DE1131948B

DE1131948B - Safety device against overspeed of gas turbines

Info

Publication number: DE1131948B
Application number: DER23087A
Authority: DE
Inventors: James Alexander Petrie
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1957-04-08
Filing date: 1958-04-08
Publication date: 1962-06-20
Also published as: DE1153214B

Description

Sicherheitseinrichtung gegen Überdrehzahl von Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitseinrichtung gegen LUberdrehzahl von Gasturbinen, welche die Brennstoffzufuhr absperrt, wenn sich die treibende Turbinenwelle zur getriebenen Verdichter- bzw. Nutzleistungswelle bei deren Bruch relativ verdreht.Safety device against overspeed of gas turbines The invention relates to a safety device against overspeed of gas turbines, which shuts off the fuel supply when the driving turbine shaft to driven compressor or power shaft relatively twisted when they break.

Die Erfindung ist vor allem für Propellerantriebs-Gasturbinen mit einer und mit zwei Wellen geeignet. Eine Gasturbinenanlage mit zwei Wellen umfaßt einen Niederdruckverdichter und einen Hochdruckverdichter, welche hintereinander in dem Gasstrom liegen, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine, welche wiederum hintereinander im Gasstrom liegen. Von den Verdichtern wird die verdichtete Luft der Brennkammer zugeführt; die Verbrennungsgase fließen dann nacheinander durch die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine. Die Niederdruckturbine treibt den Niederdruckverdichter über eine erste Welle, während die Hochdruckturbine den Hochdruckverdichter über eine zweite Welle antreibt. In derartigen Maschinen wird der Propeller gewöhnlich von der Niederdruckturbine angetrieben.The invention is primarily for propeller-driven gas turbines with suitable for one and two waves. Includes a two-shaft gas turbine engine a low-pressure compressor and a high-pressure compressor, which one behind the other in the gas flow are a combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine, which in turn lie one behind the other in the gas flow. Of the compressors, the compressed air supplied to the combustion chamber; the combustion gases then flow one after the other by the high pressure turbine and the low pressure turbine. The low pressure turbine drives the low-pressure compressor via a first shaft, while the high-pressure turbine den Drives high pressure compressor via a second shaft. In such machines the propeller is usually driven by the low pressure turbine.

Wenn die den Propeller treibende Welle oder wenn - im Fall von Maschinen mit zwei Wellen - eine der beiden Verbindungswellen zwischen Verdichtern und Turbinen bricht, tritt eine rasche Beschleunigung der Turbine ein, da sie ja keine Last mehr anzutreiben hat; wenn dieser Beschleunigung keine Grenze gesetzt ist, so können ernstliche Maschinenschäden eintreten. So kann z. B. der Turbinenläufer zu Bruch kommen.If the shaft driving the propeller, or if - in the case of machines with two shafts - one of the two connecting shafts between compressors and turbines If the turbine breaks, the turbine accelerates rapidly, since it is no longer a load has to drive; if there is no limit to this acceleration, so can serious damage to the machine occurs. So z. B. the turbine rotor to break come.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherung zu schaffen, welche überhöhte Drehzahlen des Turbinenläufers beim Bruch der Turbinenwelle verhindert.The invention is based on the object of creating a fuse which prevents excessive speeds of the turbine rotor if the turbine shaft breaks.

Es ist an sich bekannt, die Brennstoffzufuhr mittels einer vorn Drehmoment abhängigen Vorrichtung abzustellen, welche dann anspricht, wenn ein Lager oder eine Welle gebrochen ist und dadurch eine Änderung des Drehmoments hervorgerufen wird. Hierzu ist es insbesondere bekannt, eine sich bei Veränderung des Drehmoments axial verschiebende Reglermuffe zu verwenden. Diese vorbekannten Einrichtungen sprechen nicht auf eine Relativverdrehung zweier Wellen an, welche im Falle eines Bruches einer dieser Wellen zu erwarten ist.It is known per se, the fuel supply by means of a front torque to turn off dependent device, which responds when a warehouse or a The shaft is broken, causing a change in torque. For this purpose, it is known, in particular, that a change in the torque occurs axially to use a sliding regulator sleeve. These previously known bodies speak does not respond to a relative rotation of two shafts, which in the event of a break one of these waves is to be expected.

Ferner wird bei einer dieser bekannten Vorrichtungen ein elektrisches übertragungssystem verwendet, dessen Zuverlässigkeit weit geringer ist als die eines mechanischen übertragungssystems, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß dieses elektrische System mit verhältnismäßig großen Zeitkonstanten arbeitet, so daß es die geforderte rasche Ansprechgeschwindigkeit nicht erreicht. Zur Lösung der angeführten Aufgabe ist die eingangs genannte Sicherheitseinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrung durch ein sich bei Relativdrehung der beiden Wellen axial verschiebendes Glied betätigt wird, das Teil eines die Enden der beiden Wellen verbindenden Gestänges ist.Furthermore, in one of these known devices, an electrical transmission system used, the reliability of which is far lower than that of a mechanical transmission system, it should also be taken into account that this electrical system works with relatively large time constants, so it the required rapid response speed is not achieved. To solve the above The task of the aforementioned safety device is characterized by that the shut-off is axially displaced by a relative rotation of the two shafts Member is actuated, which is part of a linkage connecting the ends of the two shafts is.

