DE2157751A1

DE2157751A1 - Steuersystem für Bypass-Ventil

Info

Publication number: DE2157751A1
Application number: DE19712157751
Authority: DE
Inventors: Charles Andrew Henderson Richard Lee; Schilling Thomas Leroy; Cincinnati Ohio Hutchinson (V.St.A.). P
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-22
Publication date: 1972-06-15
Also published as: IT941347B; BE775750A; DE2157751B2; JPS5610458B1; CA937768A; GB1352206A; DE2157751C3; US3688504A; FR2115342A1; FR2115342B1

Description

Die Erfindan»·· b°trifft «in Stfuorsvst™ (oder Regelsystem) für ein Turbogebläsetriebwerk und insbesondere ein vereinfachtes System zur Steuerung eines variablen Bypass-Ventils, das zwischen unabhängig voneinander drehbaren Rotoren eines Verdichters eingefügt ist. Für die Steuerung sollen dabei leicht verfügbare Betriebsparameter des Triebwerkes verwendet werden.

Bei Turbogebläsetriebwerken ist es oft erwünscht, das Gesamtverdichtungsverhältnis des Triebwerkes (Verhältnis des Druckes der von dem Kernverdichter oder Hochdruckverdichter ausgestoßenen Luft zu dem Druck der in den Gebläsekanal eintretenden Luft) dadurch zu erhöhen, daß man eine oder mehrere Stufen von Verdichterlaufschaufeln an einem unabhängig drehbaren Rotor hinzufügt. Wenn diese zusätzlichen oder "Booster" Verdichterstufen im Inneren des Strömungskanals für den

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Verdichter des Kerntriebwerkes angeordnet sind, kann es notwendig sein, einen Ventilmechanismus vorzusehen um einen Teil der von diesen Booster-Stufen verdichteten Luft während solcher Betriebsarten des Triebwerkes, die etwas außerhalb der Konsttuktionsdaten liegen (off-design engine operation) umzuleiten und dadurch WirkungsgradVerluste oder einen aerodynamischen Stillstand (stall)(Abdrosslung) zu vermeiden, welcher durch einen Rückstau oder Rückdruck auf die Booster-Stufen dadurch erzeugt wird, daß der Kernverdichter nicht in der Lage ist, die gesamte von den Booster-Stufen gelieferte Luft aufzunehmen.

Es ist beispielsweise üblich, solche Verdichter mit Doppelrotor für einen angepaßten oder abgeglichenen Betrieb an einem Arbeitspunkt des Triebwerkes oder in einem relativ.schmalen Betriebsbereich des Triebwerkes auszulegen, beispielsweise für den Dauerflug (high altitude cruise) in großer Höhe. Dementsprechend kann der Hochdruck- oder Kernverdichter bei Triebwerksgeschwindigkeiten entsprechend den niedrigen Arbeitspunkten des Triebwerkes nicht in der Lage sein, den gesamten Zustrom von den Booster-Stufen anzunehmen.

Ohne das Vorhandensein irgendeiner Einrichtung zur Behebung oder Minderung des Rückstaues auf die Booster-Stufen könnte eine aerodynamische Abdrosselung der Booster-Stufen die Folge sein. Wenn weiterhin eine Differenz in den Verhältnissen des Trägheitsmomentes zum verfügbaren Drehmoment zwischen den beiden Rotorsystemen besteht, wird nach einer Drossel verstellung ein Rotor schneller beschleunigen und abbremsen als der andere. Wenn das Verhältnis vom Trägheitsmoment zum verfügbaren Drehmoment für das Ebosfcer-Rotorsystem größer ist als das gleiche Verhältnis für den Rotor des Kerntriebwerkes, ergibt sich eine weitere Fehlanpassung zwischen dem von den Booster-Stufen gelieferten Luftstrom verglichen zu dem für den Kernverdichter annehmbaren Luftstrom. Daher ist eine weitere Bypass-Klappenöf fining während der Abbremsung des Triebwerkes oder plötzlichen Drosselbewegungen (throttle chops) ei-forderlich. Andererseits kann das Verhältnis

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des Trägheitsmoments zum verfügbaren Drehmoment für den Boosterrotor geringer sein als das gleiche Verhältnis für den Rotor des Kerntriebwerkes. Dann wird diese zusätzliche Fehlanpassung und die daraus resultierende Notwendigkeit zu einer zusätzlichen Öffnung der Bypass-Klappe während des Beschleunigungöbetriebes des Triebwerkes auftreten.

