CH311920A - Druckluftturbine. - Google Patents

Description

      Druckluftturbine.       Gegenstand der vorliegenden Erfindung  ist eine     druckluftbetriebene    Turbine. Solche  Turbinen können zum Beispiel mit Pumpen  gekuppelt sein und zusammen mit diesen     in-          eine    zu fördernde, z. B. flüchtige Flüssigkeit  getaucht werden.  



  Der Zweck der Erfindung liegt in der  Schaffung einer Turbine der genannten Art,  die einen Regler aufweist, der es ermöglicht,  die Drehzahl der Turbine annähernd konstant  zu halten.  



  Die     erfindungsgemässe        druckluftbetriebene     Turbine besitzt einen     Zentrifugalregler,    der  ein axial bewegliches Steuerorgan zur Steue  rung der Zufuhr -von Druckluft zur Turbine  aufweist, eine     Betätigungsstange    für das  Steuerorgan, welche längs der Drehachse des  Turbinenrotors beweglich ist, sowie     minde-          stens    ein     Zentrifugalreglergewicht,    welches  dazu bestimmt ist, zwecks Betätigung des  Steuerorgans die Betätigungsstange axial zu  bewegen.  



  Zweckmässig ist das Steuerorgan ein Kol  benschieber, der in einem axial verlaufenden  Teil der     Einlassleitimg    für die Antriebsluft  der Turbine arbeitet und zum Zusammenwir  ken, mit einer oder mehreren     Öffnungen    in  der Umfangswand dieses Leitungsteils be  stimmt ist.  



  Das oder die     Reglergewichte    können von  Winkelhebeln gebildet     sein,    die von einem  Träger getragen werden, der zusammen mit    dem Turbinenrotor um die-     Axe    des letzteren  dreht. Die Winkelhebel sind in diesem Fall       zweckmässig    um eine     tangential    zur Umfangs  richtung verlaufende     Axe    drehbar im Träger  gelagert, wobei ein Arm des     Winkelhebels     mehr oder weniger in Richtung der Dreh  achse des Turbinenrotors verläuft und ein       Reglergewicht    bildet,

   während sein anderer  Arm     mehr    oder weniger radial einwärts ragt  und mit der     BetätigL.tngsstange    in     Eingriff    ist.  



  Zweckmässig sind die     Reglergewichte    auf  der einen Stirnseite des     Turbinenrotors    an  geordnet, während das Steuerorgan auf der  andern     Rotorstirnseite    liegt.  



  Die Betätigungsstange kann zweiteilig  sein, wobei der eine Stangenteil mit dem  Turbinenrotor und dem Träger des Regler  gewichtes dreht, während der andere Stangen  teil am Steuerorgan     befestigt    und gegen Dre  hen gesichert ist.     Zwischen    den beiden Stan  genteilen ist in diesem Fall zweckmässig ein  Längslager, z. B. ein Kugel- oder Rollenlager,  angeordnet.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    der erfindungs  gemässen     Turbine    und eine Variante derselben  sind in der beiliegenden     Zeichnung    darge  stellt; es zeigt:       Fig.l.    in Seitenansicht eine aus Turbine  und Pumpe gebildete Vorrichtung, die zum  Eintauchen in einen     Flugzeug-Brennstoff-          tank    bestimmt ist,           Fig.    2 eine Draufsicht der Vorrichtung,  .

       Fig.    3     einen    Längsschnitt durch die Tur  bine und einen Teil der Pumpe der Vorrich  tung,       Fig.4    einen Schnitt nach der Linie     4-4.     in     Fig.    3 und       Fig.5    im Längsschnitt einen Teil einer  Variante der aus Turbine und Pumpe gebil  deten Vorrichtung.  



  Die beim gezeichneten Beispiel vorgese  hene Pumpe 90 ist von der im Schweizer  Patent     1\Tr.293230    beschriebenen Bauart, ist  jedoch gegenüber der dort in     Fig.3    gezeigten       Ausführung    etwas modifiziert. Die     Turbine     100 ersetzt den in der     Vorrichtung    gemäss  dem     vorgenannten    Schweizer Patent vorgese  henen Elektromotor und dient dem Antrieb  der Pumpenwelle 14.     Zwischen    der Pumpen  welle und der Turbine sind Zahnräder 52, 56  vorgesehen. Die Drehachse der Turbine     liegt     normalerweise horizontal.

