CH245483A - Einrichtung zum Regeln von Axialgebläsen mit verstellbaren Laufschaufeln. - Google Patents

Description

  Einrichtung zum Regeln von     Axialgebläsen    mit verstellbaren Laufschaufeln.    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung  zum     Regeln    von     Agialgebläsen    mit verstell  baren Laufschaufeln.  



  Erleidet die     Fördermenge    von     Agial-          gebläsen    grössere     Schwankungen,    so stellt  bekanntlich die     Verstellbarkeit    der Lauf  schaufeln eine gute Reguliermöglichkeit dar.

    Das     Bedürfnis    nach dieser stellt sich in  einem solchen Falle ein,     weil    bei wechselnder  Fördermenge das in den     Gebläsestufen    er  zeugbare Druckverhältnis mit     abnehmendem     Durchsatz bis zu einem     Höchstwert    ansteigt  und dann bei weiterem     Absinken    der Durch  trittsgeschwindigkeit einen     raschen    Abfall  infolge     Abreissens    der Strömung an der Nabe       (Pümpgrenze)    erfährt. Der     Betriebsbereich     muss auf alle Fälle oberhalb dieser Grenze  bleiben.

   Hat nun ein Gebläse     in    einem gro  ssen     R-#reich    zu arbeiten, und     sind    die Lauf  schaufeln nicht verstellbar, so lässt sich bei  den hohen Durchsätzen je Stufe nur eine ver  hältnismässig kleine     Druckerhöhung    erzeugen,  was sich häufig sehr nachteilig     auswirkt.     Besonders bei Triebwerken zum     Antrieb    von    Flugzeugen     führt    dieses Verhalten der     Agial-          gebläse    mit nicht verstellbaren Laufschau  feln zu grossen     Schwierigkeiten.     



       Will    man     in.        Agialgebläsen    bei schwan  kenden Fördermengen über     einen    grösseren  Bereich     annehmbare        Druekverhältnisse    er  zeugen, so lässt sich somit das Vorsehen ver  stellbarer Laufschaufeln nicht vermeiden.

    Solche     Schaufeln    erlauben den     Anstellwinkel          zwischen    resultierender     Anströmgeschwin-          digkeit    und     Sohaufelprofil-Bezugslinie    an  der Nabe, welcher     massgebend    für das je  weils     erzeugbare        Druckverhältnis        ist,    zu ver  ändern.     Übersehreitet    dieser     Anstellwinkel     einen bestimmten Höchstwert, so reisst die  Strömung an .der Nabe ab.

   Das grösste     Druck-          verhältnis    lässt sich erreichen,     wenn,    sich der       Anstellwinkel    diesem Maximalwert     annähert.     Es hat sich gezeigt, dass .die Anpassungs  fähigkeit an die jeweilige Fördermenge genü  gend     ist,    wenn lediglich die Laufschaufeln       verstellt    werden, weshalb davon abgesehen  werden     kann,    auch die Leitschaufeln verstell  bar einzubauen.

        Zweck der Erfindung ist nun, eine     Ein-          r        'htung    der     eingang    erwähnten       te.        's    Art zu  schaffen, welche obigen Erkenntnissen Rech  nung zu tragen gestattet.

   Zu .diesem Behufe  ist bei der Einrichtung gemäss der Erfin  dung als Impulsgeber der Regulierung min  destens ein mit dem Läufer des Axia,l  gebläses umlaufendes, strömungsempfind  liches Organ vorgesehen, das die Richtung  der aus Umfangsgeschwindigkeit .des Läu  fers und axialer Eintrittsgeschwindigkeit     des          Fördermittels    resultierenden Geschwindig  keit ermittelt und unter Zwischenschaltung  eines Servomotors den     Anstellwinkel    der  Laufschaufeln so regelt, dass ständig das  höchstmögliche     Druckverhältnis    erreicht  wird.