Das bei Relativdrehung der beiden Wellen sich axial verschiebende Glied enthält zweckmäßig eine aus Schraube und Mutter bestehende Gewindeverbindung.The axially displaced with the relative rotation of the two shafts The link expediently contains a threaded connection consisting of a screw and a nut.

Bevorzugt sind die Turbinenwelle und die Verdichterwelle bzw. Nutzleistungswelle Hohlwellen, die in ihrem Inneren das Verbindungsgestänge und das sich bei Relativdrehung der Wellen axial verschiebende Glied aufnehmen.The turbine shaft and the compressor shaft or power output shaft are preferred Hollow shafts, which have the connecting rod inside and which are rotated relative to each other receive the shaft axially displacing member.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungsgestänge ein Rohr auf, welches mit der einen Welle durch eine axial verschiebbare Verbindung gekuppelt ist und über ein Gestänge auf das Brennstoff-Absperrventil einwirkt, und eine Stange, welche mit dem anderen Wellenteil starr verbunden ist, wobei das Rohr am anderen Ende eine Mutterhülse und die Stange eine darin eingreifende Schraube trägt.In one embodiment of the invention, the connecting rod a tube, which is connected to the one shaft by an axially displaceable connection is coupled and acts on the fuel shut-off valve via a linkage, and a rod which is rigidly connected to the other shaft part, the tube at the other end a nut sleeve and the rod a screw engaging in it wearing.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungsgestänge eine Stange auf, welche mit ihrem einen Ende an dem einen Wellenstummel starr befestigt ist und an ihrem anderen Ende über eine axial verschiebbare Keilnutenverbindung mit einer Hülse gekuppelt ist, welche in das Innengewinde des anderen Wellenstummels eingeschraubt ist und über Gestänge auf das Brennstoff-Absperrventil einwirkt.In another embodiment of the invention, the connecting linkage a pole on which with one end to the one stub shaft is rigidly attached and at its other end via an axially displaceable keyway connection is coupled to a sleeve which is inserted into the internal thread of the other stub shaft is screwed in and acts on the fuel shut-off valve via rods.

Das die Verbindung mit dem Brennstoff-Absperrventil bildende Gestänge kann in einem Kugellager auf der Welle gelagert sein. Der Innenkranz dieses Kugellagers ist dabei zweckmäßig axial verschiebbar gelagert; das Rohr trägt ein Querstück, welches mit radial abstehenden Armen durch Längsschlitze der Welle hindurchgreift und auf den Innenkranz einwirkt, während der Außenkranz des Kugellagers mit dem die Erfindung nach dem Brennstoff-Absperrventil bildenden Gestänge verbunden ist.The linkage that connects to the fuel shut-off valve can be mounted in a ball bearing on the shaft. The inner rim of this ball bearing is expediently axially displaceable; the pipe has a cross piece, which reaches through the longitudinal slots of the shaft with radially protruding arms and acts on the inner rim, while the outer rim of the ball bearing with the the invention is connected to the linkage forming the fuel shut-off valve.

Die Hülse bei der an zweiter Stelle genannten Ausführungsform kann auf einen Kolben einwirken, welcher über ein Kabel mit dem Brennstoff-Absperrventil verbunden ist. Der Kolben und das Brennstoff-Absperrventil sind zweckmäßig federbelastet, so daß in dem Kabel stets Zugspannung herrscht. Vorzugsweise wirkt der Kolben auf einen Winkelhebel ein, an dessen einem Ende das Kabel befestigt ist, während das andere Ende des Kabels an dem Ventilkörper des Brennstoff-Absperrventils angreift.The sleeve in the embodiment mentioned in the second place can act on a piston, which is connected to the fuel shut-off valve via a cable connected is. The piston and the fuel shut-off valve are expediently spring-loaded, so that there is always tension in the cable. Preferably the piston acts on an angle lever, at one end of which the cable is attached, while the the other end of the cable engages the valve body of the fuel shut-off valve.

Der Ventilkörper des Absperrventils ist vorzugsweise zweier Einstellungen fähig, nämlich einer ersten, in der Brennstoff über getrennte Leitungen zu den Vor- und Hauptdüsen der Brennkammer gelangt, und einer zweiten, in der die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer unterbrochen ist und der Brennstoff einem Abfluß zugeführt wird.The valve body of the shut-off valve is preferably of two settings capable, namely a first, in the fuel via separate lines to the pre and main nozzles of the combustion chamber, and a second in which the fuel supply to the combustion chamber is interrupted and the fuel is fed to a drain.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar Fig. 1 eine erste Ausführungsform, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, Fig. 3 eine Teilansicht der Fig. 2 und Fig. 4 eine Anwendung der Erfindung auf Gasturbinenanlagen mit zwei Wellen.The figures show exemplary embodiments of the invention. It shows 1 shows a first embodiment, FIG. 2 shows a second embodiment, FIG. 3 shows a Partial view of FIGS. 2 and 4 show an application of the invention to gas turbine systems with two waves.

