Steuermechanismus Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuermechanismus in einer Turbine mit einer Düse zur Erzeugung eines gerichteten Treibmittelstrahles zum Beaufschlagen eines Laufrades. Dabei dient der Steuermechanismus zum Steuern des Treibmittel strahles.
Auf gewissen Anwendungsgebieten, wie z. B. bei Luftfahrzeugen, erschien es wünschbar, eine Turbine zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung elek trischer Energie für die Betätigung gewisser Apparate im Flugzeug vorzusehen. Dabei wird eine unabhän gige in sich abgeschlossene Gas- oder andere Treib mittelquelle zum Antrieb der Turbine in solchen Fahrzeugen vorgesehen, wofür ein Gasgenerator zur Erzeugung einer konstanten Gasmenge der Einfach heit und des dauernd verfügbaren Gases wegen vor zuziehen ist. Die Verwendung eines Generators die ser Art stellt jedoch insofern Probleme, als das un- benützte oder nicht benötigte Gas das Fahrzeug beschädigen oder andere Mängel verursachen könnte, bevor seine Aufgabe erfüllt ist.
Die Erfindung bezweckt daher die Bereitstellung eines einfachen Steuersystems in einer Turbine, welche die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades durch Drosselung und Umleitung des Treibgases ohne Druckverlust im Gaserzeuger be wirkt.
Dieser Steuermechanismus ist dadurch gekenn zeichnet, dass in den erweiterten Kanalteil bewegbare Ablenkmittel zur Ablenkung des Treibstrahles vor gesehen sind, um durch Ablenkung des Treibstrahles die am Laufrad geleistete Arbeit zu verkleinern.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind an Hand der beiliegenden Zeich nung erläutert; es zeigen: Fig.l einen Vertikalschnitt durch den erfin dungsgemässen Steuermechanismus einer Aktionstur- binendüse, Fig.2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch den Steuermechanismus mit der zugeordneten Düse in anderer Betriebsstellung, Fig. 3 eine schematische Darstellung mit einem Zentrifugalregler zur Betätigung des Steuermechanis mus, Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Variante,
Fig. 5 und 6 ähnliche Schnitte weiterer Varianten mit beweglichen Teilen in anderen Betriebsstellungen, Fig. 7 eine schematische Darstellung der Einrich tung zur Erzeugung von Treibgas für die Turbine mit ebenfalls schematisch dargestelltem Steuermecha nismus.
In den Fig. 3 und 7 der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Turbine 10 mit einem auf einer Welle 12 sitzenden Laufrad 11 dargestellt, deren Welle 12 in geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Lagern gelagert ist. Das Laufrad ist in einem Gehäuse 13 angeordnet und weist an seinem Umfang Schaufeln 14 auf, welche durch ein Fluidum beaufschlagt werden, wel ches das Laufrad in Drehung versetzt.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Düse von Laval-Bauart. Sie ist an einen Gaskanal 15 angeschlossen, der wie aus Fig. 7 ersichtlich ist mit dem Austritt eines Gasgenerators 16 verbunden ist, und im dargestellten Beispiel einem solchen für festen Brennstoff entspricht. Das bei der Verbrennung des Brennstoffes entstehende Gas strömt durch den Kanal 15 zur Düse 17. Bei allen darge- stellen Varianten weist die Düse. einen in der Strö mungsrichtung sich verengenden Eintrittsteil 18 und einen sich erweiternden Austrittsteil 20 auf, die mit- einander durch den engen Hals 21 verbunden sind.
Die Verengung des Eintritts und die Erweiterung des Austrittsteils sind derart bemessen, dass das aus dem Kanal 15 unter Druck durchströmende Treibgas in einen Strahl von bestimmter Geschwindigkeit ver wandelt und der Gasdruck am Austrittsende minde stens annähernd auf Atmosphärendruck reduziert wird. Dieser durch den Düsenaustrittsteil ausströ mende Strahl trifft auf die Schaufeln des Laufrades und versetzt dasselbe in rasche Drehung.
Zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenlaufrades ist ein Mechanismus vorgesehen, der die Strömung des Treibgases in bestimmten Inter vallen ablenkt. Bei einer solchen Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 weist der Ablenkmechanismus 22 einen Bolzen _ 23 auf, welcher in einer Hülse 24 mindestens annähernd rechtwinklig in den Kanalteil 20 hinein und aus diesem heraus verstellbar gelagert ist. Wird der Bolzen 23 in den Kanalteil 20 hineingeschoben, so fängt er den Gasstrahl auf und lenkt ihn ab, wobei die Geschwindigkeit des aus dem Hals 21 aus strömenden Gases in Druck verwandelt wird.
Eine im Bolzen vorgesehene Ausnehmung 25 ermöglicht diesem gestauten Gas durch die Hülse 24 und einen Auspuff 26 in die Atmosphäre zu entweichen. Der in der Hülse 24 verschiebbar gelagerte Bolzen ist gegen Drehung durch einen Führungsstift 27 gesichert, wel cher quer durch den Bolzen hindurchgeht und in einen in Längsrichtung der Hülse 24 vorhandenen Schlitz hineinragt. Aus einer in den Kanalteil 20 hineingeschobenen Stellung, wie sie Fig.2 darstellt, wird der Bolzen 23 durch eine verhältnismässig schwache Feder 28 und eine stärkere Schraubenfeder 30 zurückgezogen.