   Zweckmässig kann dabei der Servo  motor auf ein     Verstellorgan    einwirken, das  koaxial im Läufer verschiebbar angeordnet  und über kinematische Zwischenglieder mit  den Schaufelfüssen so verbunden ist, dass bei  einer axialen Verschiebung dieses     Verstell-          organes    eine Drehung der Laufschaufeln er  folgt.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine  beispielsweise     Ausführungsform    der Erfin  dung veranschaulicht,     und    zwar     zeigt:          Fig.    1 einen axialen Längsschnitt durch  den     vordern    Teil einer     Rückstossantriebsvor-          richtung    für ein Flugzeug, die ein mit der       erfindungsgemässenRegelungsvorrichtung    aus  gestattetes     Axialgebläse    aufweist,       Fig.    2 einen     Schnitt    nach     .der    Linie     11-II     der     Fig.    1,

         Fig.    3 einen Teil eines in .die Zeichnungs  ebene abgewickelten     Schnittes    nach der Linie       III-III    der     Fig.    1, und       Fig.    4 zeigt in einem der     Fig.    3 entspre  chenden     Schnitt    eine Abänderung einer Ein  zelheit.  



  In den Figuren bezeichnet 1 den     Eintritts-          diffusor    der     Rückstossantriebsvorrichtung    für  ein     Flugzeug,    das sich in Richtung des Pfeils  A     fortbewegt.    Ferner bezeichnet 2 den als       Trommel    ausgebildeten     Läufer    eines Axial  gebläses, der drehfest mit der Welle 3 einer  als Turbine 4 ausgebildeten     Antriebsmaschine     gekuppelt ist. Die Leitschaufeln des Axial-         gebläses    2 sind mit 5 und dessen Laufschau  feln mit 6 bezeichnet. Jeder Laufschaufel  fuss 7 ist mit einem Zapfen 10 versehen, an  welchem ein     Pleuel    11 eingreift.

   Im     andern     Ende jedes     Pleuels    11 ist ein Zapfen 12 ge  lagert, der mit einem längs der einen Seite  kerbverzahnten Gleitstück 13 verbunden ist.  Die     Gleitstücke    13 der in axialer     Richtung     in einer Flucht liegenden Laufschaufeln 6  sind in eine gemeinsame Längsnut 14 eines  im Trommelläufer 2 axial verschiebbaren, als       zylindrrisehe    Hülse 15 ausgebildeten     Ver-          stellorga.nes    eingelegt. In jede     Längsnut    14  ist noch eine auf einer Seite verzahnte, mit  Keilbahnen versehene Schiene 16     (Fig.    2  und 3) eingelegt.

   Diese kann, nach Einstel  lung der zugeordneten Laufschaufeln 6 in  die richtige relative Lage zur     Verstellhülse     15, vom einen Ende der letzteren aus mittels  einer mit Gegenkeilen versehenen Längs  schiene 17 gegen die Verzahnungen der     Gleit-          stücke    13 gepresst werden. Auf diese Weise  lassen sich die     Gleitstücke    13 relativ zur       Verstellhülse    15 festhalten, so dass einer be  stimmten Längsverschiebung der Verstell  hülse 15 eine bestimmte Drehung der Lauf  schaufeln 6 entspricht.

   Wie in     Fig.    3 ge  zeigt, können die Abmessungen der     Pleuel    11  und ihre Angriffsstellen 10 an den Schaufel  füssen 7 für jede     Gebläsestufe    verschieden  sein, so dass das Verhältnis von axialer Ver  schiebung der     Verstellhülse    15 zum Dreh  winkel der Laufschaufeln 6 von Stufe zu  Stufe verschieden ist.  



  Die     Verstellhülse    15 bildet ein Stück  mit dem Zylinder 18 eines     hydraulisch    be  tätigten     Servomotors,    dessen Kolben mit 19  bezeichnet ist. Der     Servomotorzylinder    18  ist axial verschiebbar auf dem Kolben 19,  rotiert mit dem Läufer 2 und ist mit einer       Ausflussöffnung    20 versehen, durch die       Druckflüssigkeit    aus dem Raum 27 rechts  des Kolbens 19 in einen Raum 23 im Innern  des Trommelläufers 2 überfliessen kann.