Die Gasturbinenanlage der Fig. 1 dient zum Antrieb eines Propellers und besteht aus einem Verdichter 10 mit einem Läufer 10 a; einer Brennkammer 11, in welche die verdichtete Luft des Verdichters 10 einströmt und in die der mit der Luft zu verbrennende Brennstoff durch Düsen 12 eingespritzt wird, einer Turbine 13 mit einem Läufer 13 a, durch welche die von der Brennkammer 11 herkommenden Gase hindurchströmen und sie dabei antreiben, und schließlich einer Hohlwelle 14, welche die beiden Läufer 10 a und 13 a miteinander verbindet.The gas turbine system of FIG. 1 is used to drive a propeller and consists of a compressor 10 with a rotor 10 a; a combustion chamber 11, in which the compressed air of the compressor 10 flows in and in which the with the Air to be burned fuel is injected through nozzles 12 of a turbine 13 with a rotor 13 a, through which the gases coming from the combustion chamber 11 flow through and drive them, and finally a hollow shaft 14, which the two runners 10 a and 13 a connects to each other.

Der Propeller wird von dem von der Turbine abgelegenen Ende des Verdichterläufers 10 a über ein Planetengetriebe angetrieben; das Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad 10 b, welches auf der von der Turbine abgelegenen Seite oder, anders ausgedrückt, auf der vorderen, d. h. der in Strömungsrichtung der Luft stromaufwärts gelegenen Seite des Verdichterrotors 10a befestigt ist, ferner aus Planetenrädern 10 c und 10 d; das Planetenrad 10 c steht im Eingriff mit einem stationären Zahnkranz 10e. Die Planetenräder sind in einem drehbaren Gehäuse 10f gelagert, dessen vorderes Ende 10g die Propellerwelle bildet.The propeller is attached to the end of the compressor rotor that is remote from the turbine 10 a driven via a planetary gear; the planetary gear consists of one Sun gear 10 b, which is located on the side remote from the turbine or, in other words, on the front, d. H. the one located upstream in the direction of flow of the air Side of the compressor rotor 10a is attached, also from planetary gears 10 c and 10 d; the planetary gear 10c is in engagement with a stationary ring gear 10e. The planet gears are mounted in a rotatable housing 10f, the front of which The end of 10g forms the propeller shaft.

Der Brennstoff für die Düsen 12 wird von einem Brennstofftank 15 über eine Brennstoffzuführungsanlage zugeführt. Diese umfaßt eine Brennstoffpumpe 16, eine Drosselklappe 17 und ein Rohr 18, welches an eine die Düsen versorgende Sammelleitung angeschlossen ist. In dem Rohr 18 liegt ein Absperrventil 20, welches über eine Stange 21 von dem Piloten betätigt werden kann.The fuel for the nozzles 12 is from a fuel tank 15 via fed to a fuel supply system. This includes a fuel pump 16, a throttle valve 17 and a pipe 18, which is connected to a manifold supplying the nozzles connected. In the pipe 18 is a shut-off valve 20, which has a Rod 21 can be operated by the pilot.

Das Absperrventil 20 ist nun so angeordnet, daß es im Falle einer Zerstörung der Welle 14 oder des Verdichterläufers 10 a bei laufender Maschine geschlossen wird.The shut-off valve 20 is now arranged so that it is closed in the event of destruction of the shaft 14 or the compressor rotor 10 a while the machine is running.

Die Betätigung des Absperrventils 20 erfolgt über eine Stange 22, welche mit ihrem einen Ende an dem Turbinenläufer 13 a befestigt ist und koaxial in der Hohlwelle 14 verläuft, so daß sie sich mit dem Turbinenläufer 13 a dreht. An ihrem anderen Ende trägt die Stange 22 einen Gewindekopf 23, welcher in ein Innengewinde einer Hülse 24 a eingeschraubt ist. Die Hülse 24 ist in einer Buchse 25 derart gehalten, daß sie relativ zu dem Läufer 10a in axialer Richtung beweglich ist. An dem vorderen Ende der Hülse 24 ist ein Rohr 26 starr befestigt, welches koaxial zu dem Läufer 10a durch diesen hindurchverläuft und an seinem anderen Ende an dem Mittelteil eines Querstücks 26a befestigt ist. Dieses trägt radial ausladende Finger 26 b, welche durch Schlitze 10 h der Hohlwelle hindurchreichen. Die radial äußeren Enden der Finger 26 b sind an dem inneren Kranz eines Kugellagers 27 befestigt. Dank dieser Verbindung dreht sich dieser innere Kranz mit dem Läufer 10 a. In axialer Richtung kann sich dieser Kranz frei bewegen. Die Hülse 24 wird also durch die Wechselwirkung der Schlitze 10h mit den Fingern 26 b über das Rohr 26 mit der gleichen Drehzahl angetrieben wie der Läufer 10 a. Außerdem ist die Hülse in axialer Richtung relativ zu dem Läufer 10a beweglich. An dem äußeren Kranz des Kugellagers 27 ist der eine Arm eines übertragungshebels 28 befestigt. Der andere Arm dieses Hebels 2#3 ist über eine Stange 29 an einem Arm eines weiteren übertragungshebels 30 angeschlossen, dessen zweiter Arm mit einem Stift in einen Schlitz einer Betätigungsstange 21 eingreift; diese dient zur Verstellung des Absperrventils 20.The shut-off valve 20 is actuated by means of a rod 22 which is fastened at one end to the turbine runner 13 a and runs coaxially in the hollow shaft 14 so that it rotates with the turbine runner 13 a. At its other end, the rod 22 carries a threaded head 23 which is screwed into an internal thread of a sleeve 24 a. The sleeve 24 is held in a bushing 25 in such a way that it is movable in the axial direction relative to the rotor 10a. At the front end of the sleeve 24 a tube 26 is rigidly attached, which runs coaxially to the rotor 10a through the latter and is attached at its other end to the middle part of a cross piece 26a. This carries radially projecting fingers 26 b, which extend through slots 10 h of the hollow shaft. The radially outer ends of the fingers 26 b are fastened to the inner ring of a ball bearing 27. Thanks to this connection, this inner ring rotates with the rotor 10 a. This ring can move freely in the axial direction. The sleeve 24 is thus driven by the interaction of the slots 10h with the fingers 26b via the tube 26 at the same speed as the rotor 10a. In addition, the sleeve is movable in the axial direction relative to the rotor 10a. One arm of a transmission lever 28 is attached to the outer rim of the ball bearing 27. The other arm of this lever 2 # 3 is connected via a rod 29 to an arm of a further transmission lever 30, the second arm of which engages with a pin in a slot of an actuating rod 21; this is used to adjust the shut-off valve 20.

