DE1147596B

DE1147596B - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer durch Druckluft schwankenden Drucks angetriebenen Turbine

Info

Publication number: DE1147596B
Application number: DEB38629A
Authority: DE
Inventors: Edward Charles Palmenberg
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1955-01-20
Filing date: 1956-01-07
Publication date: 1963-04-25
Also published as: FR1145734A; US2886048A

Description

Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer durch Druckluft schwankenden Drucks angetriebenen Turbine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer durch Druckluft schwankenden Drucks angetriebenen Turbine mittels eines Organs, das den Zufiuß der Druckluft zur Turbine steuert und von einem statischen Drehzahlregler hydraulisch betätigt wird.
Solche Turbinen werden z. B. in Flugzeugen zum Antrieb der Bordgeneratoren und isonstiger Hilfsmaschinen benutzt; dort wird die Druckluft für diese Turbinen dem Verdichter des Flugzeug-Triebwerks entnommen. Mit der Flughöhe und mit der Triebwerksleistung schwankt der Druck der dem Triebwerk entnommenen Luft sehr, und das macht bei der Drehzahlregelung der damit zu treibenden Turbinen besondere Malinahmen nötig, damit die Drehzahl des vom Generator erzeugten Stroms recht konstant sei.
Ein bekanntes Mittel, die Drehzahl von Turbinen von Druckschwankungen der Treibmittelquelle unabhängig zu machen, besteht darin, in der Treibmittelzuleitung zur Turbine ein Druckminderventil anzuordnen; das ist z. B. von Torpedo-Druckluftturbinen her bekannt. Auch die Erfindung enthält dieses Mittel.
Nach der Erfindung ist also - dies ist die erste der in ihr verbundenen Maßnahmen - in der Druckluftzuleitung vor dem vom statischen Drehzahlregler betätigten, im folgenden als Drehzahlregelorgan bezeichneten Regelorgan ein anderes Regelorgan angeordnet, das abhängig von dem vor dem Drehzahlregelorgan herrschenden Luftdruck so betätigt wird, daß es den vor dem Drehzahlregelorgan herrschenden Luftdruck konstant hält. Dies andere Organ wird im folgenden als Druckregelorgan bezeichnet.
Dieses Druckregelorgan ist an sich eine unerwünschte Komplizierung. Die Erfindung will es daher auch für einen anderen Zweck, nämlich für die Sicherung gegen Überdrehzahl benutzen und so das für diese Sicherung sonst übliche Ventil entbehrlich machen. Zum Schutz gegen Überdrehzahl haben die meisten Turbinen ein Schnellschlußventil, das bei Überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl von einem Schnellschlußregler geschlossen wird und danach von Hand wieder geöffnet werden muß. und das bei manchen Turbinen, damit der Schnellschlußregler möglichst nicht anzusprechen braucht, außerdem von einem Grenzdrehzahlregler, das ist einem astatischen, auf eine etwas niedrigere als jene höchstzulässige Drehzahl ansprechenden Regler betätigt, nämlich bei Erreichen dieser Grenzdrehzahl geschlossen und, wenn diese Grenzdrehzahl wieder unterschritten ist, selbsttätig geöffnet wird. Solchen Grenzdrehzahlregler benutzt auch die Erfindung; einen Schnellschlußregler sieht sie nicht vor, und solcher fehlt bei manchen Turbinen, auch z. B. bei manchen Druckluftturbinen für Flugzeug-Bordgeneratoren mit mechanischer, nicht hydraulischer Drehzahlregelung, überhaupt.
Erfindungsgemäß wird also - dies ist die zweite der in der Erfindung kombinierten Maßnahmen -das in der Druckluftzufuhrleitung vor dem Drehzahlregelorgan angeordnete, luftdruckabhängig betätigte Druckregelergan von einem astatischen zweiten Drehzahlregler, der im folgenden Grenzdrehzahlregler genannt wird, mittels Druckluft so betätigt, daß es Drehzahlanstieg über einen einstellbaren Grenzwert verhindert.