   Der       Servomotorkolben    19. der ebenfalls mit dem  Läufer 2     mitrotiert,    ist dagegen axial fest  stehend. 21 bezeichnet eine in diesem Kol  ben 19 vorgesehene     Durchflussöffnung,durch         welche der     Raum    26 links des Kolbens 19  mit dem     Raum    27 rechts -davon     verbunden     ist und welche auf die     durchfliessende    Druck  flüssigkeit     eine        Drosselwirkung    ausübt. 22  bezeichnet eine mit dem Trommelläufer mit  rotierende Ölpumpe, die mit einem     Ritzel    22'  versehen ist.

   Letzteres rollt auf einem fest  mit dem Lager 22s für die Antriebswelle 3  verbundenen Zahnkranz 222 ab. Die Pumpe  22 saugt 01     aus    dem Raum 23 im     Innern    des  Trommelläufers 2 durch einen Kanal 24 in  der Kolbenstange 19' und durch eine Leitung  241 an und fördert dieses '01, nachdem es auf  einen höheren Druck gebracht worden ist,  durch eine Leitung 25' und     einen    zweiten  Kanal 25 in der     Kolbenstange    19' in den  Raum 26 links des     Servomotorkolbens    19.  Der Raum 26     steht,    wie ;schon     erwähnt,     durch die Öffnung 21 mit dem Raum 27  rechts des Kolbens 19 in Verbindung.

   Der  Ausfluss von Drucköl aus diesem Raum 27  durch die Öffnung 20 wird von einem dreh  bar angeordneten     Fähnchen    28 beherrscht,  das vor dem ersten Kranz von Laufschau  feln 6 angeordnet     ist    und mit dem Läufer 2  umläuft. Die     Achse    des Fähnchens 28 ist  am untern Ende mit einer exzentrischen  Scheibe 29 versehen, welche     entsprechend    der       Fähnchenstellung    die     Ausflussöffnung    20  mehr oder weniger abdeckt.

   Dieses Fähnchen  28 stellt sich ständig in die Richtung der  Geschwindigkeit     ein,    die aus Umfangsge  schwindigkeit des Läufers 2 und axialer       Eintrittsgeschwindigkeit    des     Fördermittels     in den     unmittelbar    folgenden Laufschaufel  kranz     resultiert,    so dass es als Impulsgeber  für die angestrebte Regelung des Gebläses  durch Verstellen der Laufschaufeln in Ab  hängigkeit von der Fördermenge dienen kann.

    Bei einer     bestimmten    Abdeckung der Aus  flussöffnung 20 durch die exzentrische     Fähn-          chenscheibe    29     sind    die Druckkräfte beid  seitig des     Servomotorkolbens    19 im Gleich  gewicht.

       Entspricht    dagegen das in den     Ge-          bläsestufen        erzeugte    Druckverhältnis     nicht     dem     höchstmöglichen,    so wird- so lange     eine     axiale Verschiebung des     Servomotorzylinders     18 und damit der     Verstellhülse    15 veran-         lasst,    bis wieder das     Gleichgewicht        zwischen     den     Druckkräften    zu beiden Seiten des     Servo-          motorkolbens    19 hergestellt ist.

   Die axialen  Bewegungen der     Verstellhülse    15 folgen den  Bewegungen des als Impulsgeber wirkenden  Fähnchens 28 auf dem Fuss, wobei die     rück-          wirkenden    Kräfte auf dieses Fähnchen nur  gering     sind,    so dass es sich klein und leicht  (kleines     Deviationsmoment)    bauen lässt.

   Da  bei treten bei     raschen        Bewegungen    der     Fähn-          chenscheibe    29 infolge der Zähigkeit des Öls  dämpfende Kräfte auf, welche ein Flattern  des Fähnchens 28     verhindern.    Jeder     Fähn-          chenstellung    ist somit     eine        bestimmte    Stel  lung des     Servomotorzylinders    18 und damit  auch der Laufschaufeln 6 zugeordnet.  