Da die Menge des Luftüberschusses sich mit der Drehzahl des Triebwerkes ändert und davon abhängt, ob das Triebwerk sich im Beschleunigungsbetrieb oder im Abbremsbetrieb befindet* ist es in höchstem Maße wünschenswert, daß ein für die Steuerung des Bypass-Ventils verwendetes System so beschaffen ist, daß es den Durchfluß durch das Ventil voll moduliert und auch noch auf einen ausgewählten Zustand der Beschleunigung oder Abbremsung des Triebwerkes so anspricht,daß es zusätzlichen Durchflußquerschnitt des Ventils zur Verfügung stellt.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein System zur Modulierung der Stellung eines Bypass-Ventils als Funktion des Luftstrombedarfs des Kernverdichters und in Abhängigkeit von ausgewählten, auf einfache Weise verfügbaren Betriebsparametern des Kerntriebwerkes zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes und zuverlässiges System zur Steuerung der Stellung von Bypass-Ventilen in einer Mehrfach-Rotormaschine als Funktion der Drehzahl des Rotors des Kerntriebwerkes, der Einlasstemperatur des Kerntriebwerkes und der Änderungsgeschwindigkeit dieser Größen zu schaffen.

Zusammengefaßt werden diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht in einer Anlage, beispielswiese einem Turbogebläsetriebwerk bestückt mit zwei unabhängig voneinander drehbaren Verdichterrotoren, die bezüglich der Strömung in Reihe hintereinander in einem gemeinsamen Ringkanal zur Verdichtung des durchfließenden Strömungsmittelstromes angeordnet

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sind. Hierzu wird mindestens ein Bypass-Kanal vorgesehen zur Ableitung des Strömungsmittels von einem Punkt zwischen den Verdichterrotoren, eine Einrichtung zur Änderung des Durchflußquerschnittes des Bypass-Kanals und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals für die Einrichtung zur Änderung des Durchflußquerschnittes als eine vorgegebene, programmierte Funktion ausgewählter Parameter des Betriebs des stro^mungabwärts gelegenen Verdichterrotors und zur Neueinstellung des programmierten Steuersignals zur Erhöhung des Strömungsquerschnittes des Bypass bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des strömungsabwärts gelegenen Verdichterrotors. In einer Ausführüngsform ergibt die programmierte Funktion vorzugsweise einen maximalen Bypass-Querschnitt beim Anlassen des Triebwerkes und dieser maximale Querschnitt ist so bemessen, daß er eine ausreichende Luftmenge an den Verdichter des Kerntriebwerkes abgibt, während des gegenläufigen Drehens des Gebläses im Luftstrom (reverse windmilling) (im "Fahrwind").

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Figur 1 zeigt einen Schnitt eines Turbogebläsetriebwerkes, welches eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems verwendet, das in Form eines Blockschaltbildes wiedergegeben ist.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Steuersystems nach Figur 1.

Figur 3 ist eine Kurvendarstellung eines beispielhaften Programms für den Verlauf des Strömungsquerschnittes des Bypass-Ventiles als Funktion der korrigierten Drehzahl des Kernrotors.

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Figur 1 zeigt ein Turbogebläsetriebwerk 10, das ein Kerntrieb_T werk 12 mit einer tragenden Struktur oder einem Gehäuse 14 umfaßt, das in das strömungsabwärts gelegene Ende eines ringförmigen Gebläsegehäuses 16 so hineinragt, daß im Zusammenwirken der beiden Elemente ein Auslaßkanal 18 zwischen beiden gebildet wird.

Das Kerntriebwerk 12 umfaßt einen Verdichter 20, einen Brenner und eine Turbine 24, die in Reihe bezüglich des Strömungsweges hintereinander längs einem ringförmigen Kanal 26 für das Kerntriebwerk angeordnet sind, das einen Einlaß 28 besitzt. Der Verdichter 20 und die Turbine 24 enthalten Rohrteile 30 bzw. 32, die miteinander verbunden sind und zusammen den Rotor 34 des Kerntriebwerkes definieren. ^

Ein Niederdruckrotor 36 ist in geeigneter Weise so an dem Gehäuse 14 befestigt, daß er sich unabhängig von dem Rotor 34 des Kerntriebwerkes drehen kann und enthält einen Gebläserotor 38 und einen Rotorteil 40 einer Niederdruckturbine 42. Der Gebläserotor 38 enthält eine Vielzahl von Gebläseschaufeln 44, die sich radial von ihm aus erstrecken und strömungsaufwärts von dem Einlaß 28 des Kanals für das Kerntriebwerk liegen. Außerdem enthält er -eine Vielzahl von Boosterstufen 46, die sich über den Kanal 26 für das Kerntriebwerk erstrecken zur Verdichtung der Luft vor der Abgabe an den Verdichter 20,

Die Bypass-Einrichtungen zur Umleitung der von den Booster-Stufen 46 verdichteten Luft vor der Abgabe an den Verdichter 20 sind allgemein mit der Bezugsziffer 48 bezeichnet und umfassen eine Vielzahl von Bypass-Kanälen 50 und Einrichtungen zur Änderung des Bypass-Durchflußquerschnittes derselben. Die Einrichtung zur Änderung des Durchflußquerschnittes enthält ein Ventilteil 52 zum Schließen und zur variierbaren Öffnung jedes Kanals 50 und eine geeignete Stelleinrichtung 54, um über geeignete Gestängeeinrichtungen 56 die Ventilteile 52 in ihrer Lage einzustellen.

