DE2802247A1

DE2802247A1 - System zum erkennen des pumpens in einer turbinenanlage

Info

Publication number: DE2802247A1
Application number: DE19782802247
Authority: DE
Inventors: Edmond Preti; Howard Witherspoon Ripy
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1978-07-27
Also published as: GB1588945A; JPS5393212A; SE460866B; CA1096643A; JPS6314167B2; IL53775A0; IT7819610A0; US4137710A; SE7800719L; DE2802247C2; IT1092319B

Description

System zum Erkennen des Pumpens in einer Turbinenanlage

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und betrifft insbesondere ein System zum Erkennen des Pumpens.

Bekanntlich ist das Pumpen oder der Strömungsabriß in einem Gasturbinentriebwerk mit Axialverdichter ein Problem, das die Industrie von Anfang an verwirrt hat. Die Pumperscheinung ist zwar noch nicht völlig geklärt, es genügt jedoch anzugeben, daß die Strömungsablösung um die Verdichterlaufschaufeln herum sich in einer Druckpulsation äußert, die nicht nur schädlich für das Triebwerk sein kann, sondern zum Ausfall des Triebwerks führen kann. Außerdem ist die

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Tatsache bekannt, daß der Kraftstoffregler gewöhnlich mit
einer Einrichtung ausgerüstet wird, die einen Schutz vor
Pumpen durch Programmieren einer vorbestimmten Triebwerksbetriebslinie oder Pumplinie und durch Überwachen und Berechnen von gewissen Triebwerksparametern bewirkt und die Kraftstoffzufuhr so begrenzt, daß das Triebwerk unterhalb
der Pumplinie arbeitet. Beispiele für Kraftstoffregler der vorgenannten Art sind die Typen JFC-12, JFC-25 und JFC-60, die von der Fa. Hamilton Standard, einer Tochterfirma der
Anmelderin, hergestellt werden.

Da jedoch die Programme nicht immer genau sind oder dank
ungenauen Fühlern oder verzerrten Signalen und dgl. erfordern manche Triebwerke zusätzliche Maßnahmen zuerkennen
des Pumpens oder Strömungsabrisses. So zeigen beispielsweise die DE-OS 2 652 729 und die US-PS 3 426 322 Systeme zum Feststellen des Strömungsabrisses. Es ist zu beachten, daß die Strömungsabrißfeststellsysteme, die in dieser Offenlegungsschrift und in dieser Patentschrift beschrieben sind
ebenso wie alle anderen bekannten Pump- oder Strömungsabrißdetektoren nicht nur wenigstens die Messung von zwei Triebwerksbetriebsparametern, sondern auch eine Meßgeräteausrüstung innerhalb des Triebwerks erfordern. Diese Meßgeräteausrüstung erfordert normalerweise Zugangslöcher in den
Triebwerksgehäusen und Fühler, die in den Gasweg hineinragen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß ein wirksamer Pumpdetektor erzielt werden kann, indem die zeitliche Änderung
oder der Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur gemessen

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und ein "Pumpen erkannt"-Signal erzeugt wird, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Temperaturfühler kann an dem Einlaß des Triebwerks angeordnet werden, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, Löcher in das Triebwerksgehäuse zu bohren. In manchen Anlagen kann zum Schutz gegen falsche Pumperkennung das System so ausgelegt werden, daß es mit einem weiteren Triebwerksbetriebsparameter gekoppelt wird, beispielsweise mit der Verdichterläuferdrehzahl, dem Verdichterauslaßdruck und dgl.

Die Erfindung schafft ein Pumperkennungssystem für Gasturbinentriebwerke, das auf die zeitliche Änderung oder den Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur anspricht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Pump· erkennungssystem neben der zeitlichen Änderung oder dem Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur als dem Hauptkontrollparameter ein zusätzlicher Parameter, wie die zeitliche Änderung der Läuferdrehzahl oder des Verdichterauslaßdruckes und dgl. und Permutationen derselben als eine Maßnahme zum Schutz vor falscher Pumperkennung benutzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Pumperkennungssystems für ein Gasturbi-

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nentriebwerk mit einem Schubverstärker.

