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Steuer- und Regelanlage für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung betrifft
eine Steuer- und Regelanlage für Gasturbinentriebwerke zum Antrieb von Luftschrauben
oder Hubschrauberrotoren mit verstellbarer Blattsteigung, mit einem in die Brennstoffzufuhr
eingreifendenTriebswerks-Drehzahlregler und mit einer Einrichtung zur Begrenzung
der Turbinentemperatur.
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Bei bekannten Anlagen dieser Art erfolgt die Verstellung der Blattsteigung
von Hand unabhängig oder gekuppelt mit der Einstellung des in die Brennstoffzufuhr
eingreifenden Drehzahlreglers. Die Einrichtung zur Begrenzung der Turbinentemperatur
besteht aus einer Druckdose, die am Lufteintritt des Kompressors angeordnet ist
und den Druck und die Temperatur der Luft vor dem Triebwerk erfaßt, sowie entsprechend
der Änderung dieser Größen die Brennstoffzufuhr beeinfiußt, um ein gleichmäßiges
Brennstoff-Luft-Gemisch unabhängig von Lufttemperatur und Flughöhe, also der Luftdichte,
zu gewährleisten und Überhitzungen des Triebwerkes durch zu fettes Brennstoff=Luft-Gemisch
zu verhindern. Jedoch ist keine auf die tatsächliche Turbinentemperatur ansprechende
Temperaturbegrenzungseinrichtung vorgesehen, so daß bei von der Blattsteigung unabhängiger
Einstellbarkeit des Drehzahlreglers die Gefahr einer Triebwerksüberlastung nicht
ausgeschlossen werden kann.
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Es sind weiter Steuer- und Regelanlagen für Gasturbinen bekannt, bei
welchen die Brennstoffzufuhr von Hand und gekuppelt damit ein in die Blattsteigung
eingreifender Drehzahlregler verstellbar ist. Die Einrichtung zur Begrenzung der
Turbinentemperatur spricht auf die tatsächliche Turbinentemperatur an und verringert
oder unterbricht die Brennstoffzufuhr, sobald die Turbinenauslaßtemperatur einen
vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Triebwerke mit derartigen Steuer- und Regelanlagen
arbeiten mit konstanter Leistung, was häufig, und insbesondere beim Landevorgang,
als nachteilig empfunden wird. Nachteilig ist ferner, daß die Änderung der Drehzahl
verhältnismäßig träge erfolgt, weil sie nur über die Änderung der Blattsteigung
möglich ist.
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Dieser Nachteil gilt allgemein auch für andere bekannte Steuer- und
Regelanlagen für Gasturbinen, bei welchen die Drehzahlregelung nicht durch Eingriff
in die Brennstoffzufuhr erfolgt. So ist es bekannt, die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit
von der Gastemperatur in der Turbine und die Blattsteigung über einen Drehzahlregler
in Abhängigkeit von der Drehzahl zu steuern. Es kann auch ein den jeweils gewünschten
Betriebsbedingungen des Triebwerkes optimal entsprechender Temperaturwert als Sollwert
vorgegeben und mit diesem die Gastemperatur als Istwert verglichen werden. Entsprechend
den Regelabweichungen von Soll- und Istwert wird die Brennstoffzufuhr gesteuert.
