauart mit komprimierter Luft beliefert.
Die Brennkammern 12 erstrecken sich gegen eine Axialturbine 13, deren Rotor 13a mit dem Rotor lla des Kompressors 11 durch eine Welle 14 drehverbunden ist.
Die Brennkam- mern 12 sind rings um die Welle 14 angeord- net. Durch Einspritzvorrichtungen 15 wird Brennstoff in die Brennkammern 12 einge spritzt, und die aus diesen Brennkammern kommenden heissen Verbrennungsgase treiben die Turbine 13 an und gelangen dann in ein Abgasrohr, das eine äussere Wand 16 und eine innere, konische Wand 17 aufweist. Ein Strahlrohr 18 ist am Auslass des Abgasrohres mit diesem verbunden, und am Ende dieses Strahlrohres 18 ist eine Schubdüse 19 mit. einstellbarem Querschnitt angeordnet.
Die Schubdüse 19 weist in bekannter Weise ein Paar drehbare Klappen 19a auf, deren Stellung mittels eines Mechanismus 20, der als pneumatisch wirkender Motor darge stellt ist, einstellbar ist. Die zur Betätigung des Mechanismus 20 notwendige Druckluft wird dem Kompressorauslass entnommen und .dem ylechanismus 20 durch eine Leitung 21 zugeführt, welche ein von Hand betätig bares Regulierventil 22 besitzt, das in zwei Stellungen gebracht. werden kann, wobei in der Stellung gemäss Fig. 1 der Zylinder des Motors mit der Atmosphäre verbunden ist.
und in der andern, nicht. gezeichneten Stel- hing der Zylinder mit der Druckliiftleitung in Verbindung steht. Die äussere Wand 16 des Abgasrohres erstreckt sich über die konische Wand 17 hinaus, wobei dieser Teil des Ab gasrohres bei Bedarf als Nachverbrennungs- Brennkammer benützt wird, um, die Abgase, welche die Turbine 13 verlassen und bevor sie durch .die Düse 1.9 ausgestossen werden, aufzuheizen. Durch Einspritzvorrichtungen 23 irgendeiner bekannten Bauart wird Brenn stoff in,den Abgasstrom eingeführt.
In Fig. 1 wird der Brennstoff, entgegen dem Gasstrom, gegen sehalenförmige Stauscheiben 24 einge spritzt, durch welche im Gasstrom eine Be- ruhig-ingszone gebildet wird, in der die Ver brennung des Brennstoffes stattfindet. Der Querschnitt der Abgasleitung kann in der Zone der Nachverbrennung auch erweitert sein, um .die Gasgeschwindigkeit in dieser Zone herabzusetzen und kann nach dieser Zone wieder verengt sein.
Soll eine Nachverbrennung erfolgen, dann ist das Ventil 22 in Richtung des Pfeils zu verdrehen, was die Düseneinstellung durch Zurückziehen der klappen 19a in die strich punktierte Labe (Fig. 1) zur Folge hat. Wird das Ventil 22 wieder zurüekgeschwenkt, so nehmen unter der Wirkung einer Feder 20a die Klappen 19a die mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellte Stellung ein.
Das Brennstoff-Zufuhrsvstein für die Ein- spritzvorriehtungen 1.5 der Hauptbrennkani- niern 12 weist. eine Pumpe 25 auf, die von der Welle 14 über ein entsprechendes Getriebe (strichpunktierte Linie 25a Fig. 1) angetrie ben wird. Die Pumpe 25 fördert Brennstoff aus einem Tank 26 über eine Leitung 27 mit eingebautem, von Hand betätigbarem Dros selventil 28 in die Einspritzvorrichtungen 15.
Ein durch ein Entlastungsventil gesteuerter By pass 29 ist. um die Pumpe 25 geführt, um einen vorbestimmten Druck in der Förderlei tung 27 auf der Zuströmseite des Ventils 28 aufreclitmierhalten. Das Brennstoffzufuhr- systein für die Einspritzvorrielitungen 23 weist eine Pumpe 30 auf, die von der Welle 14 über ein entsprechendes, in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutetes Ge triebe 30a angetrieben wird. Die Pumpe 30 fördert Brennstoff aus dein Tank 26 durch eine Leitung 31 zu den Einspritzvorrich tungen 23.
Ein durch ein Entlastungsventil gesteuerter Bypass 32 führt uni die Pumpe 30, um einen konstanten Förderdruek der Pumpe aufreelitzuerhalten. Das Brennstoff system kann überdies noch irgendwelche Mittel zur Beeinflussung der Förderung ent sprechend der Höhenänderung aufweisen.
