DE1035409B

DE1035409B - Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr von Gasturbinen und Strahltriebwerken

Info

Publication number: DE1035409B
Application number: DEB33951A
Authority: DE
Inventors: Warner Clifford Wintrode
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1954-01-08
Filing date: 1954-12-30
Publication date: 1958-07-31

Description

Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr von Gasturbinen und Strahltriebwerken Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr von Gasturbinen und Strahltriebwerken mittels der Regelabweichung der Drehzahl und Gastemperatur von bestimmten Sollwerten während der Beschleunigung.
Die Betriebskennlinien moderner Gasturbinen sind so gestaltet, daß es äußerst schwer ist, mechanische Regler zu entwickeln, die schnell genug ansprechen und die notwendigen Korrekturen vornehmen, wenn die Betriebsdrehzahlen, die Temperaturen und Drücke ihre Grenzwerte erreichen. Der als Pumpen oder Schwingen des Kompressors bekannten Instabilitätserscheinung, bei der an gewissen Stellen des Arbeitsbereiches der Gasturbinenmaschine eine augenblickliche und beachtliche Verminderung der Brennstoffzufuhr erforderlich wird, muß so begegnet werden, daß dadurch nur die geringstmögliche Beschneidung der Beschleunigungskennlinien auftritt. Neben der Erfüllung der vorstehenden Erfordernisse muß aber die Brennstoffregelanlage selbst auch im hohen Maße zuverlässig arbeiten können.
Es sind Vorrichtungen bekannt, durch welche die Abgastemperatur auf einem einstellbaren gegebenen Wert gehalten wird, wobei die Steuerung jeweils eine Einstellung der Abgastemperatur herbeiführt, wenn sie von dem ausgewählten vorgegebenen Wert abweicht. Die Steuerung erfolgt durch Bemessung der zugeführten Brennstoffmenge. Bei einer anderen bekannten Ausführung erfolgt ein Vergleich zweier Spannungen, von denen eine in direkter Beziehung zu der Temperatur steht und die andere von Hand einstellbar ist. Ferner ist eine Vorrichtung zur Vermeidung des Instabilitätsbereiches während der Beschleunigung der Maschine bekannt, bei welcher der Instabilitätsbereich durch Aufrechterhaltung eines Temperaturwertes vermieden wird, der niedrig genug ist, um den Instabilitätsbereich bis zu 75°/o der ausgewählten Drehzahl zu vermeiden. Bei dieser bekannten Ausführung tritt der Nachteil auf, daß die Beschleunigungszeiten verhältnismäßig lang sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gebiet des Kompressorpumpens während des Beschleunigungsvorganges zu umgehen und hierfür eine schnell ansprechende Regelanlage zu schaffen, mit der die gesteuerte Gasturbine so nahe wie möglich an ihre maximal möglichen Betriebsdaten herangebracht werden kann und durch die Umgehung des Instabilitätsbereiches nur ein minimaler Beschleunigungsverlust hervorgerufen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Einrichtungen zum Einstellen verschiedener elektrischer Spannungen, die vorgegebene Temperatursollwerte darstellen, durch Einrichtungen zum Einstellen unterschiedlicher, vorgegebener Drehzahlwerte und durch Einrichtungen, welche jeweils beim Erreichen eines eingestellten Drehzahlwertes oder des Drehzahlsollwertes von einem Temperatursollwert auf einen anderen umschalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Einrichtungen zum Einstellen verschiedener elektrischer Spannungen vorgesehen, die unterschiedliche Drehzahlwerte darstellen. Ferner sieht die Erfindung Einrichtungen zum Verändern der Temperatursollwerte und/oder der vorgegebenen Drehzahlwerte in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, insbesondere der Außentemperatur, vor.
Vorteilhaft betätigen die elektrisch dargestellten Regelabweichungen der Drehzahl und Gastemperatur einen Elektromotor, der das Brennstoffventil verstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung zum Andern der Temperaturregelabweichung um den Differentialquotienten der Temperatur nach der Zeit vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Ausführung hat den Vorteil, daß die Turbine im Betrieb zunächst bei konstanter Temperatur bis zu einem Punkt kurz vor Erreichen des Pumpgebietes beschleunigt wird. Hierbei wird bei der dazugehörigen Drehzahl auf eine niedere Temperatur herabgesetzt und längs dieser niedrigeren Temperaturkurve bis zu einer höheren Drehzahl beschleunigt, die hinter dem Pumpgebiet liegt. Sodann wird die Höchsttemperatur wiederhergestellt und die Turbine bei Höchsttemperatur auf die Solldrehzahl beschleunigt.
Durch diese Ausführungsform werden außerordentlich kurze Beschleunigungszeiten erreicht, wobei darüber hinaus eine selbsttätige Änderung des Temperaturbezugswertes entsprechend einem Drehzahlsignal erfolgt.
Weitere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffregelanlage, aus der das Zusammenwirken der hauptsächlichen Reglerteile ersichtlich ist, Fig.2 eine schematische Darstellung, in der die verschiedenen Teile des Hauptregelv erstärkers und ihre Verbindung mit der Turbine und den Temperatur- und Drehzahlfühlern dargestellt ist, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild des Drehzahlkreises, in der das vom Tachometer kommende Drehzahlsignal sc umgewandelt wird, daß es den Hauptverstärker steuern kann, Fig. 4 ein Prinzipschaltbild der Misch- oder End stufe des Hauptverstärkers, Fig. 5 ein Prinzipschaltbild des Kompressoreinlaß-bzw. des Außentemperaturkreises, Fig. 6 das Prinzipschaltbild des Instabilitätszonenkreises, Fig.7 ein Prinzipschaltbild des Betriebstemperatur-und Temperaturänderungskreises, Fig. 8 ein Schaubild mit Beschleunigungskennlinien, die den Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Drehzahl angeben, Fig. 9 ein Schaubild, bei dem die Betriebstemperaturen in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl während der Beschleunigung aufgetragen sind, Fig. 10 in einer geschnittenen Ansicht Einzelheiten des Brennstoffregelventils und der dazugehörigen hydromechanischen Reglerteile.
Zur Brennstoffversorgung der in der Fig. 1 dargestellten Gasturbine 10 dienen ein hydromechanischer Regler 12 mit dem Hauptbrennstoffregelventil und der Brennstoffregler für Notbetrieb. Der Regler 12 ist mit einem Tachometer 14 verbunden, welcher ein Drehzahlsignal erzeugt. Ein Temperaturfühler mit gekapseltem Widerstand 16 dient zur Erfassung der Außentemperatur, und mit einem Thermoelement 18 wird ein geeignetes Gastemperatursignal erzeugt, das je nach den besonderen Erfordernissen entweder der Brenner-, der Turbineneinlaß-, der Turbinenauslaß-oder aber der Strahlrohrtemperatur entsprechen kann. Diese Signale vom Tachometer 14, vom Temperaturfühler 16 und vom Thermoelement 18 werden in den Hauptregelverstärker 20 eingespeist. Dieser Verstärker 20 hat die Aufgabe, das Brennstoffregelventil des Reglers 12 entsprechend den vorgenannten Signalen einzustellen. Von einer Drosselvorrichtung 22 erhält der Hauptverstärker 20 und über Kupplungsgestänge 24 auch der hydromechanische Regler 12 die Sollwerteinstellung.
In Fig. 2 sind in einem Blockdiagramm die Einzelteile des Hauptregelverstärkers 20 und die mit ihm verbundenen Meß- und Prüforgane dargestellt. Der von der Gasturbine 10 angetriebene Tachometer 14 erzeugt ein Wechselstromsignal, dessen Frequenz der Turbinendrehzahl proportional ist, und führt dieses Signal dem Drehzahl- und Drehzahländerungskreis 40 zu. Der Ausgang des Drehzahlkreises 40 ist eine Gleichspannung, deren Größe der Turbinendrehzahl plus Drehzahländerungsgeschwindigkeit proportional ist. Der an der Drosselvorrichtung 22 vorgesehene: Drosselhebel 42 greift an einem Potentiometer eine Bezugsspannung ab, welche gegen die der Drehzahl entsprechende Spannung des Kreises 40 in einen Zerhacker 44 geschaltet wird. Die sich hieraus ergebende Differenz der Soll- und Istwertspannungen, welche die Drehzahlregelabweichung darstellt, wird in einem Drehzahlverstärker 46 verstärkt und den Steuerwicklungen eines sättigungsfähigen Magnetverstärkers 48 zugeführt, der dann einen Motorgenerator 49 antreibt. Der Motor des genannten Motorgenerators 49 stellt auch das Brennstoffregelventi150 des hydromechanischen Reglers 12 ein, während der auf gleicher Welle angeordnete Generator für den Drehzahlverstärker 46 und den nachfolgend zu beschreibenden Temperatur- und Mischsignalverstärker 60 ein Dämpfungssignal erzeugt. Des weiteren wird durch den genannten Motor ein Rückführpotentiometer 51 verstellt. Die Gasturbine 10 wird dadurch auf die Solldrehzahl gebracht, daß man das Brennstoffregelventil öffnet, das dann von dem von der Drehzahl beaufschlagten Tachometer in entsprechendem Maße wieder geschlossen wird.