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Bei anderen bekannten Steuer- und Regelanlagen für Gasturbinen wird
die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von einer Funktion gesteuert, die aus der Drehzahl
des Triebwerkes sowie der Eingangstemperatur und dem Ausgangsdruck des Kompressors
gebildet wird. Die Verstellung der Blattsteigung erfolgt manuell oder über einen
Drehzahlregler. Im ersteren Fall sind Überlastungen des Triebwerkes nicht ausgeschlossen,
im letzteren Fall arbeitet das Triebwerk wieder mit praktisch konstanter Leistung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Regelanlage
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unabhängig von der Drehzahl in die
Blattverstellung eingegriffen werden kann, ohne daß dabei wegen der damit verbundenen
Leistungsänderung des Triebwerkes die Gefahr einer Triebwerksüberlastung entsteht.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Verstellung
der Blattsteigung in an sich bekannter Weise ein umsteuerbarer Elektromotor dient,
der
a) entweder von einem Handhebel mittels eines Steuerschalters
willkürlich geschaltet und über einen an die Temperaturmeßeinrichtung angeschlossenen
Schaltkasten bei Erreichen der vorgegebenen Grenztemperatur bei Lauf in Richtung
größerer Blattsteigung angehalten und bei überschreiten dieser Temperatur in Richtung
kleinerer Blattsteigung geschaltet wird b) oder durch Betätigung einer Einrichtung
selbsttätig so geschaltet wird, daß die Turbinentemperatur auf einem vorgeschriebenen
Wert bleibt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperaturüberwachungseinrichtung im Turbinenaustritt angeordnete Thermoelemente
und im Schaltkasten ein Gerät zum Vergleichen des Istwertes und Sollwertes, Kippschaltungen
und zwei Relais zum Schalten des Stellmotors mittels Schütze aufweist, wobei bei
Gleichheit von Istwert und Sollwert eines der Relais und bei Überschreiten des Sollwertes
durch den Istwert auch das andere Relais eingeschaltet wird. Vorteilhaft sind zum
Einschaltender in den verschiedenen Betriebszuständen zulässigen-größten Blattsteigung
Schalter vorgesehen, die in Abhängigkeit vom Steigungswinkel geschaltet werden und
von denen einige Schalter in Serie mit den Motorschaltschützen liegen. Weiter ist
vorgesehen, daß der Handhebel mit einer Vorrichtung zur Anzeige des Steigungswinkels
versehen und hierzu an eine Rückmeldevorrichtung angeschlossen ist, die eine gegen
Federdnick freie Verstellung des Handhebels zuläßt.
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Die .durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen-
darin, daß die Drehzahl des Triebwerkes durch einen allein in die Brennstoffzufuhr
des Triebwerkes eingreifenden Regler konstant gehalten und unabhängig hiervon durch
Hand oder eine Automatik der Steigungswinkel verstellt werden kann, wobei jedoch,
um eine überlastung des Triebwerkes zu vermeiden, der Steigungswinkel mittels der
Temperaturbegrenzungseinrichtung automatisch begrenzt oder verringert wird, wenn
die Triebwerkstemperatur einen vorgebbaren Höchstwert erreicht oder überschreitet.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch den mechanischen Teil einer erfindungsgemäßen
Steuer- und Regelanlage für eine Gasturbine zum Antrieb einer Luftschraube mit elektrisch
verstellbarer Blattsteigung; F i g. 2 zeigt den elektrischen Teil der in F i g.
1 dargestellten Steuer- und Regelanlage bei abgestellter Turbine und einer Einstellung
der Blattsteigung entsprechend dem Fall eines sich in Ruhe befindlichen Flugzeuges;
F i g. 3 zeigt eine schematische schaubildliche Darstellung des Stellhebels für
die Blattsteigung und einer mit der Verstelluftschraube und dem Stellhebel verbundenen
Rückneldevorrichtung; F i g. 4 zeigt eine Vorderansicht des in F i g. 3 dargestellten
Stellhebels in größerem Maßstab; F i g. 5 zeigt eine Seitenansicht des Gegenstandes
der F i g. 4 mit teilweise weggebrochenen Teilen; F i g. 6 zeigt schematisch den
mechanischen Teil einer erfindungsgemäßen Steuer- und Regelanlage für eine Gasturbine
zum Antrieb einer hydraulisch betätigten Verstelluftschraube; F i g. 7 zeigt den
elektrischen Teil der in F i g. 6 dargestellten Steuer- und Regelanlage unter den
gleichen Betriebsbedingungen wie in F i g. 2; F i g. 8 zeigt schematisch den mechanischen
Teil einer erfindungsgemäßen Steuer- und Regelanlage für eine einen Hubschrauberrotor
antreibende Gasturbine; F i g. 9 zeigt eine Teilansicht des elektrischen Teils der
in F i g. 8 dargestellten Steuer- und Regelanlage, wobei die Turbine abgestellt
und der Rotor auf die Steigung Null eingestellt ist.
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Das in F i g.1 schematisch dargestellte Turbotriebwerk umfaßt einen
Verdichter 1, eine Turbine 2 und eine Verstelluftschraube 3, deren Blattsteigung
mittels eines Elektromotors 4 verstellbar ist. DasTurbotriebwerk wird mit Hilfe
eines Stellhebels 5 für die Drehzahl und eines Stellhebels 6 für .die Blattsteigung
gesteuert. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine Brennstoffpumpe 7, welche den
Brennstoff einem Vorratsbehälter 8 entnimmt und ihn in eine Leitung 9 fördert, in
welche ein Hahn 10 mit einer Umgehungsleitung 11 und einer darin liegenden einstellbaren
Langsamlaufdüse 12 eingeschaltet ist. Die Pumpe 7 besitzt ebenfalls eine Umgehungsleitung
13 mit einem Regelventil 14 und eine Umgehungsleitung 15 mit einer Drossel 16. In
die Leitung 9 ist ein Dosierventil 17 eingeschaltet, dessen Öffnung von einem durch
eine übertragung 19 mit der Turbine verbundenen Drehzahlregler18 gesteuert wird.