Im normalen Betriebszustand ist der Mechanismus 22/31 außer Betrieb, d. h., er wirkt auf das Absperrventil 20 nicht ein. Wenn jedoch der Verdichterläufer 10a oder die Welle 14 bei laufender Maschine zu Bruch gehen, so nimmt der Turbinenläufer 13a eine erhöhte Drehzahl an, da er ja keine Belastung mehr vorfindet; der Gewindekopf 23 rotiert dann relativ zu der Hülse 24, so daß diese in axialer Richtung relativ zu dem Rotor 10 a verschoben wird. Der Gang des Gewindes der Hülse 24 ist so gewählt, daß durch diese axiale Verschiebung der Hülse 24 eine Verschwenkung des L7bertragungshebels 30 im Sinne einer Schließung des Absperrventils eintritt. In der Ausführungsform der Fig.1 wird die Hülse nach rechts verschoben. Bei einer Schließung des Absperrventils 20 hört die Brennstoffzufuhr nach der Maschine rasch auf, und es kann daher keine Zerstörung infolge der überhöhten Drehzahl des Turbinenläufers 13 a eintreten. Die Verlangsamung der Turbine durch Abschneiden der Brennstoffzufuhr tritt sehr rasch ein.In the normal operating state, the mechanism 22/31 is out of operation, that is to say it does not act on the shut-off valve 20. If, however, the compressor rotor 10a or the shaft 14 break while the engine is running, the turbine rotor 13a assumes an increased speed since it no longer finds any load; the threaded head 23 then rotates relative to the sleeve 24 so that it is displaced in the axial direction relative to the rotor 10 a. The thread of the sleeve 24 is selected so that this axial displacement of the sleeve 24 causes the transmission lever 30 to pivot in the sense of closing the shut-off valve. In the embodiment of Figure 1, the sleeve is moved to the right. When the shut-off valve 20 closes, the fuel supply to the machine stops quickly, and therefore no damage can occur as a result of the excessive speed of the turbine rotor 13a. The slowing down of the turbine by cutting off the fuel supply occurs very quickly.

Wenn das rückwärtige Lager 32, welches den Turbinenläufer trägt, zerstört wird, so sucht der Gasstrom die Turbine mit der Welle 14 nach hinten zu verschieben. Diese Bewegung ist möglich, da die Verbindung zwischen der Welle 14 und dem Verdichterläufer 10 a eine Keilnutenverbindung ist; die Hülse 24 wird von der Stange 22 nach rückwärts mitgenommen, so daß das Absperrventil 20 betätigt wird. Es tritt also eine Schließung des Absperrventils ein, obwohl die Welle 14 gar nicht zerstört ist, und es kann auch in diesem Fall keine überhöhte Drehzahl der Turbine auftreten, selbst wenn die Keilnutenverbindung gelöst werden sollte.When the rear bearing 32, which carries the turbine runner, is destroyed is, the gas flow tries to move the turbine with the shaft 14 to the rear. This movement is possible because of the connection between the shaft 14 and the compressor rotor 10a is a spline connection; the sleeve 24 is from the rod 22 backwards taken so that the shut-off valve 20 is actuated. So there is a closure of the shut-off valve, although the shaft 14 is not destroyed at all, and it can in this case, too, no excessive speed of the turbine occurs, even if the keyway connection should be loosened.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Gasturbinenanlage mit einem Verdichter 40 dargestellt, dessen Läufer 40 a an seinem vorderen Ende einen Wellenstummel 40 b trägt. Auf diesem sitzt ein Sonnenrad 40 c eines Planetengetriebes, über welches der Propeller angetrieben wird. Man erkennt wiederum eine Brennkammer 42, der die verdichtete Luft von dem Verdichter 40 zuströmt, Voreinspritzdüsen 43 und Haupteinspritzdüsen 44, eine Turbine 45 mit einem Läufer 45a, welcher den Verdichterläufer 40 a über eine Hohlwelle 46 treibt, und schließlich einen Austrittsteil, welcher von einerAußenwand 47 und einem zentralen, an Hohlstreben 49 getragenen Konus gebildet ist. Die rotierenden Teile 40 a, 45 a und 46 sind in Lagern 50 a, 50 b und 50 c gelagert.2 and 3, a gas turbine system with a compressor 40 is shown, the rotor 40 a of which carries a shaft stub 40 b at its front end. On this sits a sun gear 40 c of a planetary gear via which the propeller is driven. One can again see a combustion chamber 42, to which the compressed air from the compressor 40 flows, pre-injection nozzles 43 and main injection nozzles 44, a turbine 45 with a rotor 45a, which drives the compressor rotor 40a via a hollow shaft 46, and finally an outlet part which extends from an outer wall 47 and a central cone carried on hollow struts 49 is formed. The rotating parts 40 a, 45 a and 46 are stored in bearings 50 a, 50 b and 50 c.