Die Kompressoreinlaßtemperatur wird mit Hilfe des Temperaturfühlers 16 gemessen, welcher mit einem Außentemperaturkreis 52 mehrere Potentiometer in einem kritischen Begrenzungs-, Instabilitätszonen- oder Bezugstemperaturkreis 56 bewirkt. Die Betriebsgastemperatur wird mit einem Theromelement 18 erfaßt. Die Thermospannung wird in einen Zerhacker 58 eingespeist, welcher sie abwechselnd dem Temperatur- und Mischsignalverstärker 60 und dem Temperaturänderungskreis 62 zuführt. Das Temperaturänderungssignal aus dem Kreis 62 wird dann im Verstärker 60 mit dem Temperatursignal und dem Temperaturbezugssignal aus dem Kreis 56 zur Temperaturregelabweichung vereinigt und dann den Wicklungen eines sättigungsfähigen Magnetverstärkers 58 zugeführt. Die Temperaturregelabweichung kann die Drehzahlregelabweichung, die, wie zuvor erwähnt, ebenfalls dem Magnetverstärker zugeführt wird, abändern oder überflügeln.
Die Schaltungsanordnung, welche den Ausgang des Tachometers 14 so umwandelt, daß es den Hauptverstärker 20 steuern kann, ist in Fig. 3 dargestellt. Das Tachometer 14 erzeugt am Widerstand 66 eine Wechselspannung, deren Frequenz der Turbinendrehzahl unmittelbar proportional ist. Dieses Wechselspannungssignal wird dem Gitter 68 der Triode 70, welches das eine System einer Doppeltriode ist, zugeführt, um dort verstärkt zu werden. Da die Triode 70 so gesteuert wird, daß sie abwechselnd im Sättigungsgebiet arbeitet oder sperrt, entsteht an der Anode 72 eine rechteckförmig begrenzte Sinuswelle. Um zu verhindern, daß das Gitter 68 während der positiven Halbwelle einen zu großen Strom erhält, ist in der Gitterleitung ein Vorwiderstand 76 vorgesehen.
Das verstärkte Signal an der Anode 72 wird über den Kopplungskondensator 82 dem Gitter 78 einer Triode 80 zugeführt. Der Gittervorwiderstand 84 entspricht in seiner Wirkungsweise dem Gittervorwiderstand 76. An der Anode 86 der Triode 80 erscheint eine Rechteckwelle, deren Freqrenz entsprechend der Turbinendrehzahl schwankt. Die in bekannter Weise angeordneten Anodenwiderstände der Röhren 70 und 80 sind mit dem Bezugszeichen 88 und 90 versehen.
Der Kondensator 92 und der Widerstand 94 stellen eine Differenzierschaltung dar, an der das Rechtecksignal der Anode 86 in kurze positive und negative Wechselimpulse umgewandelt wird. Diese Pulsationen werden dem Gitter 96 einer Gasentladungsröhre 98 über einen Gittervorwiderstand 100 zugeführt. Die Röhre 98, die als Zählrohr bezeichnet werden kann, arbeitet wie folgt: Unmittelbar vor dem Eintreffen eines positiven Impulses am Gitter 96 ist die Röhre 98 durch die negative Gittervorspannung aus der Gitterspannungsquelle gesperrt. Der Kondensator 92 ist entweder aus der Anodenspannungsquelle oder einer Batterie -!- B aufgeladen, und es kann kein Strom weder durch den Widerstand 104 noch durch den Kathodenwiderstand 106 fließen. Wenn das Gitter 96 einen positiven Impuls erhält, wird die negative Gittervorspannung unterdrückt und die Röhre 98 ionisiert, wodurch sich dann der Kondensator 92 schnell Biber die Röhre 98 und den Widerstand 104 entladen kann. Die Wirkung des Kondensators 102 verhindert ein zu schnelles Abbauen der Kathodenspannung und ermöglicht dem Gitter, die Röhre erneut zu steuern. Der Kondensator 102 lädt sich dann über den Widerstand 106 auf Anodenpotential auf, so daß die Röhre dann wieder in ihren Ruhestand kommt und bereit ist, den nächsten positiven Impuls zu empfangen.
Der mittlere Strom durch den Widerstand 106 ist der Kapazität des Kondensators 102 der Anodenspannung und der Frequenz der Zündimpulse proportional. Da E = I - R ist, ergibt sich, daß die mittlere Spannung am Widerstand 106 eine Funktion der Frequenz und der Anodenspannung ist, sofern der Widerstand 106 und die Kapazität 102 konstant gehalten werden. Wenn sämtliche Daten der Schaltungsanordnung mit Ausnahme der Frequenz der Impulse an der Röhre 98 konstant gehalten werden, ergibt sich am Widerstand 106 eine mittlere Spannung, die allein von der Frequenz der Pulsationen abhängig und somit der Drehzahl der Turbine 10 entspricht. Die Induktivitäten 108 und 110 sowie die Kondensatoren 112 und 114 stellen Glättungs- bzw. Filterglieder dar, so daß letztlich am Kondensator 114 eine mittlere Spannung entsteht, die der Turbinendrehzahl proportional ist.
Die Widerstände 116 und 118 und der Kondensator 120 bilden zusammen einen Differenzier- oder Phasenschieberkreis, in dem die Spannung am Widerstand 118 Komponenten enthält, die einerseits der Turbinendrehzahl und andererseits auch der ersten Ableitung der Drehzahl oder der Beschleunigung proportional sind. Dieses Mischsignal gelangt zum Kontakt 121 des Relais 122. Ein zweiter Relaiskontakt 123 erhält vom Rückführpotentiometer 51, welches von,l Regelventilverstellmotor49 verstellt wird, ein weiteres Signal, dessen Bedeutung später erläutert wird. Das kombinierte Drehzahlsignal wird vom Relais 122 zum Kontakt 124 eines Zerhackers 44 geleitet. Ein zweiter Kontakt 125 des Zerhackers 44 erhält eine Drehzahlsollspannung, welche durch den Drosselhebel 42 mit einem Gleitkontakt auf dem Potentiometer 126 abgegriffen wird. Am Zerhacker 44 werden abwechselnd zwei Steuerspannungen, und zwar die der tatsächlichen Turbinendrehzahl plus Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl proportionale Spannung und die mit Hilfe des Drosselhebels 42 eingestellte Sollwertspannung, gegeneinander kompensiert. Die vom Zerhacker erzeugten Gleichspannungsschwankungen werden vom beweglichen Kontakt des Zerhackers 44 abgenommen und entsprechen einer Drehzahlregelabweichung. Diese Regelabweichung wird im Punkt A dem Drehzahlverstärker 46 (Fig. 4) zugeführt, in welchem diese und weitere Regelabweichungen dazu verwendet werden, um die gewünschte Turbinendrehzahl einzuregeln.
Es ist noch zu erwähnen, daß das Potentiometer126 aus der gleichen Stromquelle versorgt wird wie die Anoden der Röhren 70, 80 und 98 des Drehzahlkreises. Da der Ausgang des Drehzahlkreises der verwendeten Anodenspannung proportional ist, ergibt sich bei Änderungen der Anodenspannung auch eine entsprechende Steuerspannungsänderung am Widerstand 118 und am Potentiometer 126. Da diese beiden Spannungen im Zerhacker 44 gegeneinander kompensiert werden, ergibt sich, daß die vorstehende Schaltungsanordnung von Speisespannungsschwankungen unabhängig ist.
Zusätzlich zum Ausgang am Zerhacker 44 hat der Drehzahlkreis einen weiteren Ausgang, der über den Widerstand 132 zum Gitter 134 einer Röhre 136 führt. Mit Hilfe eines Widerstandes 140 ist das Potential der Kathode 138 der Röhre 136 über Massepotential angehoben; die Anode der Röhre 136 liegt unmittelbar an der vorgenannten Anodenspannungsquelle. Auf die vorgenannte Weise wird das Drehzahlsignal unmittelbar über eine übliche kathodengekoppelte Verstärkerröhre zum Eingang der nächsten Stufe weitergeleitet. Dieses gesondert abgegriffene Drehzahlsignal wird dem in Fig. 6 dargestellten, die Beschleunigung regelnden Kreis 56 zugeführt, der nachfolgend noch zu erläutern ist.