Der Brennstoffstrom in der Leitung 31 ist mittels eines Abstellhahnes 33 beherrsehbar, der zwischen einer vollständi- -eschlosseiien Stellung und einer vollständig offenen Stel lung bewegt werden kann, und mittels eines Drosselventils 34 regulierbar, uni die Tempe ratur im Abgasrohr 16, an einer Stelle auf der Zuströniseite der Nachverbrennungszone, gleich oder unterhalb einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
Es ist zu bemerken, dal> wenn die Nach wirksam ist, sich der Druckabfall in der Turbine 13 vermindert, so dass die Arbeitstemperatur zii steigen sucht. Das Drosselventil. 31 ist derart ge steuert, dass in der Turbine keine übergrosse Arbeitstemperatur auftritt. Diese Steuerung geschieht auf folgende Weise: Ein tempe- raturempfindlielies Organ, z.
B. ein Thermo- element 35, ist ini Abgasrohr an einer Stelle zwischen dem Turbinenauslass und den Stau scheiben 24 der Nacliverbrennungsstufe ange ordnet und niit dem Drosselventil so in Wir kungsverbindung, dass es das Drosselventil betätigt, sobald die Temperatur an dieser Stelle einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet. Damit wird die Brennstoff zufuhr zu den Einspritzvorrichtungen ent weder verringert oder erhöht, um eine vorbe stimmte Temperatur beizubehalten. Zu die sem Zweck ist z.
B. das Thermoelement, mit einer Standard-E.31.I1.-Quelle über eine ent sprechende Widerstandsschaltung verbunden, deren Ausgang zu einem Diskriminator 36 irgendeiner bekannten Bauart geführt wird, der auf Abweichungen der Thermo-Element- spannung- von der Standardspannung rea giert.
Der Ausgang des Diskriminators 36 wird einem Verstärker 37 zugeführt und darauf einem in der Drehrichtung umkehr baren Motor 38, um diesen letzteren in der einen Richtung zu drehen, wenn die Abwei- ehung der Thermoelementspannung in der einen Riehtung erfolgt, und um ihn im ent gegengesetzten Sinn zu drehen, wenn die Ab weiehung der Thermoelementspannung in der andern Richtung erfolgt.
Der drehende Mo tor bewirkt, dass ein Nutenkörper 39 sich entlang einer Gewindespindel 40 verschiebt und dabei den Re-ulierarm 41 des Drossel ventils 34 bewegt. In der Praxis wird vorge zogen, mehrere temperaturempfindliche Or gane 35 anzuordnen und sie in einem liin- rund um das Ab-asrohr unterzubringen, um eine mittlere Temperaturanzeige zii erreichen, die zur Steuerung des Drosselventils 34 be nützt. wird.
Der Diskriminator <B>36</B> kann iryendeine bekannte und zweekentsprechende Bauart aufweisen. Wenn z. B. .das tempera- tureinpfindlielie Organ 35 ein Widerstands- thermometer ist, kann es in einen Arm einer Widerstandsbrücke eingeschaltet sein, wel cher Arm ausserdem einen veränderlichen Widerstand aufweist, mit dessen Hilfe die gewünschte Temperatur eingestellt werden kann. Wird der Briieke Wechselstrom zuge führt, so variiert die Phase am Ausgang um 1800, je nachdem, ob die Brücke nach der einen oder andern Seite aus dem Gleich gewicht kommt.
Dieser Phasenweehsel lässt sich gut zur Steuerung der Drehrichtung des Motors 38 benützen. Ferner kann die Regu- lieri-uig ausschliesslich zur Herabsetzung der Brennstoffzufuhr zu den Einspritzvorrich- tungen 23 wirksam sein, wenn die Tempe ratur einen vorbestimmten Wert übersteigt.
In diesem Fall kann das Organ 35 ein Thermoelement oder mehrere derselben auf weisen, wobei deren Ausgangsspannung mit einer bestimmten Standardspannung vergli chen wird. Wenn die Thermoelementspan- nung die Standardspannung übersteigt, so wird die Überspannung verstärkt mittels eines Elektronenröhrenverstärkers, dessen Ausgang zur Betätigung eines Brennstoff regulierventils oder eines Zweiwegventils be nützt wird, welches die Brennstoffzufuhr zu der Naehverbrennungsstufe herabsetzt.
Die Temperatur, bei welcher das temperatur empfindliche Organ anspricht, wird durch die Maximaltemperatur bestimmt, welcher die Turbine bei maximaler Drehzahl mit Sicher heit unterworfen werden kann; in Flugzeug= -asturbinenanlagen sind solche Maximal- temperat.urregler erwünscht.