Der Brennstoff gelangt von einem Tank 51. zu den Einspritzdüsen 43, 44; die Brennstoffzufuhr wird durch eine Pumpe 52 besorgt, welche den Brennstoff aus dem Tank an einen Brennstoffregler 53 abgibt. Von diesem führen zwei Rohre nach der Sammelleitung 56 der Vordüsen bzw. nach der Sammelleitung 57 der Hauptdüsen. Von diesen Sammelleitungen aus werden nämlich die Vordüsen bzw. die Hauptdüsen 43, 44 versorgt. Die Zu- und Abflußrohre des Reglers sind mit 54 a, 54 b und 55 a, 55 b bezeichnet.The fuel passes from a tank 51 to the injection nozzles 43, 44; the fuel supply is provided by a pump 52 which delivers the fuel from the tank to a fuel regulator 53. From this two pipes lead to the collecting line 56 of the pre-nozzles and to the collecting line 57 of the main nozzles. The pre-nozzles or main nozzles 43, 44 are supplied from these collecting lines. The inlet and outlet pipes of the regulator are denoted by 54 a, 54 b and 55 a, 55 b .

Die von der Pumpe nach den Düsen führenden Leitungen verlaufen im Regler durch ein Ventil 58 hindurch, welches bei Zerstörung der Welle 46 die Brennstoffzufuhr nach den Düsen abschneidet.The lines leading from the pump to the nozzles run in the Regulator through a valve 58, which if the shaft 46 is destroyed, the fuel supply after the nozzles cuts off.

Das Ventil 58 besteht aus einem hohlen Ventilgehäuse; in diesem ist ein Ventilkolben 59 beweglich angeordnet. Dieser weist Stege 59a, 59b, 59'c auf. Unter normalen Betriebsbedingungen nimmt der Ventilkolben die aus der Fig. 2 ersichtliche Stellung ein. 1n dieser Stellung stehen der Rohrabschnitt 54a und der Rohrabschnitt 54 b der von der Pumpe nach den Vordüsen führenden Leitung mit der zwischen den Stegen 59 a und 59 b gebildeten Kammer in Verbindung. Gleichzeitig stehen die Abschnitte 55 a und 55 b der nach den Hauptdüsen führenden Leitung mit der zwischen den Stegen 59 b und 59 c gebildeten Kammer in Verbindung. In diese Kammer führt außerdem auch eine Abzweigung 55 c, welche zu einem Teil des Rohrabschnitts 55 b parallel liegt. An das Ventilgehäuse ist ferner eine Rückflußleitung 62 angeschlossen, welche von der in der Zeichnung linken Stirnseite der Kammer nach der Ansaugseite der Pumpe 52 führt. Schließlich ist an die Kammer 64 auf der rechten Seite des Steges 59 e ein Abflußrohr 63 angeschlossen. In der Kammer 64 ist eine Schraubenfeder 65 untergebracht, welche den Ventilkörper 59 nach links drückt.The valve 58 consists of a hollow valve housing; in this a valve piston 59 is movably arranged. This has webs 59a, 59b, 59'c. Under normal operating conditions, the valve piston assumes the position shown in FIG. 1n this position are the tube portion 54a and the tubular portion 54 b of the leading from the pump to the pre-orifices line between the webs 59 a and 59 b chamber formed in connection. At the same time, the sections 55 a and 55 b of the line leading to the main nozzles are connected to the chamber formed between the webs 59 b and 59 c. A junction 55 c, which is parallel to part of the pipe section 55 b, also leads into this chamber. A return line 62 is also connected to the valve housing and leads from the end face of the chamber on the left in the drawing to the suction side of the pump 52. Finally, a drain pipe 63 is connected to the chamber 64 on the right side of the web 59 e. In the chamber 64 a coil spring 65 is accommodated, which presses the valve body 59 to the left.

An den Ventilkolben 59 ist ein Zugseil 66 angeschlossen, welches über Seilrollen 67 nach einem Arm eines Obertragungshebels 68 führt; dieser ist innerhalb des Konus 48 untergebracht. Sein anderer Arm ist an der Kolbenstange eines Kolbens 69 angelenkt. Der Kolben 69 ist in einem Kolbengehäuse 70 geführt und unterliegt der Einwirkung einer Druckfeder 71, welche ihn nach rechts zu verschieben sucht. Die Kolbenstange endet in einem Anschlag 69 b, welcher auf das Ende der Welle 46 hingerichtet ist. Durch die Feder 71 ist das Zugseil 66 gespannt. Außerdem verhindert diese Feder, daß der Kolben 69 mit den rotierenden Teilen der Maschine unter normalen Betriebsbedingungen in Berührung kommt.A pull cable 66 is connected to the valve piston 59, which over Pulleys 67 leads to an arm of a transmission lever 68; this is within of the cone 48 housed. His other arm is on the piston rod of a piston 69 hinged. The piston 69 is guided in a piston housing 70 and is subject the action of a compression spring 71, which seeks to move it to the right. The piston rod ends in a stop 69 b which is placed on the end of the shaft 46 is executed. The tension cable 66 is tensioned by the spring 71. Also prevented this spring that the piston 69 with the rotating parts of the machine under normal Operating conditions comes into contact.