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Die Abbildung und die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf Stelleinrichtungen 54, die durch ein Strömungsmittel betrieben werden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß ein Motor oder eine Schraubenbetätigungsklammer oder andere geeignete Krafterzeugungseinrichtungen wirksam verwendet werden können.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Änderung des Querschnittes des Bypass oder zur Steuerung der Lageeinstellung der Ventile 52 in Form eines Blockdiagramms 58, wobei diese Einrichtung die folgenden Elemente umfaßt: Einen Drehzahlmessfühler 60 zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit von der Drehzahl (N„) des Rotors 34 des Kerntriebwerkes, einen Temperaturmessfühler 62 zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit von der Temperatur (T₂) des von den Booster-Stufen 46 ausgestoßenen Strömungsmittels, eine Funktionsgeneratoreinrichtung 64 zur Programmierung des erwünschten Bypass-Querschnittes oder der erwünschten Stellung eines Ablassventils 52 als Funktion der korrigierten Drehzahl des Kerns oder anderer geeigneter Kombinationen der Drehzahl des Kernrotors und der Einlaßtemperatur.Außerdem enthält es einen Bremsungsmessfühler 66 zur Erzeugung eines Neueinstellungs- oder Rückstellungssignals (reset signal) bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit der korrigierten Kerndrehzahl oder, alternativ dazu, bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit der Lage eines Drosselsteuerhebels 68 für das Triebwerk. Außerdem besitzt es eine Summierungseinrichtung 70 zur Kombinierung des Ausgangssignals für die Neueinstellung von der Rückstelleinrichtung 66 und eines Rückkopplungssignals für die Lageeinstellung der Ventileinrichtung 48. Eine Summierungseinrichtung 72 dient zur Subtraktion des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 70 von dem Ausgangssignal des Funktionsgenerators 6#. Weiterhin besitzt es eine Servoeinrichtung 74 zur Steuerung der Stellung der Betätigungseinrichtung 54 und damit der Stellung der Ventilteile 52 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Summierungseinrichtung 72.

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Beim Betrieb errechnet die Funktionsgenerator-Einrichtung 64 die korrigierte Rotordrehzahl des Kerns unter Verwendung der Eingangssignale von den Messfühlern 60 und 62 und erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional ist einem vorgegebenen Programm des Verlaufs der erwünschten Stellung der Bypass-Klappe oder der erwünschten Größe des Bypassdurchfluß-Querschnittes in Abhängigkeit von der korrigierten Kernrotordrehzahl. Die Bypass-Servoeinrichtung 74 wird durch das Funktionsgeneratorsignal und das Lage-Rückkoppelungssignal betätigt und erzeugt ein geeignetes Signal in Form eines Druckes oder eines elektrischen Signals oder eines mechanischen Signals zum Antrieb des Betätigungsmechanismus oder Stellmechanismus 54.

Wenn das Triebwerk 10 abgebremst wird, wird es offensichtlich, daß sich die Drehzahl des Rotors 32 des Kerntriebwerkes infolge seines geringeren Trägheitsmomentes schneller verringert, als' die des Niederdruckrotors 36. Während dieser Betriebszustände kann sich die Differenz zwischen dem Ausgangsstrom der Booster-Stufen 46 und dem Luftstrombedarf des Verdichters 20 schnell erhöhen. Um während solcher Betriebszustände eine ausreichende Sicherheit gegen Abdrosselung der Booster-Stufen zu gewährleisten und gleichzeitig eine Steuerung der Bypass-Ventile 52 als ?Eunktion leicht verfügbarer Betriebsparameter des Kerntriebwerkes zu ermöglichen, erfassen die Rückstelleinrichtungen 66 die Änderungsgeschwindigkeit der Kerntriebwerksdrehzahl und erzeugen ein Rückstellsignal, das festgelegt oder variabel sein kann, entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des KernVerdichters oder des Kerntriebwerkrotors. Das Rückstellsignal wird dann an die Bypass-Servoeinrichtung 74 als ein Regelabweichungssignal der Lage über die Summierungseinrichtung 70 und 72 weitergegeben.