Bei einer Gasturbinenanlage gemäss Fig. 1 für Flugzeugantrieb sollte die Temperatur der heissen Gase, die aus den Haupt-Brenn- kammern .dureh die Maschine strömen, einen vorbestimmten Wert nicht übersteigen, auch wenn die Nachv erbrennungsstufe ausser Wir kung ist.
Dies kann bei einer Reguliervor richtung gemäss Fig. 2 erreicht werden, bei welcher, wenn die Nachverbrennungsstufe ausser Wirkung ist, das teinperaturempfind liehe Organ 35 .die Brennstoffzufuhr zu den Haupt-Einspritzvorrichtungen 15 reguliert. Ausserdem ist es erwünscht, die Anzahl der vom Piloten zu bedienenden Steuerorgane zu reduzieren; in der Anordnung gemäss Fig. 2 ist die Anzahl der von Hand zu betätigenden Organe auf ein Minimum beschränkt dureb elektrische Kupplung der einzelnen Steuer organe, damit sie in der gewünschten Weise wirken.
Gemäss Fig. 2 ist der Betätigungsarm 28a der Handdrossel 28, welche die Brennstoff zufuhr zu den Einspritzvorrichtungen 15 re guliert, mit einem weiteren Arm 28b ver sehen, welcher, wenn das Drosselventil 28 in die vollgeöffnete Lage ebr geht wird, einen Schalter 50 schliesst. Die \Brennstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen 15 ist ausserdem durch ein motorbetätigtes Drosselventil 51 re guliert, dessen Bewegungen durch einen in der Drehrichtung umkehrbaren Motor 52 be wirkt und durch das temperaturempfindliche Organ 35 gesteuert werden, wenn die Nach verbrennungsstufe ausser Wirkung ist.
Die Stromzufuhrleitungen der in der Drehrichtung umkehrbaren :Totoren 38, 52 sind paarweise mit, getrennten Federkon takten 53 bzw. 54 eines Schaltermechanismus verbunden, der ebenfalls ein Paar Sammel schienen 55 aufweist, die mit den Ausgangs klemmen .des Verstärkers 37 verbunden sind, sowie ein Paar isolierte Verschiebekontakte 56, die auf dem Anker 57 einer Magnetspule 58 angeordnet sind. Wird die Spule erregt, so verbinden die Kontakte 56 die Kontakte 53 mit den Sammelsehienen 55;
wird die Erre gung der Spule unterbrochen, so verbinden die Kontakte 56 die Kontakte 54 mit den Sammelschienen 55. Daraus folgt, dass bei einer Erregung der Spule, das Organ 35 die Steuerung des Drosselventils 34 und bei unterbrochener Erregung der Spule die Steuerung des Drosselventils 51 bewirkt. Der Anker 57 betätigt ausserdem einen in die Lei tung 31 eingebauten Abstellhahn 332, derart, dass bei einer Erregung der Spule 58 der Ab stellhahn 332 vollständig offen ist.
Die Wick lung der Spule 58 ist mit dem Schalter 50, ausserdem mit einem zweiten, von Hand zu betätigenden Schalter 59, einer Stromquelle, die gemäss Fig. 2 als Batterie 60 dargestellt ist, und mit zwei weiteren Spulen 61 und 6 2
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in <SEP> Serie <SEP> reselialtet. <SEP> Weiln <SEP> somit <SEP> die <SEP> Sehalter
<tb> 59 <SEP> und <SEP> 50 <SEP> -esehlossen <SEP> sind, <SEP> was <SEP> beim <SEP> letz teren <SEP> eintritt, <SEP> wenn <SEP> das <SEP> Drosselventil <SEP> 28 <SEP> auf
<tb> vollstündige <SEP> Öffining <SEP> ;,estellt <SEP> ist, <SEP> dann <SEP> sind
<tb> alle <SEP> Spulen <SEP> :58, <SEP> <B>61</B> <SEP> und <SEP> 62 <SEP> erregt.
<tb>
Der <SEP> Anker <SEP> 67.u <SEP> der <SEP> Spule <SEP> 61 <SEP> betätigt
<tb> einen <SEP> Schalter <SEP> 63, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> Spule <SEP> erregt <SEP> wird,
<tb> um <SEP> den <SEP> 1-#'ti-oinkreis <SEP> für <SEP> die <SEP> Brennstoff-Zün dungsorgane <SEP> der <SEP> Nacllverbrennungsstufe <SEP> zu
<tb> schliessen, <SEP> welch <SEP> letztere <SEP> eine <SEP> Zündkerzenvor riclltung <SEP> 64 <SEP> und <SEP> eine <SEP> Zündspule <SEP> 65 <SEP> aufweisen.