Der Turbinenläufer 45a umfaßt einen Wellenstummel 72, welcher durch das Lager 50 b hindurch in den Konus 48 hineinreicht; in ein Innengewinde 72 a dieses Wellenstummels ist eine Hülse 73 eingeschraubt. Diese ist über eine Keilnutenverbindung 74 mit dem einen Ende einer Stange 75 verbunden; das andere Ende dieser Stange ist bei 7,6 zunächst dem Sonnenrad an einem nach innen weisenden Flansch 40 d des Wellenstummels 40 c des Verdichterläufers durch eine Keil-Nut-Verbindung befestigt. Eine Sicherung gegen axiale Verschiebung ist dadurch erreicht, daß eine mit der Stange 75 verbundene Ringschübe 75 a einerseits und eine auf die Stange 75 aufgeschraubte Mutter 75 b anderseits an dem Flansch 40 d anliegen. Die Hülse 73 trägt eine axiale Verlängerung 73 a, welche mit dem Anschlag 69 b des Kolbens 69 fluchtet, aber von diesem einen geringen Abstand hat.The turbine runner 45 comprises a stub shaft 72 which extends therethrough b through the bearing 50 in the cone 48; A sleeve 73 is screwed into an internal thread 72 a of this stub shaft. This is connected to one end of a rod 75 via a keyway connection 74; the other end of this rod is initially attached to the sun gear at 7.6 on an inwardly facing flange 40 d of the stub shaft 40 c of the compressor rotor by a wedge-groove connection. A safeguard against axial displacement is achieved by means connected to the rod 75 thrusts the ring 75 a on the one hand and a nut screwed onto the rod 75 nut 75 b on the other hand bear against the flange 40 d. The sleeve 73 carries an axial extension 73 a, which is aligned with the stop 69 b of the piston 69, but has a small distance therefrom.

Wenn die Welle 46 bei laufender Maschine zu Bruch geht, so dreht sich die Hülse 73 infolge ihrer Verbindung mit dem Läufer 40 a, welche über die Keilnuten 74, die Stange 75, die Keilnuten 76 und den Wellenstummel 40 b hergestellt ist, mit der Drehzahl des Läufers 40 a, während der Wellenstummel 72, welcher mit dem Turbinenläufer 45 a zusammengebaut ist, durch die Turbine eine Beschleunigung erfährt; der Wellenstummel 72 dreht sich daher relativ zu der Hülse 73, so daß diese rasch in axialer Richtung verschoben wird. Der Gang des Gewindes 72 ist so gewählt, daß bei einer relativen Verdrehung zwischen Hülse und Wellenstummel die Hülse 73 nach rechts verschoben wird und daß ihre Verlängerung 73a in Berührung mit dem Anschlag 69 b des Kolbens 69 tritt. Der Kolben 69 wird dann nach rechts verschoben. Durch die Bewegung des Kolbens 69 nach rechts wird der Übertragungshebel 68 verschwenkt, und das Zugseil 66 zieht den Ventilkörper 59 gegen die Feder 65 nach rechts in die Stellung der Fig. 3.If the shaft 46 breaks while the machine is running, the sleeve 73 rotates as a result of its connection with the rotor 40 a, which is made via the keyways 74, the rod 7 5, the keyways 76 and the stub shaft 40 b, with the Speed of the rotor 40 a, while the stub shaft 72, which is assembled with the turbine rotor 45 a , is accelerated by the turbine; the stub shaft 72 therefore rotates relative to the sleeve 73, so that it is quickly displaced in the axial direction. The course of the thread 72 is selected so that when there is a relative rotation between the sleeve and the stub shaft, the sleeve 73 is displaced to the right and that its extension 73a comes into contact with the stop 69b of the piston 69. The piston 69 is then shifted to the right. As a result of the movement of the piston 69 to the right, the transmission lever 68 is pivoted, and the pull rope 66 pulls the valve body 59 against the spring 65 to the right into the position of FIG. 3.