Obwohl die Rückstelleinrichtung 66 bequemerweise betrieben werden kann durch die Drehzahl- und Temperatursignale der Messfühler 60 und 62 können in wirksamer Weise andere leicht verfügbare Parameter verwendet werden, beispielsweise die Anderungsgeschwindigkeit

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der Lageeinstellung des Drosselhebels 68 für das Triebwerk, welche eine Fehlanpassung des Luftstromes zwischen den Niederdruckverdichtern und den Hochdruckverdichtern anzeigen.

In Figur 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgeraäßen Ventilsteuereinrichtung 58 schematisch dargestellt in Form einer verschiebbaren und drehbaren Welle 76. Der Temperaturmessfühler 62 ist in Form einer Balgeneinrichtung dargestellt, welche so angepaßt ist, daß sie entsprechend der Temperatur T„ der Luft am Einlaß zum Verdichter 20 die Welle 76 verschiebt. Die Drehzahlmessfühler-Einrichtung 60 ist in Form eines Fliehkraftreglers wiedergegeben, welcher die Welle 76 über eine geeignete Getriebeverbindung 78 entsprechend der Drehzahl des Kernrotors dreht. Die Funktionsgeneratoreinrichtung 64 ist dargestellt in Form einer dreidimensionalen Kurvenscheibe, deren Oberfläche in geeigneter Weise gestaltet ist, um die erwünschte Stellung der Bypass-Klappen 52 zu programmieren als eine vorgegebene Funktion der korrigierten Kerndrehzahl und außerdem ein Steuersignal über einen geeigneten Kurvenscheibenabnehmer 80 an die Bypass-Servoeinrichtung 74 abzugeben, welche in Form eines Pilotvent ils gezeigt ist (pilot valve). Das Pilotventil enthält Einlasse 82, die in Verbindung stehen mit einer Quelle für unter Druck stehendes Strömungsmittel und eine Rückleitung 84; es entspricht dem an sich bekannten Typ eines solchen Ventils und liefert Strömungsmittel-Drucksignale an die Kammern 86 und 88 des Stellmechanismus 54 über den Leitungen 90 und 92 entsprechend der Einstellung des Kurvenscheibenabnehmers 80 und eines VBrbindungsgestänges 94. Die Summierungseinrichtung 70 ist gezeigt als ein Gestänge 96, das an seinem Ende 98 schwenkbar mit einer Stange 100 eines RückstellbetätigungsmechanIsmus 102 verbunden ist. Der Steller 102 enthält weiterhin Voreinstellungseinrichtungen 101, um den Kolben 103 des Stellmechanismus und die Stange 100 in die Lage zu zwingen, welche einer Nicht-Rückstellung entspricht. Das Summierungsgestänge 96 ist außerdem zwischen den beiden Enden schwenkbar mit der Kolbenstange 104 des Betätigungsmechanismus 54 verbunden, um ein Rückkopplungssignal zu liefern, das der Einstellage der Bypass-Türen oder -Klappen 52 entspricht. Das Rückkopplungssignal wird dann an

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das Pilotventil 74 über die Gestängeteile 106,108 und 94 zugeführt.

Die Welle 76 kann mit einer zwieten Kurvenscheibe 110 in, oder alternativ, mit einer Kurvenscheibe 112 ausgestattet sein, die antriebsmäßig mit einem Drosselhebel 68 des Triebwerks verbunden ist zum Antrieb eines Gestänges 114 für einen Kurvenscheibenabnehmer und um der Rückstelleinrichtung 66 ein Eingangssignal zuzuführen, welches die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Kernverdichters oder des Kernrotors anzeigt.

Eine Quelle für unter Druck stehendes Strömungsmittel steht in Verbindung mit einem Ende des Stellteils 102 über eine Leitung und einer Düse 118 geeigneter Abmessung. Die Leitung 116 wird durch eine Öffnung 120 entlüftet. Ein Ventilteil 122 ist vorgesehen, um die Entlüftungsöffnung 120 zu öffnen und zu schließen und dadurch das unter Druck stehende Strömungsmittel entweder dem Stellteil 102 zuzuführen oder den Strömungsmitteldruck zu entspannen oder abzulassen.

Wenn das Ventilteil 122 in einer solchen Position ist, daß es die Belüftungsöffnung 120 öffnet, dann werden der Kolben 103 und die Stange 100 des Rückstellbetätigungsteils 102 in der Lage entsprechend der Nicht-Rückstellung gehalten (s. Figur 2) durch die Vorspannungseinrichtung 101. Wenn die Stange 100 diese Lage einnimmt, dann wird dadurch eine erste Lage gegeben für die Schwenkverbindung 98 zwischen der Stange 100 und dem Suramierungsgestänge 96, bei der die Bypass-Klappen einzig und allein in Abhängigkeit von der Kurvenscheibe 64 und dem Lagerückkopplungssignal gesteuert werden.