<tb> Dies <SEP> bewirkt, <SEP> bei <SEP> einer <SEP> Brennstoffzufuhr <SEP> zu
<tb> den <SEP> Einspritzvorriehtungen <SEP> 23 <SEP> der <SEP> Nacliver brennungsstufe, <SEP> ein <SEP> Wirksamwerden <SEP> der <SEP> Zün dungsorgane. <SEP> Der <SEP> Anker <SEP> 62a.
<SEP> der <SEP> Spule <SEP> 62 <SEP> ist
<tb> derart <SEP> angeordnet, <SEP> dass <SEP> er <SEP> ein <SEP> in <SEP> der <SEP> Zulei tung <SEP> 21 <SEP> zum <SEP> pneumatischen <SEP> Motor <SEP> 20 <SEP> eilige bautes <SEP> Ventil <SEP> 222 <SEP> betätigen <SEP> kann, <SEP> so <SEP> dass <SEP> die ses <SEP> offen <SEP> ist, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> Spule <SEP> erregt <SEP> wird, <SEP> und
<tb> geschlossen, <SEP> wenn <SEP> diese <SEP> Erregung <SEP> unterbro ehen <SEP> ist.
<SEP> Daraus <SEP> folgt, <SEP> dass <SEP> das <SEP> Ventil <SEP> 222
<tb> offen <SEP> ist, <SEP> -eng <SEP> < las <SEP> Organ <SEP> 35 <SEP> die <SEP> Regulierung
<tb> der <SEP> Brennstoffzufuhr <SEP> zu <SEP> den <SEP> Einspritzvor richtungen <SEP> 23 <SEP> der <SEP> Nacliverbrennungsstufe <SEP> be wirkt., <SEP> und <SEP> dass <SEP> dann <SEP> die <SEP> Klappen <SEP> 19a <SEP> der
<tb> Düse <SEP> 1.9 <SEP> die <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> striehpunktiert <SEP> ange gebene <SEP> Lage <SEP> einnehmen. <SEP> Ist <SEP> die <SEP> Erregung <SEP> der
<tb> Spule <SEP> 62 <SEP> unterbrochen, <SEP> so <SEP> werden <SEP> die <SEP> Klap pen <SEP> 19a <SEP> die <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> mit. <SEP> ausgezogenen <SEP> Li nien <SEP> dargestellte <SEP> Lage <SEP> unter <SEP> der <SEP> Wirkung <SEP> der
<tb> Feder <SEP> 20a <SEP> einnehmen.
<SEP> Es <SEP> versteht <SEP> sich, <SEP> dass
<tb> der <SEP> Alistellhalui <SEP> 332 <SEP> und <SEP> das <SEP> Ventil <SEP> 222 <SEP> deni
<tb> Abstellhalin <SEP> 33 <SEP> bzw. <SEP> dem <SEP> Ventil <SEP> 22 <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1
<tb> entsprechen.
<tb>
Aus <SEP> dein <SEP> V <SEP> orailr,elien(l(#n <SEP> geht <SEP> hervor, <SEP> dgl.>
<tb> wenn <SEP> die <SEP> Naelivei-l)i-ennimg@sstufe <SEP> ausser <SEP> Wir kung <SEP> sein <SEP> soll, <SEP> der <SEP> Schalter <SEP> 59 <SEP> zu <SEP> öffnen <SEP> ist,
<tb> wobei <SEP> der <SEP> Gang; <SEP> der <SEP> l,asturbinenanlag-e <SEP> dann
<tb> durch <SEP> das <SEP> von <SEP> Hand <SEP> zu <SEP> betätigende <SEP> Drossel ventil <SEP> 28 <SEP> und <SEP> (lnreb <SEP> das <SEP> n)otoi#betätig-te <SEP> Dros selveiil.il <SEP> 51 <SEP> mittels <SEP> des <SEP> Organs <SEP> <B>35'</B> <SEP> autoina tiscli <SEP> .;
esteuert. <SEP> wird, <SEP> uin <SEP> eine <SEP> vorbestiimnte
<tb> Temperatur <SEP> in <SEP> dem <SEP> durch <SEP> die <SEP> Turbine <SEP> strö menden <SEP> Gas <SEP> aufreelitzuerhalten <SEP> oder <SEP> uni
<tb> zu <SEP> verhindern, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Temperatur <SEP> einen
<tb> bestimmten <SEP> Wert <SEP> übersteigt,. <SEP> Um <SEP> die <SEP> Nach verbrennun <SEP> g:
sstufe <SEP> zur <SEP> Wirkung <SEP> zu <SEP> bringen,
<tb> wird <SEP> der <SEP> Sehalter <SEP> <B>59</B> <SEP> geschlossen <SEP> und <SEP> (las Drosselventil 28 wird in die vollgeöffnete Lage gebraelit, uni den Schalter 50 ztt schlie ssen, wodurch 1. die Spule 58 erregt, der Abstellhahn :
"3? geöffnet und die vom Organ 35 erfol gende Temperatursteuerung vom Drossel ventil 51 auf das Drosselventil 34 übertragen wird, 2. die Spule 61 erregt wird, so dass die Zündungsorgane 6-1, 65 der Nachverbren- nun asstufe zur Wirkung kommen, und 3. die Spule 63 erregt. und das Ventil 222 geöffnet. wird, um Druckluft in den Zylinder des pneumatischen :Motors 20 einzulassen und dadurch die Klappen 19a zurückzuziehen, um die wirksame Fläche der Düse 19 zu vergrö ssern.