Der Hebel 20 zur Voreinstellung der Drehzahl ist mit dem Hahn 10 durch eine einen
Zwischenhebel 22 enthaltende übertragung 21 verbunden. Die Anordnung wird durch
den Stellhebel 5 gesteuert. Die Leitung 9 führt hinter dem Dosierventil 17 zu den
Speiseeinspritzern der Turbine und ist mit einem Absperrhahn 23 versehen, welcher
durch ein mit einer Wicklung 24 versehenes Relais elektrisch betätigt wird. Zwei
handbetätigte Feuerschutzabsperrhähne 25 und 26 sind zwischen dem Vorratsbehälter
8 und der Pumpe 7 bzw. dem Dosierventil 17 und dem Absperrhahn 23 angeordnet. Diese
durch einen Stellhebel 27 von Hand betätigten Feuerschutzabsperrhähne sind
miteinander durch eine einen Zwischenhebel 28 enthaltende mechanische Übertragung
27a verbunden. Der Feuerschutzabsperrhahn 25 betätigt einen Umschalter 29, dessen
Zweck weiter unten noch erläutert wird.
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Die Einstellung der Blattsteigung erfolgt durch den Elektromotor 4,
welcher unter der Haube der Schraube 3 angeordnet ist und von einem Temperaturregler
30 gesteuert wird, der einen Spannungsteiler 31 enthält, dessen Schieber 32 zur
Einstellung der Solltemperatur T dient, welche von den Gasen am Austritt der Turbine
nicht überschritten werden darf. Ein oder mehrere im Ausgangsdifusor 34 der Turbine
angeordnete Thermoelemente 33 liefern dem Temperaturregler 30 die Anzeige derwirklichen
Temperatur t der aus der Turbine austretenden Gase.
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Die Änderungen der Blattsteigung werden über ein Kabelsystem 36 mit
Rollen 37, 38 und 39 auf den mit einer Scheibe 35 versehenen Stellhebel 6 für die
Einstellung der Blattsteigung übertragen und von diesem an seiner feststehenden
Führung 6 a angezeigt. Eine Ausführungsform dieser Rückmeldevorrichtung ist weiter
unten unter Bezugnahme auf die F i g. 3 bis 5 beschrieben. In dem vereinfachten
Schema der F i g. 1 trägt die Rolle 38 einen Nocken 40 zur Betätigung von vier Schaltern
41, 42, 43 und 44, die in Abhängigkeit vom Steigungswinkel geschaltet werden
und
.den in den verschiedenen Betriebszuständen zulässigen größten Blattsteigungen zugeordnet
sind.
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Der Stellhebel 6 für die Blattsteigung ist auf der Welle 45 der Scheibe
35 drehbar, wird aber von dieser, wenn er nicht von Hand betätigt wird, über zwei
Federn 46 mitgenommen, die sich an zwei an der Scheibe festen Anschlägen 47 abstützen.
Der Stellhebel trägt eine Verlängerung 48 zum Schließen der normalerweise offenen
Steuerschalter 49 und 50, welche an der Scheibe 35 gehalten und in die Stromkreise
des Motors 4 eingeschaltet sind.
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Die in F i (y. 2 dargestellte elektrische Ausrüstung enthält eine
an eine Stromquelle angeschlossene Hauptleitung 53, die über eine Leitung 54 und
den vom Stellhebel 5 für die Drehzahl betätigten Kontakt 52 mit den allgemeinen
Anlaßkreisen 55 verbunden ist, welche im einzelnen nicht beschrieben werden, da
sie nicht Gegenstand der Erfindung sind. Eine zweite an die Leitung 53 angeschlossene
Leitung 56 führt zu den Kontakten 57, 58 zweier Schütze 72 und 74, welche die Wicklungen
59 bzw. 60 des Motors 4 zur Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Blattsteigung schalten.