Die Erfindung läßt sich dadurch verwirklichen, daß das Drehzahlregelorgan in an sich bekannter Weise gegen die Kraft einer Feder von einem hydraulischen Kraftkolben; dem Drucköl von einer Zahnradpumpe über ein vom statischen Drehzahlregler betätigtes Ventil zuströmt, geöffnet wird.
Ferner kann das Druckregelorgan in an sich bekannter Weise von einem Kolben, der einerseits dem vor dem Drehzahlregelorgan herrschenden Luftdruck und andererseits der Kraft einer Feder ausgesetzt ist, betätigt werden.
Und endlich kann das Druckregelorgan gegen die Kraft einer Feder von einem Kolben betätigt werden, der, wenn der Grenzdrehzahlregler anspricht, Druckluft über ein Ventil erhält und das Druckregelorgan schließt.
Dies letztgenannte Ventil kann ein Kugelventil mit einem Schließkolben sein, der unter der Kraft einer Feder die Kugel in Schließstellung hält, hinter dem aber ein Entleerungsventil angeordnet ist, das dann, wenn der Grenzdrehzahlregler anspricht, sich öffnet und den Kolben unter der Wirkung der Druckluft sich abheben und die Kugel freigeben läßt.
Und eine besonders einfache, gedrängte, leichte Bauart ergibt sich, wenn die beiden Regelorgane als Rohrschieber ausgebildet und im gemeinsamen Zylinder angeordnet und ihre Betätigungskolben nebst ihren Federn innerhalb der Rohrschieber angeordnet sind.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Turbine nebst dem Drehzahlregler, dem Grenzdrehzahlregler und der Ölpumpe, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den gemeinsamen Zylinder und darin rechts den vom Drehzahlregler und links den vom Druckregler und vom Grenzdrehzahlregler gesteuerten Rohrschieber nebst den Eintritts- und Austrittsstutzen für die Treibluft, Fig. 3 in von rechts gesehener Teilansicht dieses Zylinders die Anschlüsse der Steuerölzufluß- und -abf(ußleitungen für das Drehzahlregelorgan, Fig. 4 im Schnitt A-A das vom Grenzdrehzahlregler betätigte Kugelventil, das die, Druckluft für den das Druckregelorgan bei überschreitung der Grenzdrehzahl schließenden Kolben steuert, und in Teilansicht den Anschluß der Steuerluft an das Druckregelorgan, Fig. 5 im Schnitt das Steueröl-Überdruckventil.
In Fig. 1 bedeutet 1- die Turbine, 2 ihr Laufrad, 3 dessen Welle, 4 die Wellenlager, 5 das Lagergehäuse, 7 die Druckluft-Eintrittsspirale, 8 den Leitschaufelkranz und 9 den Luftaustrittskanal.
In Fig. 2 bezeichnen 18 das vom Druckregler und vom Grenzdrehzahlregler gesteuerte und 22 das vom Drehzahlregler gesteuerte Organ; sie sind, wie oben erwähnt, als Rohrschieber ausgebildet und sind im gemeinsamen, mit 10 bezeichneten Zylinder angeordnet. Die Pfeile zeigen den Strom der Druckluft; 11 und 12 bezeichnen die Steueröffnungen.
Im Drehzahlregelorgan 22 betätigt die Feder 28 den Rohrschieber 29 im öffnenden Sinne und der im Zylinder 35 gleitende Kolben 36 diesen Schieber im Schließsinne; der Kolben wird über die Leitung 39 mit Steueröl von drehzahlabhängigem Druck beaufschlagt.