  Die     in,    den     Fig.    1 bis 3 gezeigte Rege  lungsvorrichtung weist noch eine     1=Tberdreh-          zahlsicherung    in Form eines Fliehpendels 40  auf. Dieses Pendel erhält seinen Antrieb  über ein     Kegelrädergetriebe    41 und eine  Welle 42 vom Trommelläufer 2.

   Wird beim  Erreichen des maximal möglichen     Anstell-          winkels    der Laufschaufeln 6 oder bei Ver  sagen der     Verstellmittel    die     höchstzulässige          Gebläsedrehzahl    überschritten, so verstellt  das Fliehpendel 40 ein Ventil 43, das den       Zufluss    des von einer Pumpe 44 aus einem  Behälter 45 in eine der Turbine 4 vorge  schaltete     Brennkammer    46 beherrscht,     in     schliessendem     Sinne,    so dass dann die Lei  stungsabgabe der das Gebläse antreibenden  Turbine 4 herabgesetzt wird.  



  In     Fig.    4 ist eine     zweite    Ausführungs  form der kinematischen Zwischenglieder ge  zeigt, welche eine Wirkungsverbindung zwi  schen dem als zylindrische Hülse ausgebil  deten     Verstellorgan    und den Füssen -der Lauf  schaufeln herstellen. In dieser Figur bezeich  net 30 die Schaufelfüsse, .die in einer Ebene  senkrecht zur     Drehaxe    der zugeordneten  Schaufeln mit einer     Verzahnung    31 versehen  sind.

   In die Verzahnungen 31 der Lauf  schaufeln der     verschiedenen    Stufen, die in  der axialen Richtung des Gebläses in einer  Flucht gelegen sind, greift eine     gemeinsame     Zahnstange 32 ein, welche in einer zugeord  neten Nut der     Verstellhülse    geführt     ist    und      sich mittels einer Keilschiene 33 gegen die  Verzahnungen 31 drücken lässt, sobald die  Laufschaufeln in die richtige relative Lage  zur     Verstellhülse    ,gebracht worden sind. Da  durch werden auch in diesem Falle die Lauf  schaufeln in der richtigen relativen Lage zur       Verstellhülse    festgehalten, wobei bei. einer  Längsverschiebung der letzteren eine ent  sprechende Drehung der Laufschaufeln er  folgt.

   Wie in     Fig.    4     gezeigt,    sind die Über  setzungen der Verzahnungen 31 von Stufe  zu Stufe verschieden, so dass das Verhältnis  von axialer Verschiebung der     Verstellhülse     zum Drehwinkel der Schaufeln von Stufe zu  Stufe verschieden ist.    Um ein allfälliges Flattern des Fähn  chens zu verhindern, kann dasselbe mit einer       Dämpfungseinrichtung    versehen werden.  



  Der Servomotor, durch den die Verstell  hülse axial verschoben wird, kann grund  sätzlich hydraulisch, elektrisch oder     pneu-          matiseh    betätigt werden und ist so zu be  messen, dass .er für jedes Betriebsverhältnis  die benötigte     Leistung        aufbringt.    Bei elek  trisch betätigtem Servomotor kann das Fähn  chen diesen mittels Kontakten steuern.  



  Erforderlichenfalls können mehrere als  Impulsgeber dienende Fähnchen am gleichen  Läufer angebracht sein. Die Erfindung lässt  sich grundsätzlich auch anwenden, wenn     der     Läufer in     Scheibenbauart    ausgebildet ist. In  diesem Falle können axial verschiebbare  Stangen als     Verstellorgane    vorgesehen wer  den, wobei die Anordnung so getroffen sein       kann,

      dass die     Verstellstangen    in entsprechen  den Bohrungen der Läuferscheiben geführt       sind.    In Übereinstimmung mit einer der oben  beschriebenen Ausführungsformen lassen sich  die kinematischen Zwischenglieder zwischen       denVerstellstangen    und Schaufelfüssen auch in  diesem Falle als     Pleuel    ausbilden, und am       einen        Ende    dieser     Pleuel    kann wiederum ein  mit einem Gleitstück versehener Zapfen ge  lagert sein.