   Die Turbine besitzt  zwei Stufen und ist eine     Axialströmungs-          Luftturbine,    durch welche die Luft gegen die       Pampe    hin strömt. Die Luft strömt vom     An--          schliissstück    112 -     (Fig.1    und 2) her     durch     eine     Eintiittsleitimg    101     und'    gelangt durch       Einlassöffnungen    102 in einen konischen Ring  raum 103, der zu einer Leitvorrichtung 104  führt.

   Die aus der Leitvorrichtung 104 kom  mende Luft strömt durch die durch zwei  Kränze von     Rotorsehaufeln    105, 106     und    einen  Kranz von     Statorschaiüeln    107 gebildeten  Kanäle zum     Auslass   <B>108;</B> dann gelangt die       Luft    durch einen rund um die Turbinen  aussenseite verlaufenden Ringraum 109 in  eine     Auslassleitung    110, welche die     Einlass-          leitung    101 umgibt.  



  Der Turbinenrotor 115 sitzt auf dem einen  Ende einer Welle 116, während auf     dein        an-          Bern    Ende der Welle 116 ein Zahnrad 52  sitzt. Die Welle 116 ist in einem Kugellager  117 und einem Rollenlager 118 gelagert.  



  An der     Rotorwelle    116 ist zwischen dem  Zahnrad 52 und dem Lager 117 ein     ringför-          c    uriges Gehäuse 120 befestigt, -das mit Lagern  für zwei einander diametral gegenüberlie  gende     Winkelhebel    121 versehen ist. Jeder die  ser Hebel 121 ist -um eine Achse 122 drehbar,    die sich     tangential    zur     Umfangsrichtung    er  streckt.

   Der Arm     121a    des Winkelhebels er  streckt sich mehr oder weniger in     Axialrich-          tung,    bildet ein Fliehgewicht eines     Zentri-          fugalregl.ers    und ist in eine äussere Endlage  schwenkbar, in welcher er mit einer Innen  fläche 123 des Gehäuses 120 zusammenwirkt. ;  Der andere Arm 1.21b des Winkelhebels er  streckt sich mehr oder weniger radial ein  wärts gegen die Welle 116.  



  Die     Rotorwelle    116 ist hohl. Innerhalb der  Welle 116 ist der eine Teil 125 einer     zweitei-,     lugen     Betätigungsstange    125, 136 eines Steuer  organs 144 verschiebbar angeordnet. Diese  Stange besitzt im Bereich der Hebel 121     einen     Anschlag 126, an welchen die mehr oder weni  ger radial     einwärtsragenden    Arme 121b der  Hebel 121 angreifen.

   Die Anordnung ist da  bei derart, dass die Arme     121a    der Hebel bei  ihrem     Auswärtssehwenken    die Stange     in          Axialricht-Lang    von der Pumpe wegstossen (in       Fig.    3 nach rechts) ; die Stange wird dabei  durch den Turbinenrotor     hindurchgeschoben.     Auf dem rechten Ende des Stangenteils 125  sitzt der innere Laufring 130 eines Kugel  lagers fest, das auch Schubkräfte aufnehmen  kann. Der äussere     Laufring   <B>131</B> dieses Lagers  wird von einem     Gehäuse   <B>132</B> fest getragen.

    Das Gehäuse ist durch Federn 133, welche  sich zwischen dem Gehäuse 132 und     Veranke-          rungsstiften    am Turbinengehäuse erstrecken,  gegen Drehen gesichert. Anderseits     sind    das  Gehäuse 132 und der äussere Laufring 131,  soweit dies der innere Laufring 130     und    die       Rollkörper    zulassen radial beweglich. Das  Gehäuse 132 ist praktisch dicht geschlossen  und mit Fett hoher Verflüssigungstempera  tur     gefüllt.    An seiner rechten Endseite trägt  das Gehäuse 132 einen Teil 134 aus Hartmate  rial, der gegen einen Kopf 135 am einen Ende  des andern Teils 136 der Betätigungsstange  125, 136 anliegt.

   Diese Anordnung gestattet  ein Rotieren des Stangenteils 125 mit dem  Turbinenrotor, während der andere Stangen  teil 136 stationär gehalten wird.  



  Der nichtrotierende Stangenteil<B>136</B> der       Betätigungsstange    ist in einer Hülse 140 ver  schiebbar, Die Hülse 140 ist in einem nicht-      drehenden,     axial        einstellbaren    Teil 141 des  Turbinengehäuses angeordnet, welcher Teil  auf der von der Pumpe abgekehrten Stirn  seite des Turbinenrotors angeordnet ist. Der  Teil 136 trägt an seinem von der Pumpe ab  gekehrten Ende einen Kolbenschieber 144, der  in einem axial gerichteten     Rohrteil    142 der       Lufteinlassleitung    verschiebbar angeordnet ist.