An die Hauptleitung 53 ist weiter ein Umschalter 61 mit Kontaktzunge 62 angeschlossen,
dessen beide festen Kontakte 63 und 64 mit der Kontaktzunge 65 des Umschalters 29
bzw. mit dessen festem Kontakt 66 verbunden sind. Die festen Kontakte 64 und 66
sind ferner mit den allgemeinen Anlaßkreisen 55 durch die Leitung 54 verbunden.
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Mit der Hauptleitung 53 ist weiter die Kontaktzunge 68 eines zweiten
Umschalters 67 verbunden, dessen fester Kontakt 69 mit einer ,allgemeinen Steuerleitung
70 und dessen anderer fester Kontakt 71 mit dem Schalter 44 verbunden ist, der seinerseits
an das Schütz 72 für die Vergrößerung der Blattsteigung angeschlossen ist. Die Leitung
70 ist mit dem Stellhebel 6 verbunden. Sie führt einerseits zu dem Schalter 43 und
andererseits zu einem normalerweise offenen Druckknopf 73.
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Der Schalter 41 ist zwischen den Steuerschalter 49 des Stellhebels
6 und das Schütz 74 für die Verkleinerung der Steigung geschaltet. Der Schalter
42 ist mit den allgemeinen Anlaßkreisen 55 verbunden.
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Die bewegliche Kontaktzunge 76 eines Umschalters 75 mit drei Stellungen
ist mit dem festen Kontakt 77 des Umschalters 29 verbunden, während die festen Kontakte
78 und 79 des Umschalters mit den allgemeinen Anlaßkreisen 55 verbunden sind, mit
welchen außerdem die Wicklung 24 zur Steuerung des Absperrhahnes 23 verbunden ist.
Der Kontakt 51, welcher einen Sicherheitskontakt bei der Schließung des Hahns 10
bildet, ist in einen zu den allgemeinen Anlaßkreisen 55 führenden Kreis eingeschaltet.
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Die thermoelektrischen Sonden 33 sind über einen thermischen Berichtiger
80 für die kalte Lötstelle an ein im Temperaturregler 30 angeordnetes Addierwerk
81 angeschlossen. Dieses Addierwerk ist mit dem Schieber 32 des zur Voreinstellung
der zulässigen Höchsttemperatur T dienenden Spannungsteilers 31 verbunden, dessen
Enden an einer stabilisierten Spannungsquelle 82 liegen. Ein bei jeder von Hand
oder selbsttätig bewirkten Einstellung der Blattsteigung gespeister Stromkreis 83
mit Widerstand und Kapazität liefert eine Steuerspannung, welche durch ihre Einführung
in das Addierwerk 81 Schwingungen der gesamten Anordnung verhindert. In dem Addierwerk
81 wird die von den thermoelektrischen Sonden 33 unter -der Einwirkung der wirklichen
Gastemperatur t gelieferte Spannung mit der am Spannungsteiler 31 entsprechend der
gewählten Temperatur T eingestellten Spannung verglichen. Eine dem Ergbnis dieses
Vergleiches entsprechende Spannung gelangt an den Eingang eines Verstärkers 84,
welcher über zwei Kippschaltungen 85 und 86 einen Schaltkasten 87 speist. Dieser
Schaltkasten 87 enthält vier Relais A, B, C und D. Das Relais
A besitzt eine mit der Kippschaltung 85 und über eine Leitung 89 mit der
Masse verbundene Wicklung 88 sowie eine mit dem Steuerschalter 50 des Stellhebels
6 verbundene Kontaktzunge 90 und einen mit dem festen Kontakt 71 und dem Schalter
44 verbundenen Ruhekontakt 91 sowie einen toten Arbeitskontakt 92. Das Relais B
enthält eine mit der Kippschaltung 86 und der Leitung 89 verbundene Wicklung 93
sowie eine mit dem Schalter 43 verbundene bewegliche Kontaktzunge 94 zwischen einem
toten Ruhekontakt 95 und einem mit dem Steuerschalter 49 und dem Schalter 41 verbundenen
Arbeitskontakt 96.
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Das Relais C enthält eine mit der Leitung 89 und mit dem Ruhekontakt
98 des Relais D verbundene Wicklung 97, die zwei mit der Leitung 70 verbundene Kontaktzungen
99 und 100 verstellt, deren erste 99 einen mit dem Steuerschalter 50 und der Kontaktzunge
90 verbundenen Arbeitskontakt 101 und deren zweite 100 einen mit der Kontaktzunge
103 des Relais D und dem Druckknopf 73 verbundenen Arbeitskontakt 102 besitzt. Die
mit der Leitung 89, dem Steuerschalter 49 und .dem Schalter 41 verbundene Wicklung
104 des Relais D schaltet die Kontaktzunge 103 von einem Ruhekontakt 98 auf einen
toten Arbeitskontakt 105. An die Wicklung 97 des Relais C ist ein Schauzeichen 106
geschaltet.