Es verstellt sieh, dass die Naeliverbren- nttngsstufe normalerweise nur gebralleht wird, wenn eine über die bei normaler Voll.- drelizahl. entwickelte Normalleistung hinaus gehende Leistung verlangt wird, wobei ein Drehzahlregler angeordnet.
sein kann, uni die Hauptbrennstoffzufuhr zu regulieren und da- dureli ein Durchbrennen des Masehinenrotors zu verbindern.
Gas turbine plant. The present invention relates to fuel systems of such gas turbine plants which, in addition to a main combustion stage, have one or more additional combustion stages in which the gases coming from the main combustion stage are reheated after passing through the turbine.
Such an additional combustion stage is referred to below as a post-loss stage.
An important area of the invention are those gas turbine systems that are used for jet propulsion of aircraft, in which the exhaust gases from the main combustion chimneys. a turbine pass, whereupon this CTase is heated again in a close-up combustion stage before it is ejected through a thrust nozzle at high speed to generate propulsion.
It is now the purpose of the invention to regulate the fuel supply to a post-combustion stage of a gas turbine plant to simplify.
It should be noted that, especially in cases where an afterburning stage is used in aircraft propulsion systems, it is necessary to include the fuel supply to the secondary combustion stage. the change in altitude zii vary.
A clasturbine plant according to the invention of the above-mentioned type has a device for regulating the fuel supply to a post-connection stage, which device has temperature-sensitive organs,
which are arranged in the gas flow between the main combustion stage and the - \ - aeIi- combustion stage and, when the post-combustion stage is switched, act on the fuel supply to the secondary combustion stage in such a way that the temperature at the point of the temperature-sensitive organs does not reach a predetermined value. over can step.
The temperature-sensitive oros are conveniently located on the downstream side of a turbine system, which is exposed to the combustion products of the main combustion chambers of the plant, and on the upstream side of the secondary combustion stage.
A combustion of fuel in the Nachverbreruiungsstufe causes. a pressure increase, as a result of which the pressure drop in the turbine, which is fed from the main combustion canisters, is reduced and its working temperature is thereby increased.
The regulating means of the system according to the invention prevent the working temperature of the turbine from exceeding a predetermined value and thus also prevent it from overheating.
The temperature-sensitive element can have a thermocouple, a resistance thermometer or a thermal expansion element. If a thermocouple is used, the thermal line voltage can be compared with a known voltage, the resulting output voltage being amplified and used to control a fuel valve;
when using a resistance thermometer, the resistance element can form part of a bridge circuit, and the output can be provided with a corresponding amplifier. Or a thermal expansion element can be arranged to control a fuel valve or equivalent, either directly or indirectly via a servo power system. A plurality of temperature-sensitive elements can also be provided in order to react to an average temperature.
In a gas turbine plant of the type mentioned, the temperature-sensitive element can be used to regulate the fuel supply to the main combustion chambers when the post-combustion stage is ineffective, in order to control the working temperature of the turbine so that it does not reach a predetermined value can overstep, and if:
the post-combustion stage is effective, can be used to regulate the fuel supply to the post-combustion stage as described above.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. The figures show: FIG. 1 a schematically illustrated gas turbine system with an exemplary regulating device, and FIG. 2 a second example of a regulating device.
In Fig. 1, a gas turbine system 10 for an aircraft - recoil jet drive with the associated Regulierungsvorrich lines is shown. This gas turbine plant 10 has a radial compressor 11 with double inlet, which supplies a number of combustion chambers 12 of any known type with compressed air.
The combustion chambers 12 extend towards an axial turbine 13, the rotor 13a of which is rotatably connected to the rotor 11a of the compressor 11 by a shaft 14.