    In der Umfangswand dieses Rohrteils 142 sind  die durch den Kolbenschieber 144 steuerbaren  Öffnungen 102     vorgesehen..    Die Öffnungen  102 führen schräg nach aussen gegen den  Raum 103 hin. Die     Vorderfläche    143 des  Kolbenschiebers ist der Schräglage der     öff-          nungen    102 entsprechend konisch ausgebildet.  Beim Schliessen des Schiebers 144     bewegt    sich  dieser von der Pumpe     weg    nach aussen (in       Fig.    3 nach rechts). Den Stangenteil 136 um  geben zwei     Schraubenfedern    145, 146, welche  den Kolbenschieber 144 belasten.

   Diese Fe  dern sind zwischen einer Platte 147 mit sphä  rischer Sitzfläche für- den Kopf 135 der Be  tätigungsstange und     Abstützflächen    am Teil  141     eingespannt.    Der Teil 141 ist,     wie    bereits.  erwähnt, axial einstellbar, was durch: Ein- und  Ausschrauben dieses Teils 141 in bzw. aus  dem Turbinengehäuse erfolgen kann, wodurch  die Spannung der Federn 145, 146 veränder  bar ist.

   Die beiden Federn 145, 146 drücken  den Kolbenschieber gegen seine     Offenlage.     Beim vorliegenden Beispiel sind die Federn  145, 146 zum Beispiel so stark, dass sie ein  Bewegen des Kolbenschiebers 144 unter der  Wirkung der     Reglergewichte        verhindern,    so  lange die Drehzahl des Turbinenrotors kleiner  als etwa 14800     T.[1VIin,    ist. Erst nach Über  schreiten dieser Drehzahl     beginnt    sich der  Kolbenschieber 144 in seine Schliesslage zu  bewegen. Der     Schliessvorgang    des Schiebers  erstreckt sich über einen Bereich von einigen  hundert     T.IMin.,    wobei dieser Bereich gross  genug ist, um das Auftreten von Schwingun  gen zu verhindern.  



  Ist die mit der     Turbine    gekuppelte Pumpe  als Brennstoffpumpe eines Flugzeugstrahl  triebwerkes vorgesehen, so wird die Druckluft  zum Antrieb der Turbine dem Kompressor des  Triebwerkes entnommen. Solche Druckluft be-    sitzt normalerweise eine relativ hohe Tempera  tur (z. B. mehr     als    200  C); in diesem Fall  müssen besondere Vorkehren zur Gewährlei  stung der     Schmierung    des die Ringe 130, 131  aufweisenden Längslagers getroffen sein.

   Es  hat- sich gezeigt, dass, wenn ein geeignetes       Schmierfett    im Lagergehäuse vorhanden ist,  die in den     Fig.1    bis 4 gezeigte Vorrichtung  auch bei Temperaturen im Lager um 160 bis  180  C befriedigend arbeitet, obwohl es natür  lich vorzuziehen ist, die Temperatur tiefer als       100     C zu halten. Dies kann erreicht werden  durch Kühlen     eines    Teils der     Luft    und - Zu-,       führung    dieses Teils der     Luft    zum Lager.  



       Fig.5    zeigt eine Detailvariante der     be;          schriebenen    Vorrichtung, welche sich für den  Betrieb mit etwas höheren Lagertemperaturen  (z. B. 180-200  C) eignet, vorausgesetzt,     dass     ein geeignetes Schmieröl verwendet wird.

   Bei  diesem Beispiel gelangt von den Getriebezahn  rädern verspritztes, aus einem Sumpf im Ge  triebegehäuse entnommenes Öl durch eine       Öffnung    150, einen in einem ortsfesten Kör  per 153 gebildeten     Durchlass    151 und eine  Öffnung 152 in einen Raum 154     zwischen     dem Körper 153 und der innern Seite der  hohlen Welle-<B>116.</B> Der Körper 153 ist mit  Schraubengewinde 155 versehen so dass bei  rotierender Welle 116 das Öl längs des Gewin  des in     Fig.    5 nach rechts gefördert wird.

   Nach  dem Verlassen der Gewindegänge strömt' das  Öl einwärts durch die     Öffnungen    156 in das  Innere des Körpers 153 und dann längs     eines          rohrförmigen    Teils 157 der Betätigungsstange  1.35, 136; 157 des nicht gezeigten Kolbenschie  bers ins Innere des Lagers 158, aus welchem  es langsam wieder herausgeschafft wird.