Wenn der Ventilteil 122 sich in eine Lage verschiebt, in der er die Belüftungsöffnung 120 verschließt, wird das unter Druck stehende Strömungsmittel in den Stellteil 102 geleitet und der Kolben 103 des Stellteils bewegt sich entgegen der Wirkung der Vorspannungseinrichtung 101 nach unten, entsprechend der Darstellung in Figur 2 und dadurch wird eine zweite oder Rückstelleinstellung für die Schwenkverbindung 98 hergestellt. Auf diese

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Weise wird ein Rückstellsignal erzeugt, das mit dem Rückkopplungssignal kombiniert und dem Pilotventil 74 über die Gestängeteile 106,108 und 94 zugeführt wird. In der Ausführungsform nach Figur ist das Pilotventil 74 so eingerichtet, daß es auf ein solches Rückstellsignal so reagiert, daß es sein Druckausgangssignal zum Betätigungsteil 54 so neu einstellt, daß die Kolbenstange 104 nach unten geschoben wird und dadurch die Bypass-Klappen 52 geöffnet werden oder der Strömungsquerschnitt des Bypass-Kanals um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird.

Für den Fall entsprechend Figur 1 wird jetzt die Einrichtung zur Erfassung der Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Kerntriebwerksrotors oder der Änderungsgeschwindigkeit der Lageeinstellung des Drosselhebels 68 des Triebwerks beschrieben. Dabei sei das Verhältnis von Trägheitsmoment und verfügbarem Drehmoment für den Niederdruckrotor 36 größer als fü» den Kerntriebwerksrotor 34 angenommen. Die Kurvenscheibe 110 oder 112 ist in geeigneter Weise gestaltet, sodaß sich der Kurvenscheibenabnehmer 114 in der bei 124 angezeigten Richtung bewegt infolge einer Verringerung der korrigierten Drehzahl des Kerns oder einer verminderten Einstellung des Drosselhebels 68. Das Ventilteil 122 ist schwenkbar wie bei 125 gezeigt, mit dem Gestänge für den Kurvenscheibenabnehmer über eine Stange 126 verbunden. Die Stange 126 trägt eine Steuer-

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Schiebekante 128. Diese ist in einem Zylinder 130 verschiebbar und wirkt so, daß sie den Strömungsquerschnitt einer Öffnung oder Düse 132 verändert. Im Innern des Zylinders 130 wird durch die Steuerschieberkante 128 "und einen im Abstand angebrachten Ausgleichskolben 136 eine Kammer 134 definiert. Die Mündung 132 verbindet die Kammer 134 mit einer Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel über einen Kanal 138 und eine Einlaßöfftiung 140 und ist über eine Auslaßleitung 142 und eine entsprechende Düse 144 entlüftet. Das Gestänge 114 des Kurvenscheibenabnehmers ist, wie bei 146 gezeigt, schwenkbar mit einer Stange 148 eines Kolbens 150 verbunden, der gleitend in einem Zylinder 152 angebracht ist und zusammen mit dem Zylinder eine Kammer 154 am stangenseitigen Ende und eine Kammer 156 definiert. Die Kammer 154 ist

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über einen Kanal 158 mit der Quelle für unter Druck stehendes Störaungsmittel verbunden und die Kammer 156 steht in Verbindung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Strömungsmittel über die Einlaßöffnung 140 und den Kanal 158.

Bei Abbremsung des Triebwerkes im Betrieb schwenkt der Kurvenscheibenabnehmer 114 um die momentan festgelegte Verbindung 146 in der bei 124 angedeuteten Richtung und verschiebt über die Verbindung 120 den Stab 126 in Schließrichtung bezüglich der Entlüftungsöffnung 120. Gleichzeitig bewegt sich die Steuerschieberkante 128 so, daß sie den Strömungsquerschnitt für die Öffnung vergrößert.

Die Kurvenscheibe 110 oder 112 ist in geeigneter Weise gestaltet, sodaß bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Kerntriebwerks die Stange 126 ausreichend verschoben

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wird um die Belüftungsöffnungvzu schließen. Daraufhin erhält der Rückstellmechanismus 102 Druck und das Pilotventil 74 öffnet weiterhin die Bypass-Klappe 52.