   Die verschiedenen verzahnten  Gleitstücke können längs der     Verstellstan-          gen    verschiebbar angeordnet sein und     sieb,     nach Einstellung der Laufschaufeln in die    richtige relative Lage zu den     Verstellstangen.     gegen entsprechende Verzahnungen an den       Verstellstangen    pressen lassen, so dass sie  dann relativ zu den     Verstellstangen    fest  gehalten werden und daher einer bestimmtem       Lä.ngsversehiebung    der     Verstellstangen    eine  bestimmte Drehung der Schaufeln entspricht.

    Dabei können die Abmessungen der     P1eue1     und ihre Angriffsstellen an den Schaufel  füssen für jede Stufe verschieden sein, so       da.ss    das Verhältnis von axialer Verschiebung  der     Verstellstangen    zum Drehwinkel der  Schaufeln von Stufe zu     Stufe    verschieden ist.    Bei einem in Scheibenbauart     ausgebildeten     Läufer und falls die Schaufelfüsse verzahnt  sind, kann sich das     Verstellorgan    aus Zahn  stangen aufbauen, mit denen die Schaufel  füsse im Eingriff stehen.

   Diese Zahnstangen  können in entsprechenden Bohrungen der  Läuferscheiben     axial    geführt sein und im  weiteren können die Übersetzungen der Ver  zahnungen von Stufe zu Stufe verschieden  sein, so dass das Verhältnis von axialer Ver  schiebung der Zahnstangen zum Drehwinkel  der Schaufeln von Stufe zu Stufe verschie  den ist.  



  Als Impulsgeber der Regulierung lassen  sich an Stelle von Fähnchen auch mit dem  Läufer umlaufende, auf Membranen wir  kende,     richtungsempfindliehe    Staurohre, die  als Kugel- oder     Zylinderstaurohre    ausgebil  det sein können, verwenden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Regeln von Axialgeblä- sen mit. verstellbaren Laufschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass als Impulsgeber der Re gulierung mindestens ein mit dem Läufer umlaufendes, strömungsempfindliches Organ vorgesehen ist, das die Richtung der aus Um fangsgeschwindigkeit des Läufers und axialer Eintrittsgeschwindigkeit des Fördermittels resultierenden Geschwindigkeit ermittelt und unter Zwischenschaltung eines Servomotors den Anstellwinkel der Laufschaufeln so regelt, dass ständig das höchstmögliche Druckverhältnis erreicht wird.

   <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das strömungs- empfindliche Organ als Fähnchen ausgebil det ist. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das strömungs empfindliche Organ als ein, auf eine Mem brane wirkendes, richtungsempfindliches Staurohr ausgebildet ist.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Servomotor auf ein Vers.tellorgan einwirkt, das koaxial im Läufer verschiebbar angeordnet und über kinematische Zwischenglieder mit den Schau felfüssen so verbunden ist, dass bei einer axialen Verschiebung .dieses Verstellorganes eine Drehung der Laufschaufeln erfolgt.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem als Trommel ausgebildeten Läufer axial verschiebbare Verstellorgan als zylindrische Hülse ausgebildet ist,

   ferner die kinematischen Zwischenglieder zwischen die ser Verstellhülse und den Schaufelfüssen als Pleuel ausgebildet sind und im einen Ende jeder dieser Pleuel ein mit einem Gleitstück versehener Zapfen gelagert ist,