Die Erfindung wird zwar in ihrer bevorzugten Ausführungsfonn in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk mit einem Schubverstärker beschrieben, es ist jedoch klar, daß sie auch bei anderen Arten von Anlagen benutzt werden kann. Die Verwendung der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur als eines Kontroll parameters für die Pumperkennung ist besonders zuverlässig, wenn die Gase, die während eines Pumpzustandes umgewälzt werden, beträchtlich heiß sind, d. h. eine Temperatur im Bereich von etwa 1650 C haben, wo die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur an dem Einlaß für den Temperaturfühler wahrnehmbar ist.

Das in der Figur insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnete Gasturbinentriebwerk enthält einen Einlaß 12, einen Verdichter/Gebläse-Abschnitt 14, einen Brennerabschnitt 16, einen Turbinenabschnitt 18, eine Auslaßdüse 20 und einen Nachbrenner 22. Da die Erfindung sich nicht hauptsächlich auf das Triebwerk bezieht, mag es genügen anzugeben, daß es sich bei dem Triebwerk um irgendeinen bekannten Typ handeln kann, in welchem das Pumpen ein Merkmal des Triebwerks ist, wie beispielsweise die Typen JT-8 und JT-9, die von dar Fa. Pratt & Whitnoy Aircraft, einer Tochterfirma der Anmelderin, hergestellt werden.

Gemäß der Erfindung ist ein geeigneter, im Handel erhältlicher Temperaturfühler 24 in dauerhafter Weise an dem Einlaß des Triebwerks montiert und sein Signal wird einem durch

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einen Block 26 dargestellten Rechner über eine Leitung 28

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zugeführt. Der Rechner/dient zum Berechnen der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur in einer bekannten und im Handel erhältlichen Weise, um ein Ausgangssignal immer dann zu erzeugen, wenn die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet. Immer dann, wenn dieses Ausgangssignal auftritt, wird es einer Strömungsabrißerkennungslogik, die als ein Strömungsabrißdetektorblock 30 dargestellt ist, als Eingangssignal über eine Leitung 32 zugeführt. Wenn beispielsweise der Strömungsabrißdetektor 30 ein Spezialdigitalrechner ist, wird er lediglich dafür sorgen, daß die Logik auf ihr programmiertes Anfangssignal getriggert wird, bevor das Ausgangssignal aus dem Rechner 26 angenommen wird. Das Ausgangssignal des Strömungsabrißdetektors 30 wird über eine Leitung 34 als Eingangssignal einer durch einen Block 36 dargestellten Strömungsabrißbeseitigungslogik zugeführt, um die Strömungsabrißbeseitigung einzuleiten. Es könnte sich auch um einen Spezialdigital rechner handeln, der so programmiert ist, daß er die Strömungsabrißbeseitigung einleitet, indem er das Kraftstoffsystem betätigt und das Gas im Gasgenerator abmagert, die verstellbaren Leitschaufeln des Verdichters verstellt, Verdichterentlüftungsventile öffnet, die Auslaßdüse zurückstellt, und dgl.

In gewissen Anlagen und unter gewissen Flugzeugflugbedingungen kann die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur am Triebwerkseinlaß ein Signal erzeugen, das für das Pumperkennungssystem wie ein Pump- oder Strömungsabrißsignal aussieht, tatsächlich aber keinen Pump- oder

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Strömungsabrißzustand darstellt. In diesen Fällen kann das Pumperkennungssystem mit einem weiteren Triebwerksbetriebsparameter arbeiten. So wird beispielsweise die Läuferdrehzahl durch einen geeigneten Fühler abgefühlt und als Eingangssignal einem Rechner 40 über eine Leitung 42 zugeführt. Der Rechner 40 berechnet in bekannter Weise ihre zeitliche Änderung nnd erzpupt ein Ausgangssignal, wenn sie einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieses Signal wird dann über eine Leitung 44 dem Strömungsabrißdetektor 30 zugeführt. Der Strömungsabrißdetektor 30 wird deshalb nur dann ein Ausgangssignal an die Leitung 34 abgeben, wenn sowohl das Signal bezüglich der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur als auch das Signal bezüglich der zeitlichen Änderung der Läuferdrehzahl durch die Rechner 26 bzw. 40 geliefert werden.