Wenn die Düse 132 geöffnet ist,, wird der Strömungsmitteldruck in dem Kanal 134 und damit der auf die Kolbenfläche 159 wirkende Druck verringert und bewirkt, daß sich der Kolben 150 und die Schwenkverbindung 146 in der bei 160 bezeichneten Richtung bewegen. Wenn bei einer solchen Bewegung nicht gleichzeitig eine weitere Abbremsung des Kerntriebwerkes mit einer ausreichenden Amplitude erfolgt, wird diese Bewegung die Belüftungsöffnung 120 öffnen und die Steuerschieberkante 128 in eine Stellung zurückführen, in welcher der Druck in dem Kanal 134 ausreicht, um den Kolben 150 im Gleichgewicht zu halten.

Während der Zeitperioden der Beschleunigung des Kerntriebwerkes wird der Stab 126 in einer Richtung verschoben, welcher einer Einengung der Querschnittsfläche der Mündung 132 entspricht und den Druck im Kanal 134 erhöht. Daraufhin bewegt sich der Kolben 150 in einer Richtung entgegengesetzt zu der bei 160 angedeuteten

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Richtung solange, bis die Düse 132 in eine Einstellung gebracht ist, in der ein Ausgleich des Kolbens 150 erfolgt. Die kombinierte Bewegung des Kurvenscheibenabnehmers 114, der sich entgegengesetzt zu der bei 124 angezeigten Richtung bewegt und der Stange 148, die sich entgegengesetzt zu der bei 160 angezeigten Richtung bewegt, führt zu einer Bewegung der Stange 126 in einer Richtung, welche die Belüftungsöffnung 120 offenhält. Es ist daher zu beachten, daß in der Ausführungsform nach Figur 2 die Rückstelleinrichtung 66 nur betriebsfähig ist,während der Perioden der Abbremsüng des Kerntriebwerks, Man wird jedoch erkennen, daß bei Anwendungen, in denen das Verhältnis des Trägheitsmoments zum Drehmoment für den Niederdruckrotor kleiner ist, als für den Rotor 34 des Kerntriebwerks, wie beispielsweise in einem Turbostrahltriebwerk mit zwei Rotoren, die Kurvenscheibe 110 oder so gestaltet werden kann, daß sie eine Bewegung des Kurvenscheibenabnehmers 114 in der bei 124 angezeigten Richtung während Zeitperioden der B_ßschleunigung des Triebwerkes bewirkt.

Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Programm für den Strömungsquerschnitt des Bypass-Kanals in Abhängigkeit von der korrigierten Kerndrehzahl und zwar mit und ohne Rückstellung. Vorzugsweise wird im Falle eines Turbogebläsetrxebwerkes nach Figur 1 wie in Figur 3 gezeigt der programmierte Bypass-Querschnitt ein Maximum W bei niedrigen korrigierten Kerndrehzahlen besitzen und sich mit

der Erhöhung der korrigierten Drehzahl des Kerns verringern.

Gleichzeitig wird der minimale Strömungsquerschnitt vorzugsweise so bemessen, daß er einen umgekehrten Strom ausreichender Größe von dem Kanal 18 zum Kernverdichter 20 gestattet, um ein zufriedenstellendes Anfahren des Triebwerkes zu ermöglichen, wenn der Rotor 36 durch Luftströmung in umgekehrter Richtung frei läuft, wie es beispielsweise bei einem ausreichenden Rückenwind bei Anwendungen für Luftfahrzeuge geschehen kann.

Durch die Rückstelleinrichtung 66 berücks^-ichtigt die erfindungsgemäße Anordnung das langsamere oder schnellere Ansprechen des

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Niederdruckrotors 36 relativ zum Kerntriebsrotor 34 und liefert dadurch zusätzlichen Strömungsquerschnitt für das Bypass-Ventil, um einer Erhöhung des Anteils der Booster-Strömung gerecht zu Werden,der im Überschuß ist zu der Strömung, welche der Kernverdichter handhaben kann und dadurch einen Rückdruck und eine Abdrosselung der Booster-Stufen zu verhindern.

In der vorstehenden Beschreibung ist die erfindungsgemäße Anordnung erläutert im Zusammenhang mit einem Turbogebläsetriebwerk mit zwei Rotoren und ist für diese besonders geeignet. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die erfindungsgemäße Anordnung wirksam angewendet werden kann für irgendein Triebwerkssystem mit mehrfachen Rotor, beispielsweise bei einem Turbostrahltriebwerk mit zwei Rotoren oder einem Turbogebläsetriebwerk mit drei Rotoren.