Die Arbeitsweise des Drehzahlkreises 40 wurde bisher nur in Verbindung mit dem Drosselhebel 42 besprochen. Die Arbeitsweise des Kontaktes 123 des Relais 122 besteht, wie zuvor erwähnt, darin, ein Signal vom Rückführpotentiometer 51 des Motorgenerators 49 zuzuführen. Dieses Potentiometer 51 liefert ein Signal, das zu jeder Zeit der Einstellung des Brennstoffregelventils 50 des Reglers 12 entspricht. Das Relais 122 versorgt dann den Zerhacker 44 entweder mit dem Drehzahlsignal des Drehzahlkreises oder mit dem Signal des Rückführpotentiometers 51. Die Erregung oder Entregung des Relais 122 wird mit einem Relaiskontakt 127 gesteuert, dessen Erregerwicklung 127' ihren Strom aus einer Gleichspannungsquelle des Netzes (nicht dargestellt) erhält. Das Abschalten der Wicklung 127' erfolgt durch öffnen des Relaiskontaktes 128. Die Erregerwicklung 128' für den Relaiskontakt 128 ist ein Teil des in Fig.7 dargestellten Temperaturverstärkers, der nachfolgend noch beschrieben wird. Zur Zeit soll lediglich angenommen werden, daß das Relais 128 in der dargestellten Stellung verbleibt und somit die Erregerwicklung 127' erregt und den Stromkreis zur Wicklung des Relais 122 am Kontakt 127 schließt. Bei dieser Erregung liegt der bewegliche Kontakt des Relais 122 am Kontakt 123.
Der Kontakt 125 des Zerhackers 44 ist über den Relaiskontakt 127" mit dem Potentiometer 126 verbunden. Bei Erregung der Wicklung 127 stellt sich das Relais so ein, daß der Kontakt 127" nach rechts umgelegt ist, wodurch dann dem Kontakt 125 die am Potentiometer 129 anliegende Spannung zugeführt wird. Das Potentiometer 129 wird von Hand aus eingestellt und liefert eine Steuerspannung, die einer entsprechenden Sollstellung des Regelventils 50 entspricht.
Die verschiedenen Relais und Potentiometer liefern beim Betrieb der Gasturbine Steuergrößen für die Anlaßschaltung und den Notbetrieb. Wenn die Gasturbine angelassen wird, wird der Relaiskontakt 128 in die in Fig. 3 gezeichnete Stellung umgelegt, so daß die Relaiswicklung 127' erregt und sein Kontakt 127 in die gezeichnete Stellung gebracht wird. Hierdurch wird auch das Relais 122 erregt, und es liegt dessen beweglicher Kontakt am Kontaktstück 123 an, so daß eine vom Rückführpotentiometerabgriff 51 kommende Spannung dem einen Kontakt 124 des Zerhackers 44 zugeführt wird. An seinem anderen Kontakt erhält der Modulator 44 eine Spannung vom Potentiometer 129.
Die letztgenannte Spannung zum Kontakt 125 des Zerhackers 44 wird über den Relaiskontakt 127" zugeführt, der durch die Erregerwicklung 127' nach rechts umgelegt ist. Somit kompensiert der Zerhacker4 eine Spannung, die der tatsächlichen Regelventilöffnung entspricht, am Kontakt 124 gegen eine am Potentiometer 129 eingestellte Sollwertspannung. Hier durch wird eine Regelabweichung gebildet, welche das Regelventil 50 genügend weit öffnet, um die Temperatur am Einlaß der Gasturbine schnell auf die Betriebstemperatur ansteigen zu lassen, die etwas unter halb der maximal zulässigen Höchsttemperatur liegt. Wenn dieser Betriebspunkt erreicht ist, beginnt im Temperaturkreis der Fig. 7 eine Röhre zu steuern, die dann die Relaiswicklung 128' erregt. Mit dieser vorgenannten Relaiswicklung werden gleichzeitig die Relaiskontakte 128 (Fig. 3) und 128" (Fig. 6) betätigt. Durch den Relaiskontakt 128 wird der Stromkreis zur Wicklung 127' unterbrochen und somit auch die Wicklung des Relais 122 stromlos gemacht und dem Kontakt 124 des Zerhackers 44 nunmehr die Tachometer Spannung zugeführt. Durch das Abschalten der Wicklung 127' wird des weiteren der Relaiskontakt 127" nach links bewegt, so daß der Kontakt 125 des Zerhackers 44 seine Spannung vom Drosselhebel 42 erhält. Nach dieser Umschaltung schaltet dann der Zerhacker 44 eine Drehzahlspannung aus dem Drehzahlkreis 40 gegen eine durch den Drosselhebel am Potentiometer 126 eingestellte Drehzahlsollwertspannung. Durch den weiteren Relaiskontakt 128" (Fig. 6) wird gleichzeitig die dem Temperatursollwert entsprechende Spannung geändert. Diese Arbeitsweise wird nachfolgend in Verbindung mit der Fig. 4 noch im einzelnen erläutert. Für die augenblickliche Betrachtung ist noch angenommen, daß die Gasturbine auf Normalbetrieb eingestellt ist.
In Fig. 4 ist die Schaltungsanordnung des Drehzahlregelabweichungsverstärkers 46 mit einer Mischstufe und einer Endstufe der Brennstoffregelanlage dargestellt. Der Schaltungsanordnung werden im Punkte! die pulsierenden Gleichspannungen aus dem Drehzahl-und Drehzahländerungskreis 40 zugeführt. Die Größe dieser Spannungen ist abhängig von den Drehzahlregelabweichungen. Vom Punkt A gelangen diese Spannungen zum Gitter 142 einer Triode 144, in der eine Verstärkung vorgenommen wird. Die Ankopplung erfolgt über einen Kondensator 146 und einen Widerstand 148, so daß die Spannungsdifferenzen zwischen den Kontakten des Zerhackers 44 am Widerstand 148 eine Rechteckwelle erzeugen. Der Widerstand 148 hat einen verstellbaren Abgriff, um die Steuerspannung zu verändern. Ein Gittervorwiderstand 150 dient dazu, während der positiven Halbwelle an der Triode 144 einen übermäßigen Gitterstrom zu verhindern. Das verstärkte Signal an der Anode 152 der Triode 144 wird dann zum Steuergitter 154 einer Pentode 156 geleitet. Der Kopplungskondensator 158 trennt die Gleichstromkomponenten ab, und der Gittervorwiderstand 160 verhindert einen übermäßigen Gitterstrom zum Gitter 154. In dem Gitterstromkreis des Gitters 154 wird des weiteren ein Dämpfungssignal vom Generator des Motorgenerators 49 zugeführt. Der Pegel dieses Dämpfungssignals kann mit Hilfe eines Potentiometers 161 verändert werden. Die Kathode 162 und das Bremsgitter 164 erhalten über den Widerstand 168 eine Vorspannung, die etwas über Massepotential liegt, während das Schirmgitter 170 mit dem Widerstand 172 auf ei-i höheres Potential gelegt ist. Das Signal an der An ode 174 der Pentode 156 gelangt dann über den Blockkondensator 176 und den Gittervorwiderstand 178 zum Gitter 180 einer Triode 182, welche als Phasentrenner arbeitet. Den Gittern 184 und 186 der nachgeschalteten Trioden 188 und 190 werden über den Widerstand 192 und den Kondensator 194 bzw. den Widerstand 196 und den Kondensator 198 abwechselnd positive und negative Impulse zugeführt. Die Kopplungsglieder 192 und 194 bzw. 196 und 198 haben eine ähnliche Wirkung wie die zuvor erwähnten Kopplungsglieder 176 und 178. Die Spannungen an den Anoden 200 und 201 haben die gleiche Phasenlage, so daß za jeder Zeit nur eine der Röhren 188 und 190 Strom führen kann. Die Phasenlage der Gitterspannungen wird, je nachdem, ob die Gasturbine im Augenblick eine größere oder eine kleinere Drehzahl hat, als e5 der Drosselhebeleinstellung am Potentiometer 146 entspricht, vom Zerhacker44 festgelegt. Der Steuerstrom, der von einer der Trioden 188 und 190 kommt, wird jeweils einer der beiden Steuerwicklungen 204, 206 eines Magnetverstärker 48 zugeführt. Die genannten Wicklungen erhalten ihre Betriebsspannung aus der gleichen Spannungsquelle wie die dazugehörigen Anoden 200 und 202. Die Hilfssteuerwicklungen 210 und 212 des Magnetverstärkers 48 ermöglichen, von der Temperatur oder von Temperaturänderungen abhängige Steuerspannungen einzuspeisen, die, sofern die Betriebstemperatur übermäßig hoch wird, die Dreh -zahlregelabweichung verändern oder sie überkompensieren. Der sättigungsfähige Magnetverstärker arbeitet als Mischstufe, welche die Drehzahl- und Temperaturregelabweichung gegeneinander kompensiert, so daß die Ausgangsspannung die Drehzahl und Drehrichtung des Motorgenerators 49 und damit auch die Einstellung des Brennstoffregelventils 50 steuern kann. Die Wicklungen 204, 206, 210 und 212 stellen Gleichstromsteuerwicklungen dar. Die Erregerwicklungen 214 und 216 liegen unmittelbar zwischen eine Wechselspannungsquelle und Masse, während die Ausgangswicklungen 218 und 220 mit der phasenveränderlichen Wicklung des Regelventileinstellmotors 49 verbunden sind. Die Wicklungen sind so bemessen, daß sie von der Wechselspannungsquelle allein teilweise gesättigt werden. Wenn nun an irgendeiner der Steuere wicklungen eine Spannung erscheint, hat diese dann zur Folge, daß die gesteuerte Wicklung gesättigt wird, so daß sich dann die Impedanz der ihr zugehörigen Erregerwicklung stark vermindert. Da die Erregerwicklungen unmittelbar zwischen die Erregerspannungsquelle und Masse geschaltet sind, ergibt sich. daß der gesamte Spannungabfall an den zwei Wicklungen zwangläufig gleich der Erregerspannung sein muß, so daß bei Verminderung der Impedanz, beispielsweise der Wicklung 214, zwangläufig die Spannung an der Wicklung 216 ansteigt. Infolgedessen wird der Spannungsabfall an der Wicklung 216 größer als der Spannungsabfall an der Wicklung 214, so daß dann auch dieses Spannungsverhältnis auf die dazu gehörigen Sekundärwicklungen übertragen wird. Wenn der Spannungsabfall an der Wicklung 220 größer wird als der Spannungsabfall an der Wicklung 218, fließt ein Ausgleichsstrom, der den Regelventilmotor 49 in einer bestimmten Richtung antreibt.