In der Stellung der Fig. 3 ist der Rohrabschnitt 54 a der nach den Vordüsen führenden Leitung über die Kammer 62 a mit der Rückflußleitung 62 verbunden, so daß der Brennstoff durch die Pumpe 52 in Kreislauf durch das Rohr 54 a, die Kammer 62 a und das Rohr 62 gepumpt wird; die Ventilkammer 60 steht in Verbindung mit dem Rohrabschnitt 54 b und der Abzweigung 55 c, während die Ventilkammer 61 mit dem Rohrabschnitt 55 b und dem Abflußrohr 63 in Verbindung steht; das Ende des Rohrabschnitts 55 a ist durch den Steg 59 b verschlossen, so daß der Brennstoff von den Rohrabschnitten 54 b und 55 b durch das Abflußrohr 63 abströmt. Dank dieser Anordnung wird die Brennstoffversorgung der Maschine rasch unterbrochen, so daß eine ernstliche Gefährdung der Maschine infolge überhöhter Drehzahl der Turbine ausgeschlossen ist.In the position of FIG. 3, the pipe section 54 a of the line leading to the pre-nozzles is connected via the chamber 62 a to the return flow line 62, so that the fuel is circulated by the pump 52 through the pipe 54 a, the chamber 62 a and the pipe 62 is pumped; the valve chamber 60 is in communication with the pipe section 54 b and the junction 55 c, while the valve chamber 61 is in communication with the pipe section 55 b and the drain pipe 63; the end of the pipe section 55 a is closed by the web 59 b , so that the fuel flows from the pipe sections 54 b and 55 b through the drain pipe 63. Thanks to this arrangement, the fuel supply to the machine is quickly interrupted, so that serious danger to the machine as a result of excessive speed of the turbine is excluded.

Eine ähnliche Absperrung der Brennstoffzufuhr tritt ein, wenn das Lager 50b, das den Turbinenläufer axial festlegt, zerstört wird. In diesem Fall wird der Turbinenläufer 45a durch die auf ihn einwirkende Gasbelastung nach hinten verschoben, so daß der Ventilkolben 59 auch wieder nach rechts gezogen wird. Die Verschiebung des Rotors 45 a nach hinten ist deshalb möglich, weil die Welle 46 mit dem Verdichterrotor 40 a über eine Keilverbindung 78 verbunden ist.A similar shut-off of the fuel supply occurs if the bearing 50b, which axially fixes the turbine runner, is destroyed. In this case, the turbine rotor 45a is displaced backwards by the gas load acting on it, so that the valve piston 59 is also pulled to the right again. The displacement of the rotor 45 a to the rear is possible because the shaft 46 is connected to the compressor rotor 40 a via a spline connection 78.

In Fig. 4 ist eine Gasturbinenanlage mit zwei Wellen dargestellt. Sie umfaßt einen Niederdruckverdichter 80 mit einem Läufer 80 a, einen Hochdruckverdichter 81 mit einem Läufer 81a, eine Brennkammer 82, eine Hochdruckturbine 83 mit düsenartigen Leitschaufeln 83 a und einem Läufer 83 b, eine Niederdruckturbine 84 mit Eintrittsleitschaufeln 84 a und einem Läufer 84 b und einem Austrittsteil 85; sämtliche Teile liegen hintereinander in dem Gasstrom.4 shows a gas turbine system with two shafts. It comprises a low pressure compressor 80 with a rotor 80 a, a high pressure compressor 81 with a rotor 81 a, a combustion chamber 82, a high pressure turbine 83 with nozzle-like guide vanes 83 a and a rotor 83 b, a low pressure turbine 84 with inlet guide vanes 84 a and a rotor 84 b and an exit part 85; all parts lie one behind the other in the gas flow.

Der Läufer 84 b der Niederdruckturbine ist über eine Hohlwelle 86 mit dem Läufer 80 a des Niederdruckverdichters verbunden. Die Welle 86 ist dabei über den Läufer 80a hinaus verlängert und trägt an ihrer Verlängerung ein Sonnenrad 87 des den Propeller treibenden Planetengetriebes.The rotor 84 b of the low-pressure turbine is via a hollow shaft 86 connected to the rotor 80 a of the low-pressure compressor. The shaft 86 is there extended beyond the rotor 80a and carries a sun gear on its extension 87 of the planetary gear driving the propeller.

Der Läufer 83 b der Hochdruckturbine ist über eine Hohlwelle 88 mit dem Hochdruckverdichter 81 a verbunden; die Hohlwelle 88 umgibt die Welle 86 koaxial.The rotor 83 b of the high pressure turbine is connected via a hollow shaft 88 the high pressure compressor 81 a connected; the hollow shaft 88 surrounds the shaft 86 coaxially.

Um überhöhte Drehzahlen des Turbinenläufers 84 b im Falle eines Bruches der Welle 86 zu vermeiden, ist eine Brennstoffabsperreinrichtung vorgesehen, wie sie in Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist. Das Betätigungsgestänge dieser Einrichtung ist in der Fig. 4 eingezeichnet. Entsprechende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in den Fig.2 und 3.To excessive speeds of the turbine rotor 84 b in the event of a break To avoid shaft 86, a fuel shut-off device is provided, such as it has been described in Figs. The operating linkage of this device is shown in FIG. 4. Corresponding parts are the same Reference numerals denote as in FIGS. 2 and 3.