Da die erfindungsgemäBe Steuereinrichtung für den Bypass-Querschnitt so eingerichtet ist, daß sie Betriebsparameter des Kerntriebwerkes, verwendet und da die gleichen Parameter normalerweise zur Steuerung des BrennstoffZuflusses für das Triebwerk und/oder die variablen Statoren des Verdichters verwendet werden, erfordert die.vorliegende Steuereinrichtung keine Erhöhung bezüglich der Zahl und der Arten von Messfühlern am Triebwerk.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine vereinfachte und zuverlässige Einrichung zur Änderung oder Modulierung des Bypass-LuftStroms von einem Ort in dem Strömungsweg des Kerntriebwerkes liefert, welcher sich zwischen dem Kernverdichter und den Gebläsebooster-Stufen oder einem str£Lmungsabwärts gelegenen unabhängig drehbaren Verdichter befindet, und zwar als Funktion von auf leichte Weise verfügbaren Betriebsparametern des Kerntriebwerkes und in einer solchen Weise, daß die Auswirkungen auf den Sicherheitsfaktor des Triebwerkes gegen Abdrosselung und den Wirkungsgrad des Triebwerkes auf ein Minimum gebracht sind.

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In der Figur 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform schematisch dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die erfindungsgemäße Anordnung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise ist ersichtlich, daß die
Rückstelleinrichtung 66 und andere Elemente der Ventilsteuereinrichtung 58 in anderer Weise als in Figur 2 schematisch dargestellt und ausgeführt sein können, ohne den grundlegenden Erfindungsgedanken entsprechend dem Blockschaltbild der Figur 1 zu
verlassen.

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Claims

Patentansprüche

Steuereinrichtung für Bypass-Ventil in einer Anläge des Typs mit einer Gehäusestruktur, in der erste und zweite unabhängig voneinander drehbare Verdichterrotoren bezüglich der Strömungsrichtung in Reihe in einem geraeinsamen Kanal zur Verdichtung des zuströmenden Strömungsmittels angeordnet sind, wobei das Verhältnis von Trägheitsmoment und verfügbarem Drehmoment für einen Rotor größer ist als für den anderen Rotor und mindestens ein Bypass-Kanal durch das Gehäuse hindurch ausgebildet ist und in Verbindung steht mit diesem gemeinsamen Kanal an einem Punkt zwischen den Verdichterrotoren zum Bypass des Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet , daß es umfaßt:

eine Einrichtung (52) zur Änderung des StrömungSquerschnittes des Bypass-Kanals (50) und eine Einrichtung (58) zur Steuerung der Einrichtung (52) zur Änderung des Strömungsquerschnittes als vorgegebene programmierte Funktion ausgewählter Betriebsparameter des zweiten Verdiohterrotors, wobei die Steuereinrichtung Einrichtungen (66) besitzt, die auf mindestens ein Signal entsprechend der.Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des zweiten Verdichterrotors (30) zu einer Neueinstellung des vorgegebenen Programms ansprechbar ist, wodurch das Strömungsmittel, welches im Überschuß zu der Strömungsmittelmenge vorliegt, die der zweite Verdichterrotor handhaben kann, im Bypass ableitbar ist zur Verhinderung von Rückstau und Äbdrosselung des ersten Rotors_r
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgewählten Betriebsparameter des zweiten Verdichterrotors (30) die Temperatur des Strömungsmittels aus seinem Einlass und die Drehzahl des zweiten Verdichterrotors einschließt.

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3. System nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Rückstelleinrichtung (66) auf Signale anspricht, entsprechend der Temperatur (T„) des Strömungsmittels am Einlass des zweiten Vei'dichterrotors (30) und seiner Drehzahl <N^).
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es einen Drosselhebel (68) zur Handsteuerung der Anlage enthält und die Rückstelleinrichtung; (66) ansprechbar ist auf ein Signal, das der Änderungsgeschwindigkeit der Lageeinstellung des Drosselhebels (68) entspricht*
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Rückstelleinrichtung (66) ein Rückstellsignal entsprechend einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Abbremsung des zweiten Verdichterrotors (30) erzeugbar ist und daß die Einrichtung (58) zur Steuerung der Einrichtung (52) zur Änderung des Strömungsquerschnittes, weiterhin eine Messfühlereinrichtung (66) zur Erfassung der Drehzahl des zweiten Kompressorrotors und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals (N₀), eine Messfühlereinrichtung (62) zur Erfassung der Lufttemperatur am Einlass des zweiten Verdichterrotors und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals (Tg), eine Einrichtung (64), die auf die Temperatur und Drehzahlsignale anspricht zur Erzeugung eines Steuersignals entsprechend der vorgegebenen programmierten Funktion, eine Einrichtung (70) zur Erzeugung eines Rückkoppelungssignals entsprechend der Einstellung der Einrichtung zur Änderung des Strömungsquerschnittes und Einrichtungen (72,74), welche auf die Steuerrückkopplungs- und Rückstellsignale ansprechen zur Ansteuerung der Einrichtung (52) zur Änderung des Bypass-Querschnittes aufweist.