In Fig. 5 ist der Außentemperaturfühler 16 mit seinem Verstärker 52 dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung ist ein gekapselter temperaturabhängiger Widerstand 16 als Temperaturfühler angeordnet. Der der Außentemperatur ausgesetzte Widerstand 16 stellt einen Zweig einer Wheatstoneschen Brückenschaltung dar, bei der in zwei Zweigen temperaturunabhängige Präzisionswiderstände 250 und 252 vorgesehen sind, während im vierten Brückenzweig ein im wesentlichen temperaturunabhängiges Präzisionspotentiometer 254 liegt. Um die Erwärmungen der Brückenglieder auf ein ;Minimum zu beschränken, wird die Brücke mit einer niedrigen Wechselspannung gespeist. Die Brücke ist stets abgeglichen oder tendiert dazu, sich mit Hilfe ihres nachregelnden Potentiometers 254, welches die Änderungen im Brückenzweig mit dem temperaturabhängigen Widerstand 16 kompensiert, wieder in Abgleich zu kommen. Immer wenn die Brücke aus dem Gleichgewicht kommt, entsteht an der Primärwicklung 256 eine Spannung, deren Phasenlage von der Fehlerrichtung der Gleichgewichtsstörung abhängt, d. h., die Phasenlage ist davon abhängig, ob der temperaturabhängige Widerstand 16 kleiner oder größer ist als der zum Brückenabgleich erforderliche Widerstand. Das an der Sekundärwicklung des Transformators 256 erscheinende Signal liegt ebenfalls am Widerstand 262 an, von welchem es dem Gitter 258 einer Triode 260 zur Verstärkung zugeführt wird. Das verstärkte, an der Anode 264 auftretende Signal wird dann zur weiteren Verstärkung zum Gitter 270 einer Triode 272 geführt. Der Kopplungskondensator 274 unterbindet einen Gleichstromfluß zum Gitter 270, während der Gittervorwiderstand 276 einen übermäßigen Gitterstrom verhindert. Die verstärkte, an der Anode 278 auftretende Spannung gelangt über einen Kopplungstransformator 280 an die Gitter 282 und 284 von zwei Trioden 286 bzw. 288, welche parallel zueinander liegen und gegeneinandergeschaltet sind. Die Gittervorwiderstände 290 und 292 verhindern einen übermäßigen Gitterstrom. Die Anodenspannung für die Röhren 286 und 288 wird über eine Leitung 294 von einer Wechselspannungsquelle zugeführt. Die Leitung 294 ist an die Wicklungsteile 295 und 296 eines Motors 297 angeschlossen, dessen freie Wicklungsenden dann über die Leitungen 289 bzw. 299 zu den Anoden 300 und 301 geführt sind. Die Phasenlage des Brückenausgangs ändert sich entsprechend der Richtung der Gleichgewichtsstörung, d. h. je nachdem, ob der temperaturveränderliche Widerstand des Temperaturfühlers 16 größer oder kleiner ist als der vom Potentiometer 254 abgegriffene Widerstand. Dieser Ausgang wird den beiden Gittern 282 und 284 zugeführt. Infolge der Phasenlage zwischen Gitter- und Anodenspannung kann zu jeder Zeit nur eine der Röhren 286 und 288 Strom führen. Auf diese Weise wird mit Hilfe der Wicklungshälften 295 und 296 der Motorwicklung erreicht, daß nur eine der Wicklungshälften Strom führen kann, wodurch jeweils die Drehrichtung des Motors 297 festgelegt ist. Durch die Drehung des Motors wird das Nachregelpotentiometer 254 verstellt und die Brücke bei unterschiedlichen Temperaturpegeln wieder ins Gleichgewicht gebracht. Des weiteren treibt der Motor 297 über eine Welle, die auch über den Anschluß C mit den Schaltelementen der Fig. 6 verbunden ist, einen Generator 302 an, dessen Wicklung 304 dann eine Spannung erzeugt, welche der Drehzahl des Motorgenerators proportional ist. Diese Spannung wird über einen Widerstand 306 zum Kathodenkreis der Triode 260 zurückgeführt, wo es eine Dämpfung bewirkt.
Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Punkt C ein Teil einer mechanischen Kupplung ist, welche gleichzeitig die Potentiometer 310, 312 und 314 verstellt. Des weiteren erhält die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 im Punkt B eine Spannung aus dem Drehzahlverstärker der Fig. 3. Diese beiden Steuerspannungen stellen die Beschleunigung der Gasturbine so, daß der Instabilitätsbereich des Kompressors, welcher in der Beschleunigungskurve als Instabilitätszone bezeichnet ist, vermieden wird. Eine solche Beschleunigungskurv ist in einem Schaubild in Fig. 8 eingezeichnet, bei der auf der Abszisse die Turbinendrehzahl und auf der Ordinate die Brennstoffmenge aufgetragen ist. Unter der Annahme, daß der Drehzahlbereich der Gasturbine zwischen einer Leerlaufdrehzahl von 3000 U/min und einer maximalen Drehzahl von 11500 U/min liegt, kann man auf der Kurve M' zwischen den Punkten (a und h den im Beharrungszustand erforderlichen Brennstoffbedarf ablesen. Die Beschleunigungskurve L' gibt das erforderliche Brennstoffgewicht an, um bei allen Betriebsdrehzahlen eine Temperatur von 730° C aufrechtzuerhalten. In gleicher Weise entspricht die Beschleunigungskurve K' einer Temperatur von 900° C. Aus der Darstellung ist zu entnehmen, daß die Kurve K' einen schraffierten Bereich überschneidet, welcher die Instabilitätszone des Kompressors, in der ein Pumpen des Kompressors auftritt, bezeichnet. Da die Gasturbine in dieser Instabilitätszone selbst nicht kurzzeitig betrieben werden kann, ohne daß die Möglichkeit einer schweren Maschinenbeschädigung auftritt, ergibt sich, wenn man eine maximale Beschleunigung erzielen will, das Erfordernis, diese Instabili -tätszone auf irgendeine Weise zu vermeiden. Bei der vorliegenden Brennstoffregelanlage ergibt sich eine solche Arbeitsweise durch die nachfolgenden Begrenzungen. Wenn der Pilot seinen Drosselhebel von der Leerlaufdrehzahl auf maximale Beschleunigung verstellt, wird der Gasturbine der Brennstoff in solchen Mengen zugeführt, daß die Temperatur von einem Punkt a der Linie M' zum Punkt b der Linie K' ansteigt. Danach steigert sich dann die Drehzahl der Turbine entlang der Kurve K', bis sie sich der Instabilitätszone im Punkt c bei einer entsprechenden Drehzahl Ni annähert. In diesem Zeitpunkt wird die Brennstoffzufuhr so vermindert, daß die Beschleunigungstemperatur bis zu einem Punkt b der Kurve L' absinkt. Die Kurve L' verläuft unterhalb der Instabilitätszone. Die weitere Beschleunigung verläuft nunmehr entlang der Kurve L' bis zum Erreichen des Punktes e entsprechend einer Drehzahl N2. Zu diesem Zeitpunkt wird die Brennstoffzufuhr wieder so weit vermehrt, daß, nachdem die Instabilitätszone überschritten ist, auf der Beschleunigungskurve K' mit maximaler Temperatur oder auf einer ähnlichen Kurve maximaler Temperatur gearbeitet wird. Die Beschleunigung erfolgt nun vom Punkt f auf der maximalen Temperatur entsprechenden Beschleunigungskurve bis zum Punkt g, an dem die Höchstdrehzahl erreicht wird. In diesem Punkt wird die Brennstoffzufuhr wieder von g auf h vermindert, was ausreicht, um die Maschine auf der gewünschten maximalen Drehzahl zu halten.