Das Drucköl wird durch die in Fig. 1 gezeigte Zahnradpumpe 41, die über das Zahnradgetriebe 42 von der Turbinenwelle her angetrieben wird, gefördert und strömt einesteils durch das in Fig. 1 sichtbare, im statischen Drehzahlreger 43 enthaltene, später zu beschreibende Steuerorgan zum Kraftkolben des drehzahlabhängigen Organs 22, andernteils durch das in Fig. 5 gezeigte Überdruckventil 46 zu einem Sammelbehälter zurück. Der statische Drehzahlregler 43 verschiebt in seiner hohlen Welle 48, die durch das Zahnrad 49 gedreht wird und im Lager 50 gelagert ist, den Schieber 51; dieser,-vermittels seines tellerförmigen Endes 52 einerseits von der Reglerfeder 53, andererseits über die Winkelhebel 57 mit Rollen 59 von den Fliehgewichten 61 verschoben, steuert mit seinem konischen Teil 62 die Durchlässe 63; sein kolbenförmiges Ende 64 schließt die Bohrang der Hohlwelle ab. Von den Durchlässen 63 fließt die drehzahlabhängige Menge Steueröls durch die Leitung 39 (Fig. 2 und 3) zum Kraftkolben 36 des Regelorgans 22 und von dort, wie in Fig: 2 zu sehen, teilweise durch eine mittels Schraube 60 einstellbare Ablauföffnung und von dort durch den Ablaufkanal 65 und die Ablaufleitung 66 (Fig. 3) zum anderen Teil als Leck- und Kühlöl, nämlich zwischen dem Zylinder 35 und dem Kolben 36 hindurchleckend und diese kühlend, in den zwischen den Zylindern 35 und 67 vorhandenen Ringraum 68, in den es durch die C)ffnung 71 gelangt, und von dort ebenfalls in den Ablaufkanal und die Ablaufleitung 66 ab.
Im Druckregelorgan 18, das den vor dem Drehzahlregelorgan 22 herrschenden Luftdruck konstant halten soll, betätigt die Feder 74 den Rohrschieber 77 im öffnenden Sinne und der im folgenden näher beschriebene Kolben 89 den Schieber im schließenden Sinne. Im Zylinder 82, in den der Leitungsanschluß 84 vom Grenzdrehzahlregler gesteuerte Druckluft einführt, gleitet, durch diese vom Grenzdrehzahlregler gesteuerte Druckluft in den Rohrschieber 77 schließendem Sinne und von der Feder 87 in dem den Rohrschieber öffnenden Sinne beaufschlagt, der Kolben 88, und in diesem gleitet der erwähnte Kolben 89; dieser erhält auf seiner vom Kolben 88 umschlossenen Seite 90 durch seine hohle Stange 91; die luftdicht in der Dichtung 92 gleitet, Druckluft aus dem Innern des Zylinders 10, also aus jener Stelle der Treibluftleitung, an der der Luftdruck konstant gehalten werden soll. Wenn die Drehzahl normal ist, also der Grenzdrehzahlregler keine Druckluft auf den Kolben 88 gelangen läßt, wird dieser von der Feder 87 ganz links gehalten und die Stellung des Rohrschiebers 77 nur vom Kolben 89, also nur durch etwaigen überschuß des Treibluftdruckes über seinen konstant zu haltenden Sollwert bestimmt; aber wenn die Grenzdrehzahl überschritten wird, so wird der Kolben 88 mit Steuerluft beaufschlagt und in seine rechte Endstellung verschoben werden und den Kolben 89 und den Rohrschieber 77 ebenfalls in ihre rechte Endstellung bringen, also die Treibluftzufuhr zur Turbine absperren.