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6. System nach Anspruch 5, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Einrichung (52) zur Änderung ] des Strömungsquerschnittes einen Strömungsmittel-Stellmechanismus (54) besitzt und die auf Steuer-, Rückkopplungsund Rückstellsignale ansprechbare Einrichtungen (72,74) ein Pilotventil (74) umfaßt, durch das ein Strömungsmitteldrucksignal erzeugbar ist, entsprechend dem Steuersignal . und einer Kombination des Rückkopplungssignals und des Rückstellsignals.
7. Turbogebläsetriebwerk, umfassend ein Kerntriebwerk mit einem Verdichter, einem Brenner und einer ersten in Reihe in Strömungsrichtung gesehen in einem ringförmigen Strömungskanal des Kerntriebwerkes angeordneten Turbine, ein Gehäuse für das Kerntriebwerk, ein ringförmiges Gebläsegehäuse, das einen Gebläsekanal definiert, wobei das KerntriebwerkSgehäuse in das Gebläsegehäuse hineinragt und diese beiden einen allgemein ringförmigen Kanalteil definieren, eine zweite Turbine, die strömungsabwärts von der ersten Turbine angeordnet ist und sich unabhängig von ihr drehen kann und antriebsmäßig mit einem Gebläserotor verbunden ist, der strömungsaufwärts von dem Kernverdichter angeordnet ist, wobei

'das Gebläse mindestens eine Stufe von Laufschaufeln besitzt, die allgemein radial in den Gebläsekanal hineinragen zur Verdichtung des durchfließenden Luftstroms und mindestens eine Booster-Stufe von Laufschaufeln in dem Inneren des Strömungskanals für das Kerntriebwerk strömungsaufwärts von dem Kernverdichter angebracht sind,zur weiteren Verdichtung eines Teils des Luftstroms zur Abgabe an den Kernverdichter, mindestens einen durch das Gehäuse des Kerntriebwerkes ausgebildeten Bypass-Kanal, der an einem Punkt zwischen der Booster-Stufe und dem Kernverdichter den Kerntriebwerkskanal mit dem Ringkanalteil in Strömungsmittelverbindung setzt, dadurch gekennzeichnet , daß es umfaßt: Einrichtungen (52) zur Änderung des Strömungsquerschnittes der Bypass-Kanäle und Einrichtungen (58) zur Erzeugung

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eines Steuersignals für die Einrichtung (52) zur Änderung des Strömungsquerschnittes entsprechend einer vorgegebenen programmierten Funktion der korrigierten Drehzahl des Kerntriebwerkes (12) und zur Neueinstellung dieses Signals bei einer vorgegebenen Geschwindigkeitsänderung der korrigierten Drehzahl des Kerns und dadurch zu einer Verhinderung des Überdruckes auf die Booster-Stufen durch Ableitung der Luft, die im Überschuß zu dem Bedarf des Kernverdichters (20) vorhanden ist.
8. Triebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das vorgegebene Programm eingerichtet ist zur Erzeugung eines maximalen Strömungsquerschnittes des Bypass bei korrigierten Drehzahlen des Kerns, welche dem Anfahren und dem Leerlauf des Turbegebläsetirebwerks ent-Sorechen.
9. Triebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der maximale Strömungsquerschnitt des Bypass-Kanals so bemessen ist, daß ein hinreichender Luftstrom zum Starten des Kerntriebwerkes während eines Zustandes mit gegenläufiger, durch Luftstrom verursachter Drehung des Gebläserotors geleitet wird.
10. Triebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Rückstelleinrichtungen (60) zur Erfassung der Drehzahl des Kernverdichters und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals (N„), Einrichtungen (62) zur Erfassung der Temperatur der Luft am Einlaß des Kernverdichters und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals (T„) umfaßt, sowie Einrichtungen (64), durch die in Abhängigkeit von den Drehzahl- und dem Temperatursignal ein Signal entsprechend der vorgegebwenen programmierten Funktion erzeugbar ist, eine Einrichtung (70) zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals eintsprechend der Stellung der Einrichtung zur Änderung des Strömungsquerschnittes des Bypass, eine Rückstelleinrichtung (66) zur Erzeugung eines Signals entsprechend einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit

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der korrigierten Drehzahl des Kerns und einer Einrichtung (72), die auf die programmierten Rtickkopplunfrs- und Rückstellsifrnale zur Erzeugung und Rückstellung des Steuersignales" anspricht.

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