In Fig. 9 ist in einer weiteren schaubildlichen Darstellung die Temperatur am Turbineneinlaß über der Maschinendrehzahl aufgetragen. Die in dieser Darstellung eingezeichneten Punkte a bis h entsprechen den Punkten a bis h im Schaubild der Fig. B. Nachdem der Pilot auf Beschleunigung geschaltet hat, steigt die Temperatur sofort auf ihren Maximalwert (im angenommenen Fall auf 900° C), auf dem sie so lange verbleibt, bis die Drehzahl @NTI erreicht ist. In diesem Betriebspunkt wird die Drehzahl auf ATi = const. gehalten und die Betriebstemperatur auf einen geringen Wert abgesenkt, um den Instabilitätsbereich zu vermeiden. Danach setzt wieder ein Beschleunigungsvorgang bei der verminderten Temperatur ein, bis die Drehzahl N2 erreicht ist. Da nach dem Erreichen der Drehzahl N2 keine Gefahr mehr besteht, in die Instabilitätszone zu kommen, wird die Temperatur wieder auf einen Wert angehoben, bei dem sich eine optimale Beschleunigung erzielen läßt. Nach Erreichen der Maximalgeschwindigkeit wird die Temperatur wieder abgesenkt, um einen Betrieb im Beharrungszustand aufrechtzuerhalten. Der Temperaturpegel der Punkte b und c muß dabei nicht unbedingt gleich dem Temperaturpegel der Punkte f und g sein.
Eine weitere auftretende Schwierigkeit besteht noch darin, daß sich die Instabilitätszone bei Änderungen der Außentemperatur verlagert. Der Außentemperaturkreis 52 dient dazu, die in Fig. 6 dargestellten Potentiometer 310, 312 und 314 so zu verstellen, daß die Verlagerung der Instabilitätszone infolge Änderungen der Außentemperatur kompensiert wird. Das Potentiometer310 ändert die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur von ihren Maximalwert c auf einen Punkt d unterhalb der Instabilitätszone (N1) absinkt. Potentiometer 312 legt die Geschwindigkeit fest, mit der die Temperatur wieder auf ihren Maximalwert (N2) ansteigen kann. Potentiometer 314 legt die Temperatur fest, mit der die Turbine unterhalb der Instabilitätszone (Linie d-e) arbeitet.
Das Prinzip des Instabilitätszonenkreises der Fig. 6 besteht darin, daß elektrisch die Drehzahlregel -abweichung gebildet wird, die dann ein Relais betätigt, welches den Temperatursollwert nach Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl verändert. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Widerstände 316 und 318 und die Potentiometer 320, 322 und 310 zwischen eine Gleichspannungsquelle und Masse geschaltet sind. Die Potentiometer 320 und 322 sind verstellbar, um die Drehzahlgrenzen festzulegen, bei denen der Temperaturrückgang stattfinden soll, während das Potentiometer 310 dazu dient, die Drehzahl festzulegen, bei der bei Änderungen der Außentemperatur die erste Temperaturänderung auftritt. Die Ausgangsspannung des Potentiometers 310 ist zu einem Kontakt 324 eines Zerhackers 326 geführt. Der andere Kontakt 328 des Zerhackers 326 erhält über den Anschlußpunkt B eine Spannung, die der augenblicklichen Turbinendrehzahl proportional ist und in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 erzeugt wurde. Dieser Zerhacker 326 erzeugt durch Kompensation die Drehzahlregelabweichung, die dann dem Gitter 330 einer Triode 332 ,zur Verstärkung zugeführt wird. Der Kopplungskondensator 334 und der Widerstand 336 trennen die Gleichstromkomponenten der Spannung ab bzw. verhindern einen übermäßigen Gitterstrom. Die verstärkte Spannung an der Anode 338 der Röhre 332 wird danach in das Gitter 340 einer Triode 342 zur weiteren Verstärkung zugeführt. Als Anodenspannung für die Triode 342 wird eine Wechselspannung verwendet, die über eine Erregerwicklung 344 eines Relais 346 zugeführt wird. Die Phasenlage zwischen der Spannung am Gitter 340 und der Anode der Röhr 342 ist so gewählt, daß diese Röhre während der anfänglichen Beschleunigung, d. h. während der Boschleunigung vom Punkt b zum Punkt c der Fig. 8, keinen Strom führt und damit auch kein Strom durch ihre Erregerwicklung 344 fließen kann, so daß dann auch das Relais 346 den Kontakt 348 betätigt. Sobald aber die Drehzahlspannung am Kontakt 328 des Modulators 326 den Sollwert am Kontakt 324 über-,steigt, wird die Zerhackerausgangsspannung in der Triode 332 verstärkt und diese verstärkte Spannung, die dann in Phase mit der Anodenspannung der Röhre 342 ist, noch einmal verstärkt, um dann die Wicklung 344 zu erregen. Daraufhin zieht dann das Relais 346 an und legt seinen Kontakt in die in Fig. 6 eingezeichnete Stellung um und betätigt den Kontakt 350.
Die Widerstände 352 und 354 und die Potentiometer 356, 358 und 312 liegen an der gleichen Spannungsquelle wie die Widerstände 316 und 318 und die Potentiometer 320, 322 und 310. In gleicher Weise wie das Potentiometer310 wird das Potentiometer312 durch den Außentemperaturkreis eingestellt und liefert an den Kontakt 360 eines Zerhackers 362 einen Sollwert in Form einer Gleichspannung. Am anderen Kontakt 364 des Zerhackers 362 liegt in gleicher Weise wie am Kontakt 328 des erstgenannten Zerhackers 326 eine Gleichspannung, welche der augenblicklichen Turbinendrehzahl proportional ist. Entsprechend dem Eingang an den Kontakten 360 und 364 wird der Zer hackerausgang gesteuert und über die Trioden 370 und 380 genauso verstärkt, wie es in Verbindung mit den Trioden 332 und 342 beschrieben wurde. Wenn die Drehzahlspannung vom Punkt B am Kontakt 364 größer ist als die Drehzahlsollspannung am Kontakt 360, liegt die Drehzahlregelabweichungsspannung des Zerhackers 362 mit der Anodenspannung der Röhre 380 in Phase, so daß durch die Erregerwicklung 382 der bewegliche Kontakt des Relais 384 vom Kontakt 386 auf den Kontakt 388 umgelegt wird.
Die Widerstände 390 und 392 und die Potentiometer 394, 396, 398, 400 und 314 stellen einen Spannungsteiler dar, mit dem eine Betriebstemperatursollspannung erzeugt wird. Der Widerstand 390 ist wesentlich größer als irgendeiner der anderen Widerstände, so daß der Ausgangsstrom des Spannungsteilers im wesentlichen konstant ist. Die Potentiometer 394, 396, 398 und 400 sind parallel geschaltet, und es kann mit jedem einzelnen Potentiometer eine Einstellung innerhalb des ganzen Temperaturbereiches vorgenommen werden. Mit Hilfe der Relais 346 und 384 kann einer der verschiedenen Sollwerte ausgewählt werden. Die Betriebstemperaturistwertspannung des Thermoelements 18 wird dem beweglichen Kontakt des Zerhakkers 58 zugeführt, welcher zwischen der Primärwicklung 404 eines Transformators 406 und dem Anschlußpunkt des Temperaturänderungskreises der Fig. 7 hin- und hergeschaltet werden kann. Die Wicklung 404 ist so geschaltet, daß die dort zugeführten Spannungen den vom Spannungsteiler abgegriffenen Sollspannungen entgegenwirken, so daß die Ausgangsspannung des Transformators 406 an der Wicklung 408 proportional der Temperaturregelabweichung ist. Der Ausgang der Transformatorwicklung 408 wird über ein Potentiometer 410, mit dem das Übertragungsverhältnis eingestellt werden kann, am Punkt F. in den Temperaturverstärkerkreis gemäß Fig.7 eingespeist.