Es bezeichnen 97 (Fig. 1) das Entleerungsventil, das bei überschreiten der Grenzdrehzahl sich öffnet, 98 den Grenzdrehzahlregler, der bei Überschreiten der Grenzdrehzahl Steuerluft zum Kolben 88 gelangen lä.ßt, 99 die Leitung für diese Steuerluft und 101 das Ventil, welches den vom Grenzdrehzahlregler kommenden Steuerölimpuls in den Steuerluftimpuls umwandelt. Ferner bedeutet 103 (Fig. 4) die Steuerölleitung dieses Ventils, 104 seinen Steuerkolben, der einerseits vom Steueröl und von der Feder 105, andererseits von der aus der Treibluftzufuhrleitung durch die CSffnung 107 kommenden Druckluft beaufschlagt wird, und 106 die Ventilkugel; diese gibt, wenn das Entleerungsventil 97 geöffnet, also die Steuerölleitung 103 drucklos und der Kolben 104 entlastet wird, die Steuerluftleitung 99 frei. Im Entleerungsventil 97 ist 108 der Ventilteller und 110 seine Schließfeder. Im Grenzdrehzahlregler 98 bezeichnet 116 die Regenmuffe, 118 die Regenfeder und 120 die Fliehgewichte; diese drängen bei Anspechdrehzahl sich auswärts und die Muffe gegen di( Feder, so daß der Ventilteller 108 von seinem Siz abgehoben wird.
In Fig.5, die das Steueröl-überdruckventil 46 zegt, bedeuten 44 die Steueröl-Druckleitung und 40 di; Überströmleitung.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl einer durch Druckluft schwankenden Drucks angetriebenen Turbine mittels eines Organs, das den Zufiuß der Druckluft zur Turbine steuert und von einem statischen Drehzahlregler hydraulisch betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckluftzuleitung vor dem vom statischen Drehzahlregler betätigten (im folgenden als Drehzahlregelorgan bezeichneten) Regelorgan (22) ein anderes Regelorgan (18) angeordnet ist, das erstens abhängig von dem vor dem Drehzahlregelorgan herrschenden Luftdruck so betätigt wird, daß es den vor dem Drehzahlregelorgan herrschenden Luftdruck konstant hält, und zweitens von einem astatischen zweiten Drehzahlregler (im folgenden als Grenzdrehzahlregler bezeichnet) mittels Druckluft so betätigt wird, daß es Drehzahlanstieg über einen einstellbaren Grenzwert verhindert (dies andere Organ 18 wird im folgenden als Druckregelorgan bezeichnet).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlregelorgan (22) in an sich bekannter Weise gegen die Kraft einer Feder von einem hydraulischen Kraftkolben (36), dem Drucköl von einer Zahnradpumpe (41) über ein vom statischen Drehzahlregler (43) betätigtes Ventil ausströmt, geöffnet wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelorgan (18) in an sich bekannter Weise von einem Kolben (89), der einerseits dem vor dem Drehzahlregelorgan (22) herrschenden Luftdruck und andererseits der Kraft einer Feder (74) ausgesetzt ist, betätigt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelorgan (18) gegen die Kraft einer Feder (87) von einem Kolben (85) betätigt wird, der, wenn der Grenzdrehzahlregler (98) anspricht, Druckluft über ein Ventil (101) erhält und das Druckregelorgan (18) schließt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (101) ein Kugelventil mit einem Schließkolben (104) ist, der unter der Kraft einer Feder (105) die Kugel (106) in Schließstellung hält, hinter dem aber ein Entleerungsventil (97) angeordnet ist, das dann, wenn der Grenzdrehzahlregler (98) anspricht, sich öffnet und den Kolben (104) unter der Wirkung der Druckluft sich abheben und die Kugel (106) freigeben läßt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Regelorgane (22; 18) als Rohrschieber (29; 77) ausgebildet und in gemeinsamem Zylinder angeordnet und daß ihre Betätigungskolben (36; 86; 90) nebst ihren Federn (28; 74; 87) innerhalb der Rohrschieber angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 431122, 488 349, 555 541, 562 504, 572 205; österreichische Patentschrift Nr. 17 622; schweizerische Patentschrift Nr. 311920; Zeitschrift »SAE-Journal« vom Mai 1952, S.45 bis 48; Taschenbuch »Hütte«, 28. Auflage, 1954, Bd.11A, S. 1258, 1259; Buch »Dampfturbinen« von D i e t z e1, Verlag Westermann, Braunschweig, 1950, S. 259, 260, 267, 268.