The combustion chambers 12 are arranged around the shaft 14. Fuel is injected into the combustion chambers 12 by injection devices 15, and the hot combustion gases coming from these combustion chambers drive the turbine 13 and then enter an exhaust pipe which has an outer wall 16 and an inner, conical wall 17. A jet pipe 18 is connected to the exhaust pipe at the outlet, and at the end of this jet pipe 18 there is a thrust nozzle 19. adjustable cross-section arranged.
The thrust nozzle 19 has, in a known manner, a pair of rotatable flaps 19a, the position of which is adjustable by means of a mechanism 20 which is a pneumatically operated motor Darge. The compressed air necessary to operate the mechanism 20 is taken from the compressor outlet and fed to the ylechanism 20 through a line 21 which has a manually operable regulating valve 22 which is brought into two positions. can be, wherein in the position according to FIG. 1, the cylinder of the engine is connected to the atmosphere.
and in the other, not. drawn position the cylinder is connected to the pressure line. The outer wall 16 of the exhaust pipe extends beyond the conical wall 17, with this part of the exhaust pipe being used as an afterburning combustion chamber if necessary to remove the exhaust gases leaving the turbine 13 and before they are ejected through the nozzle 1.9 to heat up. Fuel is introduced into the exhaust stream by injectors 23 of any known type.
In FIG. 1, the fuel is injected against the flow of gas against bowl-shaped baffles 24 through which a calming zone is formed in the flow of gas, in which combustion of the fuel takes place. The cross-section of the exhaust pipe can also be enlarged in the post-combustion zone in order to reduce the gas velocity in this zone and can be narrowed again after this zone.
If post-combustion is to take place, the valve 22 must be rotated in the direction of the arrow, which results in the nozzle setting by pulling back the flaps 19a into the dashed-dotted labe (FIG. 1). If the valve 22 is pivoted back again, the flaps 19a assume the position shown in solid lines in FIG. 1 under the action of a spring 20a.
The fuel supply block for the injection devices 1.5 of the main combustion canisters 12 has. a pump 25 which is driven ben from the shaft 14 via a corresponding gear (dash-dotted line 25a Fig. 1). The pump 25 conveys fuel from a tank 26 via a line 27 with a built-in, manually operable throttle valve 28 into the injection devices 15.
A bypass 29 controlled by a relief valve is. guided around the pump 25 to a predetermined pressure in the Förderlei device 27 on the inflow side of the valve 28 aufreclitmier hold. The fuel supply system for the injection supply lines 23 has a pump 30 which is driven by the shaft 14 via a corresponding gear 30a indicated in FIG. 1 with dash-dotted lines. The pump 30 conveys fuel from your tank 26 through a line 31 to the injection devices 23.
A bypass 32 controlled by a relief valve leads to the pump 30 in order to maintain a constant delivery pressure of the pump. The fuel system can also have any means of influencing the promotion accordingly to the change in altitude.
The fuel flow in line 31 can be controlled by means of a shut-off valve 33, which can be moved between a fully closed position and a fully open position, and can be regulated by means of a throttle valve 34, uni the temperature in the exhaust pipe 16 at one point the inlet side of the reburning zone, equal to or below a predetermined temperature.
It should be noted that when the night is effective, the pressure drop in the turbine 13 decreases, so that the working temperature seeks to rise. The throttle valve. 31 is controlled in such a way that no excessive working temperature occurs in the turbine. This control takes place in the following way: A temperature sensitive organ, z.
B. a thermocouple 35, is ini the exhaust pipe at a point between the turbine outlet and the baffle discs 24 of the secondary combustion stage and niit the throttle valve so that it operates the throttle valve as soon as the temperature at this point a certain value falls below or exceeds. So that the fuel supply to the injectors is either decreased or increased in order to maintain a certain temperature vorbe. For this purpose z.
B. the thermocouple, connected to a standard E.31.I1.-source via a corresponding resistance circuit, the output of which is fed to a discriminator 36 of any known type, which reacts to deviations of the thermocouple voltage from the standard voltage greed.
The output of the discriminator 36 is fed to an amplifier 37 and then a reversible motor 38 to rotate the latter in one direction when the deviation of the thermocouple voltage occurs in one direction and around it in the opposite direction Sense to turn if the deviation of the thermocouple voltage takes place in the other direction.
The rotating motor causes a groove body 39 to slide along a threaded spindle 40 and thereby move the regulating arm 41 of the throttle valve 34. In practice, it is preferred to arrange several temperature-sensitive organs 35 and to accommodate them in a line around the exhaust pipe in order to achieve a mean temperature display zii which is used to control the throttle valve 34. becomes.