Wie schon zuvor erwähnt, wird während der Beschleunigung der Turbine bis zur Drehzahl N1 (Fig. 8 und 9) vom Relais 346 der Kontakt 348 betätigt. Während dieser Zeit ist die Sollwertspannung hoch. Wenn die Drehzahl Ni erreicht ist, wird das Relais 346 betätigt, das dann den Kontakt 350 betätigt, so daß ein geringerer Sollwert entsprechend der Einstellung der Potentiometer 314 und 400 eingestellt ist. Bei Erreichen der Drehzahl N2 wird das Relais 384 betätigt und legt seinen Kontakt aus seiner mit Federdruck gehaltenen Ruhestellung am Kontakt 386 auf den Kontakt 388 um. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom über das Potentiometer 394, das auf einen höheren Sollwert eingestellt ist. Da die Sollwertspannung groß ist, muß der Primärwicklung 404 des Transformators 406 eine entsprechend große Thermospannung zugeführt werden, um eine die Temperatur absenkende Regelabweichung am Potentiometer 410 zu verhindern.
Dieser Bezugstemperatur- und Instabilitätszonenkreis erhält seinen Eingang vom Drehzahl- und Drehzahländerungskreis der Fig. 1 (im Punkt B) und einen weiteren mechanischen Eingang vom Außentemperaturkreis der Fig. 5 (im Punkt C). Der Zerhacker 58, der in der Fig. 2 als gesondertes Kästchen gezeichnet ist, liefert einerseits eine Eingangsspannung für den Temperaturänderungskreis der Fig. 7 und andererseits eine Eingangsspannung für den Transformator 406 der Fig. 6. Diese Eingangsspannung bildet mit einer Sollwertspannung eine Temperaturregelabweichung, die, nachdem sie von ihrer Gleitstromkompönente durch den Kondensator 412 befreit wurde, der in Fig. 7 dargestellten Schaltung im Punkt E zugeführt wird.
In der Fig. 7 ist der Temperatur- und Ilischsignalverstärker 60 und der Temperaturänderungskreis 62 dargestellt. Am Punkte E wird der Verstärker 60 mit einer Wechselstrom-Temperaturregelabweichungsspannung gespeist, welche dem Gitter 418 einer Triode 420 zugeführt wird. Die an der Anode 422 entstehende verstärkte Spannung wird mit einer Temperaturänderungsspannung aus der Schaltungsanordnung 62 vereint. Die beiden vereinten Spannungen gelangen dann über einen Kopplungskondensator 424 und werden dort mit einer weiteren Steuerspannung des Dämpfungsgenerators 49 zusammengeschaltet und danach zum Steuergitter 428 einer Pentode 430 geleitet. Um sicherzustellen, daß die vom Generator kommende Dämpfungsspannung im Vergleich zur vereinten Temperatur- und Temperaturänderungsspannung eine geeignete Größe aufweist, erfolgt die Zufuhr des Dämpfungssignals über ein Potentiometer 432. Die Pentode 430 und die ihr zugeordneten Schaltelemente stellen eine übliche Verstärkerstufe dar, deren Ausgang dem Gitter 438 einer Triode 440 zugeführt wird. Dort findet eine weitere Verstärkung statt, und es wird die an der Anode 442 auftretende Ausgangsspannung dem Gitter 444 einer Triode 446 und des weiteren einem Gitter 448 einer Triode 450 zugeführt. Die Anode 452 der Triode 446 ist mit dein Punkt F der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung verbunden. Aus Fig.4 ist ersichtlich, daß die Anode 452 eine Anodenwechselspannung aus einer Spannungsquelle erhält, die ebenfalls die Wicklungen 210 und 212 speist. Diese Ausgangsspannung, die eine Temperaturregelabweichung darstellt, gelangt somit in die Wicklungen 210 und 212 des Magnetverstärkers 48, wodurch dann dessen Ausgangsspannung sowohl von der Temperatur als auch von der Drehzahl abhängig wird.
Dem Temperaturänderungskreis 62 der Fig. 7 wird im Punkt D eine pulsierende Spannung zugeführt, deren Größe der Betriebstemperatur proportional ist. Diese Spannung wird der Primärwicklung eines Transformators 472 zugeführt, dessen anderer Wicklungsanschluß bei H mit der Niederspannungsseite einer in Fig. 10 dargestellten Spannungsquelle verbunden ist, von der jedoch zunächst einmal angenommen werden soll, daß sie auch an Masse liegt. Diese Spannung wird von der Sekundärwicklung des Transformators 472 auf das Gitter 468 einer Triode 470 übertragen. Durch die Anordnung eines Kondensators 474 vor dem Gitter 468 wird verhindert, daß dort eine Gleichstromkomponente eintreffen kann. Die Temperaturregelabweichung wird dann in der Röhre 470 verstärkt und von einer Röhre 476, die als Triode und Diodenschaltung dargestellt ist, gleichgerichtet. Die Triode wird allein deshalb verwendet, um in die Schaltung keine weiteren Röhrentypen aufnehmen zu müssen. Die Induktivitäten 478 und 480 und die Kapazitäten 482 und 484 bilden zusammen eine Siebkette, deren Ausgang eine ziemlich glatte Gleichspannung ist, die der Temperatur proportional ist. Diese geglättete Ausgangsgleichspannung wird dann dem Gitter 486 einer Triode 488 zugeführt. Die Anode 490 dieser Triode 488 ist mit einer Anodengleichspannungsquelle verbunden, während die Kathode 492 mit Hilfe des Widerstandes 494 eine über Massepotential liegende V orspannung erhält, so daß die Röhre 488 dann eine normale kathodengekoppelte Verstärkerstufe darstellt. Auf der gleichen Anodengleichspannungswelle wie die Anode 490 ist auch die Anode 496 einer Triode 498 verbunden. Die Kathode 500 dieser Triode 498 erhält mit Hilfe des Widerstandes 502 ebenfalls eine über Massepotential liegende Vorspannung. Die beiden Kathodenwiderstände 494 und 502 sind über einen Kondensator 504 und zwei Widerstände 506 und 508 miteinander verbunden. Da die Anoden 490 und 496 an der gleichen Spannungsquelle liegen, werden Spannungsschwankungen, die in der sonst geglätteten Gleichspannung an den Kathodenwiderständen auftreten, über den Kondensator 504 und die Widerstände 506 und 508 beseitigt. Da der Kondensator 504 für eine geglättete Gleichspannung undurchlässig ist, kann nur eine Änderung des Temperatursignals über die Widerstände 506, 508 und 502 übertragen werden. Am Widerstand 508, der wesentlich größer ist als jeder der Widerstände 506 und 502, liegt der größte Teil der Spannung an, die bei einer Temperaturänderung erzielt wird. Dieses Gleichstromsignal wird mit Hilfe eines Zerhackers 510, welcher über einen Kopplungskondensator 512 das Gitter 514 einer Triode 516 steuert, in einen Wechselstrom von im wesentlichen rechteckiger Wellenform verwandelt. Mit Hilfe des eingeschalteten Potentiometers 518 ist es möglich, die Höhe der Temperaturänderungsspannung einzustellen. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß während der zuvor beschriebenen Phase des Schaltvorganges der Zerhacker 510 die Temperaturänderungsspannung am Widerstand 508 kurzschließt. Wegen des schnellen Wechsels ist in der Schaltung der Widerstand 506 vorgesehen, der zusammen mit dem Kondensator 504 eine Zeitkonstante bildet, die groß genug ist, um während eines jeden Schaltvorganges eine vollständige Entladung des Kondensators 504 zu verhindern. An der Anode 520 der Triode 516 erscheint dann eine verstärkte Temperaturänderungsspannung, die dann zusammen mit der Temperaturspannung und der vom Generator 49 kommenden Dämpfungsspannung an das Steuergitter 428 der Pentode 430 angelegt wird. Da die vom Generator kommende Dämpfungsspannung mit Hilfe des Potentiometers 430 und der Temperaturänderungsspannung mit dem Potentiometer 518 eingestellt werden kann, kann man auch die Mischspannung so einregeln, daß einerseits die gewünschte Dämpfung und andererseits auch die gegenseitige Beeinflussung eingeregelt werden kann.