Die Rotordrehzahl ist zwar als ein zuverlässiger Parameter zum Schutz vor falscher Pumperkennung angegeben, es können jedoch an ihrer Stelle andere Triebwerksbetriebsparameter benutzt werden. Die Erfindung lehrt, daß die Triebwerkseinlaßtemperatur, bei welcher es sich um einen Gesamtwert oder um keinen Gesamtwert handeln kann, ein zuverlässiger Pumperkennungsparameter in einer Gasturbinenanlage mit Nachbrenner ist.

In ihrer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung die Verwendung des Wertes der zeitlichen Änderung der Temperatur vor, die an dem Einlaß abgefühlt wird, insbesondere wenn sich die Flug- oder Betriebshüllkurve über einen wei-

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ten Bereich erstreckt. In einem Fall, in welchem die Hiillkurve begrenzt ist, kann der Temperaturanstiegswert ausreichend sein.

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Claims

Patentansprüche:

1„ System zum Erkennen des Pumpens in einer Turbinenanlage mit einem Verdichter, einem Luft in den Verdichter leitenden Einlaß und einem Schubverstärker, wobei das System das Pumpen erkennt, wenn es in dem Verdichter beginnt und wenn der Schubverstärker im Betriebszustand ist, gekennzeichnet durch einen Fühler, der in dem Einlaß angeordnet ist und die Temperatur der Luft darin mißt, und durch Recheneinrichtungen zum Erzeugen eines Ausgangssignals als Funktion der gemessenen Temperatur, wenn sie einen vorbestimmten Wert überschreitet, wodurch das Ausgangssignal einen Pumpzustand in dem Verdichter anzeigt.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Einrichtungen zum Abfühlen einer Triebswerksbetriebsvariablen, durch Recheneinrichtungen zum Berechnen der zeitlichen

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ORIGINAL INSPECTED

Änderung der TriebwerksbetriebsvarLablen und durch Einrichtungen zum Erzeugen eines "Pumpen erkannt"-Signals, wenn sowohl die gemessene zeitliche Änderung oder der gemessene Anstieg der Temperatur als auch die zeitliche Änderung der Triebwerksbetriebsvariablen einen vorbestimmten Wert erreichen,
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksbetriebsvariable die Läuferdrehzahl des Verdichters ist.
4. System zum Erkennen des Pumpens in einem Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter und einem Einlaß zum Einleiten von Luft in den Verdichter, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Messen des Temperaturanstiegs der Luft in dem Einlaß und durch Einrichtungen, die auf die Einrichtungen zum Messen der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur ansprechen und ein "Pumpen erkannt"-Signal allein dann erzeugen, wenn der Temperaturanstieg einen vorbestimmten Wert übersteigt.
5. System zum Erkennen des Pumpens in einem Gasturbinentriebwerk mit einem Schubverstärker, der Luft in bezug auf den normalen vorwärts gerichteten axialen Strom des Triebwerksarbeitsmittels nach rückwärts drückt, und mit einem Verdichter und einem Einlaß zum Einleiten des Arbeitsmittels in den Verdichter, gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler, der in dem Einlaß vorderhalb des Verdichters angeordnet ist, durch Einrichtungen, die auf die zeitliche Änderung der Temperatur ansprechen, welche von dem Fühler ermit-

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telt wird und daraus resultiert, daß das Arbeitsmittel, verursacht durch den Schubverstärker, in einer umgekehrten Richtung strömt, und ein Pumpsignal erzeugen, wenn die zeitliche Änderung der Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt.
6. System zum Feststellen des Pumpens in einem Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter und einem Einlaß zum Einleiten von Luft in den Verdichter, gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler, der in dem Einlaß angeordnet ist und die Temperatur der Luft in dem Einlaß abfühlt, durch einen Drehzahlfühler zum Messen der Läuferdrehzahl des Verdichters, durch Einrichtungen, die auf den Temperaturfühler ansprechen und ein erstes Signal erzeugen, wenn die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, durch Einrichtungen, die auf den Drehzahlfühler ansprechen und ein zweites Signal erzeugen, wenn die zeitliche Änderung der Läuferdrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, und durch Einrichtungen, die sowohl auf das erste Signal als auch auf das zweite Signal ansprechen und ein Pumpen bedeutendes drittes Signal allein dann erzeugen, wenn sowohl das erste Signal als auch das zweite Signal vorbestimmte Werte übersteigen.

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