   wobei die auf einer Seite verzahnten Gleitstücke in Längs nuten der Verstellhülse verschiebbar angeord net sind und sich nach. Einstellung der Laufschaufeln in die richtige relative Lage zur Verstellhülse mittels Keilschienen gegen Verzahnungen in weiteren Schienen pressen lassen und damit relativ zur Verstellhülse festgehalten werden, so dass einer bestimmten Längsverschiebung der Hülse eine bestimmte Drehung der Schaufeln entspricht.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit dem in Scheibenbau art ausgebildeten Läufer axial verschiebbare Stangen als Verstellorgan vorgesehen sind, die in Bohrungen .der Läuferscheiben geführt sind, ferner die kinematischen Zwischen glieder zwischen den Verstellstangen und den Schaufelfüssen als Pleuel ausgebildet sind und im einen Ende jeder dieser Pleuel ein mit einem Gleitstück versehener Zapfen ge lagert ist,

   wobei die verzahnten Gleitstücke längs der Verstellstangen verschiebbar an geordnet sind und sich, nach Einstellung der Laufschaufeln in die richtige relative Lage zu den Verstellstangen, gegen Verzahnungen an den Verstellstangen pressen lassen, so dass sie dann relativ zu den Verstellstangen fest gehalten werden und einer bestimmten Längsverschiebung -der Verstellstangen eine bestimmte Drehung der Schaufeln entspricht. 6.

   Einrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 3 und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Abmessungen der Pleuel und ihre Angriffsstellen an den Schaufelfüssen für jede Stufe verschieden sind, so dass das Verhältnis von axialer Ver schiebung des Verstellorganes zum Dreh winkel der Schaufeln von Stufe zu Stufe verschieden ist.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfüsse verzahnt sind und mit Zahnstangen im Eingriff stehen, die an dem in einem als Trommel ausgebildeten Läufer axial verschiebbaren, als zylindrische Hülse ausgebildeten Verstellorgan befestigt sind, und dass sich die Zahnstangen mittels Keil schienen gegen die Schaufelfussverzahnungen pressen lassen,

   so dass die Schaufeln in der richtigen relativen Lage zur Verstellhülse festgehalten werden und bei einer Längsver schiebung der Hülse eine entsprechende Dre hung der Laufschaufeln erfolgt. B. Einrichtung nach Patentanspruch und Lnteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfüsse verzahnt sind und mit dem aus Zahnstangen sich aufbauenden V er- stellorgan im Eingriff stehen, wobei diese Zahnstangen in Bohrungen des in Scheiben bauart ausgebildeten Läufers axial verschieb bar ,geführt sind. 9.

   Einrichtung nachPatentanspruch und den Unteransprüchen 3 und 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Übersetzungen der Verzah nungen von Stufe zu Stufe verschieden sind, so dass das Verhältnis von axialer Verschie bung des Verstellorganes zum Drehwinkel der Schaufeln von Stufe zu Stufe verschie den ist. 10.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Läufer mitrotierender, axial verschiebbarer Zylinder des hydraulisch be tätigten Servomotors mit dem Verstellorgan starr verbunden- und mit einer Ausflussöff- nung für das Druckmittel versehen ist, welche vom strömungsempfindlichen Organ gesteuert wird, wobei bei einer bestimmten Abdeckung dieser Offnung die Druckkräfte beidseitig des axial feststehenden,

   mitrotie- renden und mit einer Durchflussöffnung ver- sehenen Servomotorkolbens im Gleichgewicht sind und demgemäss jeder Stellung des Im pulsgebers eine bestimmte Stellung des Servo- motorzylinders zugeordnet ist.

   11. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch ä, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber mittels Kontakten einen elektrisch betätigten Servomotor steuert, wel cher seinerseits das Verstellorgan betätigt. 12.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da-ss beim Erreichen des maximal möglichen Anstellwinkels der Laufschaufeln oder beim Versagen der Ver- stellmittel eine L berdrehzahlsicherung in Form eines Fliehpendels bei Überschreiten der höchstzulässigen Gebläsedrehzahl die Leistung der Antriebsmaschine des Ge bläses herabsetzt. 1.3. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet.

   da.ss in Verbindung mit denn als Impulsgeber dienenden Fähnchen eine zur Dämpfung all fällig auftretender Flatterbewegungen dieses Fähnchens dienende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.