Die Relaiskontakte 128 (Fig. 3) und 128" (Fig. 6) werden betätigt, sobald die in der Anodenleitung der Triode 450 liegende Erregerwicklung 128' vom Strom durchflossen wird. Dieses Relais in Verbindung mit der Triode 450 und der dazugehörigen Schaltung mit dem Drosselhebelschalter im Kathodenkreis der Röhre 450 bilden einen Teil der zuvor erwähnten Anlaßschaltung, mit der verhindert wird, daß die Gasturbine mit zu großen Temperaturen angelassen wird. Es ergibt sich aus den vorstehenden Ausführungen, daß, sofern nicht besondere Schutzmaßnahmen beim Anlassen der Turbine ergriffen werden, die letztere eine viel zu große Brennstoffmenge erhalten würde, da sowohl der Temperatur- als auch der Drehzahlkreis weiteren Brennstoff anfordern. Wenn die Gasturbine angelassen wird, befinden sich die Relaiskontakte 128 und 128" in ihrer unbetätigten Ruhestellung (wie dargestellt), und es ist der Drosselhebelschalter geöffnet. Wenn sich der Relaiskontakt 128 in dieser Schaltstellung befindet, wird aus der Differenz einer Spannung vom Rückführpotentiometer 51 und einer willkürlich am Potentiometer 129 eingestellten Spannung eine Regelabweichung gebildet, die das Brennstoff regelventil 50 so einstellt, daß eine schnelle Temperaturzunahme auftritt, ohne dabei eine übermäßig hohe Temperatur, die der Turbine Schaden bringen kann, zu erreichen.
Durch die einleitende Bewegung des Drosselhebels 42 wird der Drosselhebelschalter geschlossen, so daß die Röhre 450, sofern deren Anoden- und Gitterspannung in Phase liegen, leitend wird. Lediglich die Übertemperaturspannungen haben die geeignete Phasenlage, um ein Leitendwerden der Röhre 450 und damit eine Erregung der Wicklung 128' und eine Betätigung der Relaiskontakte 128 und 128" zu verursachen. Da der Relaiskontakt 128" in seiner Ruhelage einen Teil des Temperatursollwertes (den Widerstand 392) ausschaltet, kann eine Übertemperaturspannung zum Transformator 406 und somit auch zum Gitter 448 der Triode 450 geleitet werden, wobei dann die Betriebstemperatur mehrere Hundert Grad tiefer liegt, als es der normalen Maximaltemperatur entspricht. Es soll noch einmal darauf hingewiesen werden, daß die Gasturbine bis zur Betätigung des Relais 128' nur eine beschränkte Anlaßbrennstoffmenge erhält. Diese Brennstoffmenge ist so gering, daß die Turbine inner halb eines beachtlichen Zeitintervalls ihre normale maximale Betriebstemperatur nicht erreichen kann. Aus diesem Grunde erniedrigt der Relaiskontakt 128" die Bezugstemperatur und ermöglicht der Brennstoff -regelanlage fast unmittelbar nach der Zündung des Brennstoffes das Regelventil zu verstellen. Wenn die Thermoelementenspannung jedoch die für das Anlassen vorgesehene Temperatursollspannung übersteigt, ergibt sich am Gitter 448 der Triode 450 eine übertemperaturspannung, die mit der Anodenspannung in Phase liegt und die Relaiswicklung 128' erregt. Dadurch werden bei beiden Relaiskontakte 128 und 128" betätigt und damit die Drehzahlspannung im Drehzahlkreis 40 und das Drosselsignal des Potentiometers 126 angeschaltet, so daß dann die Temperatursollspannung auf einen normalen Maximalwert angehoben wird. Um zu verhindern, daß während des normalen Betriebe Untertemperaturspannungen die Relaiswicklung 128' stromlos machen, ist das Gitter 448 der Triode 450 über den Punkt G der Fig. 6 und den Relaiskontakt 128" mit der negativen Klemme des Thermoelementes 18 verbunden. Auf diese Weise wird das Gitter 448 auf einer Spannung gehalten, die groß genug ist, um in der Röhre 450 einen Strom zu führen, der die Relaiswicklung 128' erregt. Nachdem die Erregerwicklung 128' einmal beim Anlaßvorgang durch eine Übertemperaturspannung erregt ist, bleibt es dann so lange erregt, bis der Drosselhebelschalter im Kathodenkreis der Röhre 450 geöffnet wird. Dies tritt jedoch nur dann auf, wenn die Gasturbine vollständig abgestellt wird.
Der in Fig. 10 dargestellte hydromechanische Regler 12 enthält auch den Motorgenerator 49, dessen Antrieb und Drehrichtung von der Ausgangswicklung des Magnetverstärkers 48 gesteuert wird, um über ein Ge triebe 584, eine Nockenscheibe 586 und einen Abtasthebel 588 das Brennstoffregelventi150 zu verstellen. Über das Getriebe 584 wird des weiteren ein Rückführpotentiometer 51 verstellt, welches eine Steuerspannung für den Anlaßkreis erzeugt. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe wird der Brennstoff über die Einlaßöffnung 590 einer Ventilkammer 592 zugeführt, die mit Hilfe eines Nebenschlußv entils 594 unter konstantem Druck gehalten wird. Das Nebe-nschlußventil 594 wird von einer Membran 596 gesteuert, die auf ihrer einen Seite dem Einlaßdruck und auf der anderen Seite dem Flüssigkeitsdruck der Kammer 598 und der Druckfeder 600 ausgesetzt ist. Über eine Nebenschlußleitung 601 führt das Nebenschlußventil 594 abgezweigten Brennstoff zur Saugseite der Pumpe zurück. Im Anschluß an die Karnmer 592 ist eine Verbindungsleitung 602 vorgesehen, die den Brennstoff dem Regelventil 50 zuführt. Nachdem der Brennstoff durch das Regelventil 50 hindurchgeflossen ist, gelangt er in eine Leitung 604 und über ein Rückschlagventil 606 in eine Leitung 608 und von dort über ein Absperrventil 610 in eine Leitung 612 und von einem dahinter angeordneten vorgespannten Ventil 614 über den Reglerauslaßstutzen 616 in die Brennstoffsammelleitung der Gasturbine. Das Absperrventil 610 ist mit einer Zahnstange 618 versehen, in die zur Betätigung ein Ritzel 620 eingreift, welches unmittelbar von einem mechanischen Kupplungsteil 622 des Drosselhebels betätigt wird. Wird dieses Kupplungsteil 622 nach recht und damit der Ventilkörper 610 des Absperrventil nach links bewegt, so wird jeglicher Brennstofffluß zur Leitung 612 unterbunden.
Das Nebenschlußventil 594 und die Membran 596 bewirken, daß am Regelventil 50 ein gewünschter Druckabfall auftritt. Die Kammer 598 steht mit der Kammer 592 über die Kanäle 624 und 628 in Verbindung, und es ist die Kammer 598 des weiteren mit der Leitung 608 hinter dem Dosierventil 50 über Kanäle 630 und 632 verbunden. Zwischen den Kanälen 630 und 632 ist ein Steuerventil 634 eingeschaltet, das mit einem Faltenbalg 636 betätigt wird. Dieser Faltenbalg 636 ist dem Kompressoreinlaßdruck ausgesetzt und ermöglicht in Verbindung mit dem Ventil 634 die Brennstoffzufuhr bei Änderungen der Luftdichte zu ändern. Bei jeder eingestellten Lage des Ventils 634 wird durch die Membran 596 ein konstantes Druckgefälle zwischen der Kammer 592 und der Leitung 608 aufrechterhalten. Der vor dem Regelventil 50 in der Leitung 602 befindliche Brennstoff hat im wesentlichen den gleichen Druck wie der Brennstoff in der Kammer 592. Da das Rückschlagventi1606 dem Brennstoff in seiner normalen Durchflußrichtung nur einen sehr geringen Widerstand entgegensetzt, ist der Druck in der Leitung 608 im wesentlichen gleich dem hinter dem Dosierventil herrschenden Druck. Somit ist der Druckabfall an der Membran 596 zusammen mit dem Druckabfall am Steuerventil 634 gleich dem Druckabfall am Dosierventil 50.
Zum Anlassen der Gasturbine muß die Brennstoffleerlaufmenge aufrechterhalten bleiben, um ein Erlöschen der Brennerkammer im Betrieb zu verhindern. Zu diesem Zweck ist ein Kanal 638, der mit der Kammer 592 in Verbindung steht, über ein Ventil 640 und den Kanal 632 mit der Leitung 608 verbunden. Das Ventil 640 ist in gleicher Weise wie das Ventil 634 mit dem Faltenbalg 636 verbunden, so daß auch dieses Ventil auf Änderungen des Kompressoreinlaßdruckes anspricht. Die Menge durch das Ventil 640 ist abhängig vom Druckunterschied zwischen der Kammer 692 und der Leitung 608. Das Ventil 640 ist entsprechend der Arbeitskennlinien der speziellen Gasturbine profiliert und so ausgebildet, daß für die mit der Höhe veränderlichen Leerlaufdrehzahlen auch die entsprechenden Brennstoffleerlaufmengen eingestellt werden können. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß die Menge durch das Ventil 640 die Menge durch das Ventil 634 ergänzt.