   Zur       Beeinflussung    der längs des     Stangenteils    157  in diesem fliessenden     Ölmenge    und somit zur       Beeinflussung    des Ölverlustes ist der Hohl  raum des Stangenteils 157 über einen Teil sei  ner Länge mit axial liegenden Drähten 159       gefüllt,    die den Querschnitt dieses Hohlrau  mes verengen.  



  Bei einer weiteren -nicht     gezeichneten    Va=       riante    der beschriebenen     Konstruktion    ist zur       Herabsetzung    der Temperatur des mittels der  Ringe 130,<B>131</B> . gebildeten Längslagers dieses-      Lager auf der in     Fig.    3 linken Seite des La  gers 117 angeordnet.  



  An Stelle des vorangehend beschriebenen  Längslagers kann ein Teil der Betätigungs  stange des Steuerorgans mit einer Spitze oder  einem sphärischen Ende ausgebildet sein, das  gegen eine ebene Endfläche am andern Stan  genteil anliegt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Druekluftturbine, gekennzeichnet durch einen Zentrifugalregler, der ein axial beweg liches Steuerorgan zur Steuerung der Zufuhr von Druckluft zur Turbine aufweist, eine Be tätigungsstange für das Steuerorgan, welche längs der Drehachse des Turbinenrotors be weglich ist, sowie mindestens ein Zentrifugal reglergewicht, welches dazu bestimmt ist, zwecks Betätiguing des Steuerorgans die Be- tätigLmgsstange axial zu bewegen, das Ganze zum Zwecke, die Drehzahl der Turbine an nähernd konstant zu halten.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Druckluftturbine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan ein Kolbenschieber ist. 2. Druckluftturbme nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschie ber in einem axial gerichteten Teil einer Luft einlassleitimg angeordnet'und zur Steuerung mindestens einer Öffnung in der Umfangs wand des genannten Leitungsteils bestimmt ist.

   3. Druckluftturbine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Regler gewicht von einem Winkelhebel gebildet und dieser von einem Träger getragen ist; der um die Achse des Turbinenrotors mit diesem zu sammen gedreht wird, und dass der Winkel- hebel um eine tangential zur Umfangsrich tung verlaufende Achse schwenkbar ist, wobei der eine Arm des Winkelhebels sich mehr oder weniger in Richtung dei Drehare des Turbinenrotors erstreckt und ein Fliehgewiclit darstellt,

   während der andere Arm des Win- kelhebels mehr öder weniger radial einwärts ragt und mit der Betätigungsstange im Ein griff ist. 4. Druekhiftturbine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehgewicht auf der einen Stirnseite des Turbinenrotors angeordnet ist, während das Steuerorgan auf der andern Rotorstirnseite angeordnet ist.

   5. Druckluftturbine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungs stange zweiteilig ist, wobei der eine Stangen teil mit dem Turbinenrotor und dem Träger des Reglergewichtes drehfest verbunden ist, während der andere Stangenteil gegen Dre hen gesichert ist. 6. Druckluftturbine nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Stangenteilen ein Längslager vorgese hen ist.

   7. Druckluftturbine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laufring des Rollkörper aufweisenden Längslagers mit dem drehenden Teil der Betätigungsstange drehfest verbunden ist, während der andere Laufring des Längslagers gegen Drehen ge sichert und, soweit dies der erstgenannte Lauf ring und die Rollkörper zulassen, radial be weglich ist, und den vom nichtdrehenden Stan genteil ausgeübten Schub aufnimmt. B. Druckluftturbine nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweitgenannte Laufring des Längslagers durch Federmittel gegen Drehen gesichert ist.

   9. Druckluftturbine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnget, dass das Längslager von einem Gehäuse umgeben ist. 10. Druckluftturbine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Teil der Betätigungsstange bohl ist und ein mit Gewinde versehener Körper vorhanden ist, der dazu bestimmt ist, bei rotierendem Turbinenrotor imd Stangenteil Öl durch den letzteren zum Längslager zu fördern.

   11. Druckluftturbine nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hoh len rotierenden Stangenteil wenigstens über einen Teil seiner Länge sich erstreckende Drähte vorgesehen sind, welche den Hohl- räum dieses Stangenteils zwecks Beeinflus sung der Öldur chflussmenge verengen. 12. Druelduftturbine nach Patentanspruch und gemäss Fig.1 bis 4 der beiliegenden Zeich nung. 13. Druckluftturbine nach Patentanspruch und gemäss Fig. 5 der beiliegenden Zeichnung.