Aus mehreren Gründen ist es nicht erforderlich, in der Brennstoffversorgung der Hochdruckturbine 83 b eine derartige Regelung vorzusehen. Der erste Grund hierfür ist, daß im Falle einer Zerstörung der Welle 88 die Turbine 83 b sich unter der Wirkung des Gasdrucks nach rückwärts verschiebt und dabei in Berührung mit den Leitschaufeln 84a kommt. Die dadurch entstehende Reibung erzeugt ein wirksames Bremsmoment auf den Turbinenläufer, der allein durch diese Bremsung rasch verlangsamt wird. Der zweite Grund ist, daß infolge einer Zerstörung der Welle 88 der Hochdruckverdichter 81a nicht mehr angetrieben wird und deshalb eine erhebliche Verringerung des Druckverhältnisses in den Turbinen eintritt; die Herabsetzung des Druckverhältnisses fällt viel schwerer ins Gewicht als im Falle einer Zerstörung der Welle 86. Das auf die Turbine einwirkende Drehmoment ist daher sehr gering. Der dritte Grund liegt darin, daß bei einer Zerstörung der Welle 88 das durch die Niederdruckturbine 84b auf den Propeller übertragene Drehmoment verringert wird; wodurch eine Herabsetzung der Propellerdrehzahl eintritt;. durch die gewöhnlich verwendeten Einstellvorrichtngen der Propellerblattsteigung wird der Einstellwinkel der Propellerblätter vergrößert, was eine weitere Verlangsamung der Maschine nach sich zieht. Der vierte und letzte Grund ist, daß bei Gasturbinenanlagen mit zwei Wellen die Brennstoffpumpe gewöhnlich vom Läufer des Hochdruckverdichters angetrieben wird, so daß im Falle einer Zerstörung der Welle 88 die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird.For several reasons it is not necessary in the fuel supply the high-pressure turbine 83 b to provide such a control. The first reason for this is that in the event of destruction of the shaft 88, the turbine 83 b is under the Effect of the gas pressure shifts backwards while in contact with the guide vanes 84a is coming. The resulting friction generates an effective braking torque the turbine runner, which is quickly slowed down by this braking alone. Of the The second reason is that, as a result of the destruction of the shaft 88, the high pressure compressor 81a is no longer driven and therefore a considerable reduction in the pressure ratio enters the turbines; it is much more difficult to reduce the pressure ratio more important than in the case of a destruction of the shaft 86. That acting on the turbine Torque is therefore very low. The third reason is that in the event of destruction of the shaft 88 that transmitted to the propeller by the low pressure turbine 84b Torque is decreased; as a result of which the propeller speed is reduced ;. through the commonly used propeller pitch adjustment devices the pitch angle of the propeller blades is increased, which slows down further of the machine. The fourth and final reason is that in gas turbine plants with two shafts the fuel pump usually from the high-pressure compressor rotor is driven, so that in the event of destruction of the shaft 88, the fuel supply is interrupted.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Safety device against overspeed of Gas turbines, which shut off the fuel supply when the driving turbine shaft is moving relative to the driven compressor or power shaft when it breaks, relatively twisted, characterized in that the shut-off by a relative rotation of the two shafts axially displacing member (26, 73) is actuated, which is part of a the ends of the linkage connecting the two shafts.

2. Safety device according to claim 1, characterized in that the member ( 26, 73) which moves axially during relative rotation of the shafts contains a threaded connection (23, 24 or 72) consisting of a screw and nut.

3. Safety device according to claim 1 or 2, characterized in that the turbine shaft and the compressor or power shaft are hollow shafts (10a, 14, 46) and in their interior the connecting rod and the member (22, which moves axially with relative rotation of the shafts) 23, 24, 26 or 73, 75) .

4. Safety device according to claim 3, characterized characterized in that the connecting rod has a tube (26) which with coupled to one shaft (10a) by an axially displaceable connection (26a, 26b) and acts on the fuel shut-off valve (20) via a linkage (28, 29; 30), and a rod (22) which is rigidly connected to the other shaft part (13a) is, the tube (26) at the other end a nut sleeve (24) and the rod (22) carries a screw (23) engaging therein.

5. Safety device according to claim 3, characterized in that the connecting rod has a rod (75), which is rigidly attached at one end to the one stub shaft (40b) and at its other end via an axially displaceable keyway connection (74) is coupled to a sleeve (73) which is inserted into the internal thread (72a) of the other Stub shaft (72) is screwed in and via rods (69, 68, 66) on the fuel shut-off valve (58) acts.

6. Safety device according to claim 1 to 5, characterized in that the linkage (28, 29, 40) is mounted in a ball bearing ( 27) on the shaft (10a).

7. Safety device according to claim 6, characterized in that the inner ring of the ball bearing (27) is mounted axially displaceably, that the tube (26) carries a cross piece (26a) which with radially protruding arms through longitudinal slots (10 h) of the shaft ( 10a) engages through and acts on the inner ring, while the outer ring of the ball bearing (27) is connected to the linkage (28, 29, 30).

8. Safety device according to claim 5, characterized in that that the sleeve (73) acts on a piston (69) which via a cable (66) with the fuel shut-off valve (58) is connected.

9. Safety device according to Claim 8, characterized in that the piston (69) and fuel control valve (58) are spring-loaded so that there is always tensile stress in the cable (66).

10. Safety device according to claims 8 and 9, characterized in that the piston (69) acts on an angle lever (68) acts, at one end of which the cable (66) is attached, and that the other End of the cable (66) on the valve body (59) of the fuel shut-off valve (58) attacks.

11. Safety device according to claim 10, characterized in that the valve body (59) of the shut-off valve (58) of two settings able to is, namely a first, in the fuel via separate lines to the pre and main nozzles of the combustion chamber, and a second in which the fuel supply to the combustion chamber is interrupted and the fuel is fed to a drain. Documents considered: German Patent No. 733 037; British U.S. Patent No. 752,009. In. Older patents considered: German patent # 1030 622.