Der Ventilkörper des Absperrventils 610 weist eine ringförmige Aussparung 642 auf, die über den Kanal 630 mit der Kammer 598 in Verbindung steht. Wird der Ventilkörper 610 nach links bewegt, entsprechend einer vollständigen Unterbrechung der Brennstoffzufuhr, dann kann diese ringförmige Aussparung 642, die Kammer 598 über den Kanal 632, die Aussparung 642 und den Kanal 644 mit der Pumpenurngehungsleitung 601 verbinden. Auf diese Weise werden die Drücke in diesem hvdromechanischen Regler selbst bei einem vollständigen Absperren des Ventils 610 bei vollem Pumpendruck verhältnismäßig niedrig gehalten. Das Nachlassen des relativ hohen Druckes in der Kammer 598 hat zur Folge, das sich die Membran 596 nach links bewegt, so daß das Nebenschlußventil 594 maximal geöffnet wird. Somit kann der Brennstoff bei nur geringen Druckschwankungen leicht zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Brennstoffregelanlage arbeitet wie folgt: Beim Anlassen der Gasturbine ist die Drehzahlspannung aus dem Drehzahl- und Drehzahländerungskreis 40 mit Hilfe des Relais 122 vom Drehzahlverstärker 46 abgetrennt, und es liegt der bewegliche Kontakt des Relais 122 über den Kontakt 123 am Abgriff des Rückführpotentiometers 51. Entgegengesetzt zu dieser Spannung wird mit Hilfe des Potentiometers 129 eine einstellbare Sollwertspannung erzeugt und mit diesen beiden Spannungen im Zerhacker 44 die Regelabweichung gebildet. Das Potentiometer 129 erzeugt eine Steuerspannung, rnit der das Hauptregelventi150 so weit geöffnet werden kann, daß die Betriebstemperatur der Gasturbine schnell ansteigt, ohne dabei eine kri -tische Maximaltemperatur zu überschreiten. Zu diesem Zeitpunkt ist der Relaiskontakt 128 (Fig. 3) normalerweise geschlossen, und es liegt der Umschaltrelaiskontakt 128" (Fig. 6) an seinem unteren Kontakt, und es wird dadurch ein Teil der Widerstände. an denen die Temperatursollwerte eingestellt werden, kurzgeschlossen. Wenn die Betriebstemperatur der Gasturbine ansteigt, wird ein Betriebszustand erreicht, bei dem die geringe Anlaßsolltemperatur dem Temperaturverstärker 60 eine Übertemperaturspannung zuführt, welche die Röhre 450 (Fig. 7) leitend macht und damit die Relaiswicklung 128' erregt. Wenn die Relaiswicklung 128' erregt ist, legen sich die beiden beweglichen Relaiskontakte 128 und 128" um, wobei der letztgenannte Umschaltkontakt mit dem oberen Gegenkontakt verbunden wird und dadurch der Schaltung die gesamt Temperatursollwertspannung -zugeführt wird. Durch das Öffnen des Relaiskontaktes 128 wird der Stromkreis der Erregerwicklung 127' geöffnet. so (aß dann der Relaiskontakt 127 abfällt und das Relais 122 stromlos wird. Der ebenfalls umgelegte Relaiskontakt 127" schaltet dann von der am Potentiometer 129 eingestellten Sollwertspannung auf die mit dem Drosselhebel 42 am Potentiometer 126 eingestellte Sollwertspannung um. Nachdem der Anlaßvorgang der Gasturbine so weit fortgeschritten ist, erfolgt die Regelung der Turbine über den regulären Drehzahlverstärker 40, der seine Ausgangsspannung über den Kontakt 121 des Relais 122 gemeinsam mit der der Klemme 125 zugeführten Drosselhebelsollwertspannung dem Zerhacker 44 zuführt. Wenn nunmehr die gesamte Temperatursollwertspannung in der Schaltung eingestellt ist, fällt zunächst eine Übertemperaturspannung fort, und es wird durch die eingestellte Temperatursollwertspannung nunmehr eine größere Brennstoffmenge und damit eine erhöhte Temperatur eingestellt. Die Brennstoffmenge wird nun weiterhin vermehrt, bis die in Fig. 8 und 9 eingezeichneten Beschleunigungskurven mit maximaler Temperatur, d. h. in diesem Falle mit 900° C, erreicht werden. In den Fig. 8 und 9 ist dann der Betriebspunkt b erreicht. Die weitere Beschleunigung der Turbine vom Punkt b nach c erfolgt dann auf der 900° C-Beschleunigungskurve, für die lediglich der Temperaturverstärker eine begrenzende Wirkung ausübt. Dabei führt der Drehzahlverstärker 40 über den Punkt B der Fig. 6 dem Instabilitätszonenkreis 56 ein der augenblicklichen Drehzahl entsprechende Spannung zu. Wenn die Gasturbine den Punkt c auf der 900° C-Beschleunigungskurve der Fig. 8 erreicht hat, bekommt die vom Verstärker 40 gelieferte Drehzahlspannung eine solche Phasenlage und eine solche Größe, daß die Röhre 342 (Fig. 6) leitend wird, die Relaiswicklung 344 erregt und damit den beweglichen Relaiskontakt 346 auf den Kontakt 348 umlegt. Danach ist dann die Solltemperatur augenblicklich auf einen geringeren Wert, in diesem Falle auf 730° C, vermindert. Nunmehr vermindert sich die Brennstoffzufuhr, bis die Turbine ihren Arbeitspunkt d erreicht hat. Danach wird dann die Beschleunigung entlang dieser einer geringeren Temperatur entsprechenden Beschleunigungskurve fortgesetzt, bis der Punkt e erreicht wird. In diesem Punkt c trifft am Kontakt 364 des Zerhackers 362 eine Drehzahlspannung aus dem Drehzahlkreis 40 in solcher Phasenlage und Größe ein, daß die Röhre 380 leitend wird und die Relaiswicklung 382 erregt wird. Die Erregung der Relaiswicklung 382 stellt den Temperaturkreis auf einen neuen Temperatursollwert ein, die der 900° C-Beschleunigungskurve oder aber einer anderen oberhalb der 730° C-Beschleunigungskurve liegenden Kurve entsprechen kann, je nachdem bei welcher Temperatur man die Beschleunigung von der Drehzahl .\-Z zur maximalen Drehzahl im Punkt g durchzuführen wünscht. Sobald die maxirnale. Drehzahl erreicht ist, stellt der Drehzahlverstärker eine verminderte Brennstoffrnenge ein, bis ein Betriebspunkt h (Fig. 8) entsprechend der maximalen Drehzahl auf der Beharrungsbetriebskennlinie erreicht wird.
Während des ganzen Betriebes der Gasturbine ist die in Fig. 5 dargestellte Außentemperatursteuerung 52 in Betrieb. Diese Außentemperatursteuerung verstellt die Drehzahl- und Temperatursollwerte entsprechend der Verlagerung der Instabilitätszone bei Änderungen der Außentemperatur. Die Außentemperatur wirkt mithin als Führungsgröße.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr von Gasturbinen und Strahltriebwerken mittels der Regelabweichung der Drehzahl und Gastemperatur von bestimmten Sollwerten während der Beschleunigung, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einstellen verschiedener elektrischer Spannungen, die vorgegebene Temperatursollwerte darstellen, durch Einrichtungen zum Einstellen unterschiedlicher, vorgegebener Drehzahlwerte und durch Einrichtungen, welche jeweils beim Erreichen eines eingestellten Drehzahlwertes oder des Drehzahlsollwertes von einem Temperatursollwert auf einen anderen umschalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einstellen verschiedener elektrischer Spannungen, die vorgegebene unterschiedliche Drehzahlwerte darstellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verändern der Temperatursollwerte und/oder der vorgegebenen Drehzahlwerte in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, insbesondere der Außenlufttemperatur.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch dargestellten Regelabweichungen der Drehzahl und Gastemperatur einen Elektromotor (49) betätigen, der das Brennstoffventil (50) verstellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Magnetverstärker mit zwei Steuerwicklungen für die Drehzahl- bzw. Gastemperaturregelabweichung, dessen Ausgang mit dem Elektromotor (49) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Andern der Temperaturregelabweichung um den Differentialquotienten der Temperatur nach der Zeit.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertspannungen durch Potentiometer gebildet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung K4182Ia/46f (bekanntgemacht am 15. 5. 1952) ; schweizerische Patentschriften Nr. 268645, 268283; französische Patentschrift Nr. 992 396; britische Patentschriften Nr. 692 666, 675 368, 601 137.