The discriminator <B> 36 </B> may be of any known and two-related type. If z. If, for example, the temperature-sensitive organ 35 is a resistance thermometer, it can be connected to an arm of a resistance bridge, which arm also has a variable resistance, with the aid of which the desired temperature can be set. If the bridge is supplied with alternating current, the phase at the output varies by 1800, depending on whether the bridge is out of balance on one side or the other.
This phase shift can be used to control the direction of rotation of the motor 38. Furthermore, the regulation can only be effective for reducing the fuel supply to the injection devices 23 when the temperature exceeds a predetermined value.
In this case, the element 35 can have one or more thermocouples, the output voltage of which is compared with a certain standard voltage. If the thermocouple voltage exceeds the standard voltage, the overvoltage is amplified by means of an electron tube amplifier, the output of which is used to operate a fuel regulating valve or a two-way valve which reduces the fuel supply to the close-up combustion stage.
The temperature at which the temperature-sensitive organ responds is determined by the maximum temperature to which the turbine can be subjected with certainty at maximum speed; Such maximum temperature controllers are desirable in aircraft turbines.
In a gas turbine system according to FIG. 1 for aircraft propulsion, the temperature of the hot gases flowing out of the main combustion chambers through the engine should not exceed a predetermined value, even if the secondary combustion stage is out of action.
This can be achieved with a regulating device according to FIG. 2, in which, when the post-combustion stage is ineffective, the temperature-sensitive member 35 regulates the fuel supply to the main injection devices 15. In addition, it is desirable to reduce the number of controls to be operated by the pilot; in the arrangement according to FIG. 2, the number of manually operated organs is limited to a minimum by means of electrical coupling of the individual control organs so that they act in the desired manner.
According to FIG. 2, the actuating arm 28a of the manual throttle 28, which regulates the fuel supply to the injectors 15, is provided with a further arm 28b which, when the throttle valve 28 is in the fully open position ebr, closes a switch 50. The fuel supply to the injectors 15 is also regulated by a motor-operated throttle valve 51, the movements of which are acted upon by a reversible motor 52 and controlled by the temperature-sensitive element 35 when the post-combustion stage is ineffective.
The power supply lines of the reversible in the direction of rotation: Motors 38, 52 are connected in pairs with separate Federkon clocks 53 and 54 of a switch mechanism, which also has a pair of busbars 55, which are connected to the output terminals .des amplifier 37, and a Pair of insulated sliding contacts 56 which are arranged on the armature 57 of a solenoid 58. When the coil is energized, the contacts 56 connect the contacts 53 to the bus bars 55;
If the excitation of the coil is interrupted, the contacts 56 connect the contacts 54 to the busbars 55. It follows that when the coil is excited, the element 35 controls the throttle valve 34 and when the coil is interrupted, the control of the throttle valve 51 causes. The armature 57 also actuates a shut-off valve 332 built into the line 31, such that when the coil 58 is excited, the shut-off valve 332 is completely open.
The winding of the coil 58 is connected to the switch 50, also to a second manually operated switch 59, a power source which is shown as a battery 60 according to FIG. 2, and to two further coils 61 and 6 2
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reselialed in <SEP> series <SEP>. <SEP> Because <SEP> thus <SEP> the <SEP> holder
<tb> 59 <SEP> and <SEP> 50 <SEP> - are closed <SEP>, <SEP> what <SEP> occurs in the <SEP> last <SEP>, <SEP> if <SEP> the <SEP > Throttle valve <SEP> 28 <SEP> open
<tb> complete <SEP> opening <SEP>;, sets <SEP> is, <SEP> then <SEP> are
<tb> all <SEP> coils <SEP>: 58, <SEP> <B> 61 </B> <SEP> and <SEP> 62 <SEP> excited.
<tb>
The <SEP> armature <SEP> 67.u <SEP> of the <SEP> coil <SEP> 61 <SEP> is activated
<tb> a <SEP> switch <SEP> 63, <SEP> if <SEP> the <SEP> coil <SEP> is excited <SEP>,
<tb> to <SEP> the <SEP> 1 - # 'ti-oinkkreis <SEP> for <SEP> the <SEP> fuel ignition organs <SEP> to the <SEP> secondary combustion stage <SEP>
<tb> close, <SEP> which <SEP> the latter <SEP> has a <SEP> spark plug device <SEP> 64 <SEP> and <SEP> a <SEP> ignition coil <SEP> 65 <SEP>.
<tb> This <SEP> causes <SEP> with <SEP> to <SEP> a <SEP> fuel supply <SEP>
<tb> the <SEP> injection devices <SEP> 23 <SEP> of the <SEP> Nacliver combustion stage, <SEP> a <SEP> activation <SEP> of the <SEP> ignition organs. <SEP> The <SEP> anchor <SEP> 62a.
