CH348576A - Steuermechanismus - Google Patents

Steuermechanismus

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CH348576A
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CH
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Inventor
Stanley Wimpress Donald
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Garrett Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description


      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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Steuermechanismus in einer Turbine, welche eine Düse und ein beschaufeltes Laufrad aufweist, welche Düse einen vom Hals sich zum Austrittsende erwei ternden Kanalteil zum Erzeugen eines gerichteten, das Laufrad beaufschlagenden Treibstrahles aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den erweiterten Kanalteil bewegbare Ablenkmittel zur Ablenkung des Treibstrahles vorgesehen sind, um durch Ablenkung des Treibstrahles die am Laufrad geleistete Arbeit zu verkleinern. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Steuermechanismus nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ablenkmittel ein Organ aufweisen, dass in den Fluidumstrahl hinein- geführt und aus ihm herausgezogen werden kann, wobei das eine Ende dieses Organs bündig mit der Wand des erweiterten Kanalteils liegt, wenn das Organ aus dem Fluidumstrahl herausgezogen ist. 2. Steuermechanismus nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ entlang einer Achse beweglich ist, welche senkrecht zur Kanal wand steht. 3.
    Steuermechanismus nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ablenkmittel minde stens einen Teil des Fluidumstrahles vom Düsen inneren nach aussen zu lenken gestatten. 4. Steuermechanismus nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkmittel einen Bolzen mit einer Ausnehmung aufweisen, welche Aus- nehmung sich in Längsrichtung am der Düse zuge wandten Ende des Bolzens erstreckt und einen Durch gang zum Auslass von vom Strahl abgezweigten Flui dum bildet, wenn der Bolzen in den Fluidumstrahl hineinragt. 5.
    Steuermechanismus nach Unteransprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass erste Feder mittel, welche während der ganzen Bewegung des Bolzens auf diesen wirken, und zweite Federmittel vorgesehen sind, welche nur während eines Teiles der Bewegung des Bolzens auf diesen wirken.
CH348576D 1955-05-13 1956-05-11 Steuermechanismus CH348576A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011085835A3 (de) * 2009-12-22 2011-10-27 Robert Bosch Gmbh Lavaldüse

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011085835A3 (de) * 2009-12-22 2011-10-27 Robert Bosch Gmbh Lavaldüse
US9206691B2 (en) 2009-12-22 2015-12-08 Robert Bosch Gmbh Laval nozzle

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