Das Turbinengehäuse 13 ist mit einer mit Ge winde versehenen Öffnung zur Aufnahme von Befesti gungsmitteln für eine Magnetspule 31 versehen, welche zur Verstellung des Bolzens 23 entgegen der Wirkung der Federn 28 und 30 dient. Die Ausneh- mung für die Befestigung der Magnetspule bildet einen Schulterrand 32, welcher als Auflager für die Federn 28 und 30 an deren einem Ende dient. Der Bolzen 23 trägt an seinem äusseren Ende einen flanschartigen Kragen 33, gegen welchen die anderen Enden der Federn anstossen. Die schwache Feder 28 liegt sowohl gegen den Schalterrand 32 als auch gegen den Kragen 33 an, wenn sie vollständig ent spannt ist.
Die vollständig entspannte Feder 30 be rührt jedoch den Kragen 33 nicht bei vollständig zurückgezogenem Bolzen 23. Durch diese Anord nung wirkt der Einrückbewegung des Bolzens 23 in die Düse zuerst nur ein geringer Gegendruck ent gegen. Nach - Einleitung dieser Einrückbewegung wirkt dieser aber ein wirksamer Widerstand entgegen. Die Feder 30 wird leicht zusammengepresst und nimmt den dem Bolzen 23 und dem Magnetspulen kern erteilten Stoss auf.
Es ist bekannt, dass Magnetspulen ihre maximale Kraft entwickeln, wenn der Spulenkern sich seiner Endlage nähert. Aus diesem Grunde ist die Feder 30 lang genug gemacht, so dass diese nach einer bestimm ten Wegstrecke vor Erreichen der Endlage gegen den Kragen 33 anstösst und die Maximalkraft gegen die Kraft der stärkeren Feder 30 wirkt. Die Kraft dieser Feder sorgt dann für rasche Einleitung der Verschie bung des Bolzens 23 während dessen Rückziehung.
Beim vorliegenden Steuermechanismus wird der Bolzen 23, welcher als Drossel- und Ablenkorgan dient, zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrades verwendet. Um diesen Zweck zu errei chen, ist die Welle 12 mit einem Geschwindigkeits fühler versehen, wie in der Fig. 3 schematisch durch den Fliehkraftregler 34 dargestellt ist, welcher bei Annäherung der Rotationsgeschwindigkeit an einen vorbestimmten Wert einen Microschalter 35 betätigt, der über einen Erregerstromkreis die Magnetspule 31 erregt.
Bei Erregung dieser Magnetspule 31 wird der Bolzen 23 in den Kanalteil 20 hineingeschoben, um den Gasstrom zu drosseln und abzulenken und die Beaufschlagung des Turbinenrades zu unterbrechen. Ist nun die Rotationsgeschwindigkeit auf einen be stimmten Wert gesunken, so unterbricht der Schalter 35 den Stromkreis, um die Magnetspule 31 zu ent- regen, und die Federn 28 und 30 besorgen den Rückzug des Bolzens 23 aus dem Kanalteil 20, so dass das Turbinenrad erneut beaufschlagt wird.
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Bolzen 23 in seiner Ausrückbewegung dann zum Stillstand gelangt, wenn sein inneres Ende bündig ist mit der Innenwand des Düsenaustrittsteils. Das Ende des Bol zens ist so geformt, dass die Ausnehmung im Bolzen eingezogenem Bolzen abgeschlossen ist. Da das Flui dum keine Möglichkeit besitzt, um das Bolzenende in die Ausnehmung zu strömen, besteht auch keine Gefahr der Ablagerung von Verbrennungsrückstän den auf dem Bolzen 23, dessen Verschiebbarkeit keine unzulässige Einbusse erleidet.
In den Fig.4 bis 6 sind Varianten von Gas- Ablenkorganen dargestellt. Bei diesen Varianten sind drehbare Organe vorgesehen. Organ 36 in Fig.4 bildet eine Klappe, die bei geschlossenem Auspuff bündig mit der Düsenaustrittswand ist und in eine Stellung drehbar ist, in der die Strömung durch den Düsenaustritt gesperrt und durch den Auspuffkanal abgeleitet wird.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Organ 37 ist dem Organ 36 insofern ähnlich, als es um eine quer zur Düse angeordneten Achse drehbar ist. Das Organ 37 weist jedoch Teile auf, welche in der einen Stellung Teile der Düsenaustrittswand bilden und in einer andern Stellung aus dem Düsenhals austretendes Fluidum in den Auspuff ablenken, wobei das dabei abströmende Fluidumsvolumen durch die Grösse der Drehung einstellbar ist.
Es ist einleuchtend, dass durch die Wahl der Verdrehung der Organe 36 und 37 oder der Ein rücktiefe des Bolzens 23 die Drosselung des Düsen strahls regelbar und durch eine derartige Regelung auch die Betriebsdrehzahl des Turbinenrades inner halb enger Grenzen einstellbar ist. Der vorliegende Steuermechanismus ist besonders geeignet zur Verwendung bei Druckfluidum-Genera- toren, bei welchen eine Treibgaserzeugung ausgelöst und ohne weitere Kontrolle oder Bedienung fortzu bestehen bestimmt ist. Die Einrichtung ist bei Nicht gebrauch gegen überdruck durch den Abzug des Gases in den Auspuff gesichert.
Durch die Anordnung der Ablenkorgane auf der Austrittseite der Düse wird der Gasdruck auf der Eintrittseite aufrechterhal ten und ein rascheres Ansprechen des Turbinenrades bei Wiederbeaufschlagung desselben gewährleistet.