<SEP> of the <SEP> coil is <SEP> 62 <SEP>
<tb> arranged <SEP> in such a way <SEP> that <SEP> er <SEP> a <SEP> in <SEP> of the <SEP> supply line <SEP> 21 <SEP> to the <SEP> pneumatic <SEP> motor <SEP> 20 <SEP> urgent built <SEP> valve <SEP> 222 <SEP> can press <SEP>, <SEP> so <SEP> that <SEP> the ses <SEP> is open <SEP>, <SEP > if <SEP> the <SEP> coil <SEP> is excited <SEP>, <SEP> and
<tb> closed, <SEP> if <SEP> this <SEP> excitation <SEP> interrupted <SEP>.
<SEP> From this <SEP> follows, <SEP> that <SEP> the <SEP> valve <SEP> 222
<tb> open <SEP> is, <SEP> -eng <SEP> <read <SEP> organ <SEP> 35 <SEP> the <SEP> regulation
<tb> the <SEP> fuel supply <SEP> to <SEP> the <SEP> injection devices <SEP> 23 <SEP> of the <SEP> secondary combustion stage <SEP> causes., <SEP> and <SEP> that <SEP > then <SEP> the <SEP> flaps <SEP> 19a <SEP> the
<tb> Nozzle <SEP> 1.9 <SEP> take the <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> dotted lines <SEP> <SEP> position <SEP>. <SEP> Is <SEP> the <SEP> excitation <SEP> the
<tb> Coil <SEP> 62 <SEP> interrupted, <SEP> so <SEP> are <SEP> the <SEP> flaps <SEP> 19a <SEP> the <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> with. <SEP> solid <SEP> lines <SEP> shown <SEP> position <SEP> under <SEP> the <SEP> effect <SEP> the
<tb> Take spring <SEP> 20a <SEP>.
<SEP> <SEP> understands <SEP>, <SEP> that
<tb> the <SEP> Alistellhalui <SEP> 332 <SEP> and <SEP> the <SEP> valve <SEP> 222 <SEP> deni
<tb> Abstellhalin <SEP> 33 <SEP> or <SEP> the <SEP> valve <SEP> 22 <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1
<tb> correspond.
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From <SEP> your <SEP> V <SEP> orailr, elien (l (#n <SEP> results in <SEP>, <SEP> like.>
<tb> if <SEP> the <SEP> Naelivei-l) i-ennimg @ sstufe <SEP> except <SEP> effect <SEP> should be <SEP>, <SEP> the <SEP> switch <SEP> 59 <SEP> to open <SEP> is <SEP>,
<tb> where <SEP> is the <SEP> gear; <SEP> the <SEP> l, asturbinenanlage-e <SEP> then
<tb> through <SEP> the <SEP> from <SEP> hand <SEP> to <SEP> actuating <SEP> throttle valve <SEP> 28 <SEP> and <SEP> (lnreb <SEP> das <SEP> n ) otoi # activated <SEP> Dros selveiil.il <SEP> 51 <SEP> via <SEP> of the <SEP> body <SEP> <B> 35 '</B> <SEP> autoina tiscli <SEP>. ;
controlled. <SEP> becomes, <SEP> and <SEP> a <SEP> predetermined
<tb> temperature <SEP> in <SEP> the <SEP> through <SEP> the <SEP> turbine <SEP> flowing <SEP> gas <SEP> keep open <SEP> or <SEP> uni
<tb> to <SEP> prevent <SEP> that <SEP> the <SEP> temperature <SEP>
<tb> exceeds certain <SEP> value <SEP>. <SEP> To <SEP> the <SEP> After burning <SEP> g:
step <SEP> to <SEP> bring effect <SEP> to <SEP>,
<tb> <SEP> the <SEP> holder <SEP> <B> 59 </B> <SEP> is closed <SEP> and <SEP> (the throttle valve 28 is put in the fully open position, and the switch 50 ztt close, whereby 1. the coil 58 is excited, the shut-off valve:
"3" is opened and the temperature control carried out by the element 35 is transmitted from the throttle valve 51 to the throttle valve 34, 2. the coil 61 is excited so that the ignition elements 6-1, 65 of the afterburning stage come into effect, and 3. the coil 63 is energized and the valve 222 is opened to admit compressed air into the cylinder of the pneumatic motor 20 and thereby retract the flaps 19a to increase the effective area of the nozzle 19;
It is misleading to see that the Naeliver burn level is normally only blazed if one is above the normal full number. developed normal power is required, a speed controller is arranged.
can be to regulate the main fuel supply and connect a burnout of the main rotor.