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Bei der in F i g. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform der Rückmeldevorrichtung
steht eine am Ende eines mit dem Blatt 3 durch einen Kurbelzapfen 109 verbundenen
Gleitstücks 108 ausgebildete Zahnstange 107 mit einem Zahnrad 110 im Eingriff, das
auf einer Welle 111 sitzt, die an einem Ende eine Rolle 37 a trägt, über welche
ein Kabel 36 a läuft. Das andere Ende der Welle 111 trägt einen Nockensatz 40a,
welcher bei der Drehung der Welle 111 nacheinander die Schalter 41, 42, 43 oder
44 entsprechend der Steigung des Blattes 3 wie folgt betätigt: a) der Schalter 41
ist offen, wenn die Schraubenblätter die größte negative Steigung haben, und von
dieser größten negativen Steigung bis zur Segelstellung der Blätter geschlossen,
b) der Schalter 42 ist nur bei der Steigung g geschlossen, bei der die Schraube
eine Bremsung ergibt, .die dem Restschub der mit der Startdrehzahl laufenden Turbine
im Stillstand des Flugzeuges das Gleichgewicht hält, c) der Schalter 43 ist von
der größten negativen Steigung bis zu einer über der Steigung g liegenden Steigung
G offen und von der Steigung G bis zur Segelstellung geschlossen, d) der Schalter
44 ist nur in der Segelstellung der Schraube offen.
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Das Kabel 36a läuft über Doppelumlenkrollen39a und 39 b und
um eine Rolle 35 a. Ein Lenker 112 ist an einem Zapfen 113 der Rolle 35a
befestigt. Die mit der Welle 45 verkeilte Scheibe 35 ist mittels eines Zapfens 114
an den Lenker 112 angeschlossen, der die Drehbewegung der Rolle 35 a auf
die Scheibe 35
überträgt. Der Stellhebel 6 für die Blattsteigung
ist auf der Welle 45 drehbar gelagert und in bereits beschriebener Weise durch die
Federn 46 gegen die Scheibe 35 abgestützt. Der untere Abschnitt des Stellhebels
enthält eine Aussparung 116, in welcher die Steuerschalter 49 und 50 angebracht
sind. Durch eine Ausfräsung 117 nagt ein an der Scheibe 35 isoliert angebrachter
Schaltfinger zwischen die Steuerschalter 49 und 50, die somit offen sind, solange
der Stellhebel 6 in der durch die Federn 46 bestimmten Ruhestellung bleibt.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Nach dem Anlassen mit Blattsteigung
g wird die Drehzahl der Turbine .durch den Drehzahlregler 18 auf einem der Stellung
des Drehzahlstellhebels 5 entsprechenden konstanten Wert gehalten. Der Hahn 10 und
der Schalter 51 sind geöffnet. Die Schalter 41, 42 und 44 sind geschlossen, während
der Schalter 43 offen ist. Die Umschalter 61 und 67 befinden sich in der in F i
g. 2 gezeigten Stellung. Der Spannungsteiler 31 ist fest auf die Temperatur T eingestellt.
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Zur selbsttätigen Einstellung der Höchstleistung ohne Betätigung des
Stellhebels 6 wird kurzzeitig der Druckknopf 73 geschlossen. Das bewirkt die Einschaltung
des Relais 97 über folgenden Kreis: Leitung 53 - Umschalter 67 - Leitung 70 - Druckknopf
73 - Kontaktzunge 103 auf dem Ruhekontakt 98 -Wicklung 97 - Leitung 89 -
Masse. Die Kontaktzungen 99 und 100 schalten auf die Arbeitskontakte 101 und 102,
so .daß das Schütz 72 für die Vergrößerung der Blattsteigung durch folgenden Stromkreis
gespeist wird: Leitung 53 - Umschalter 67 - Leitung 70 - Kontaktzunge 99 auf dem
Arbeitskontakt 101- Kontaktzunge 90 auf dem Ruhekontakt 91 - Schalter 44 für die
Segelstellung -Schütz 72 - Masse. Der Schützschalter 58 schließt, wodurch die Wicklung
60 des Motors 4 im Sinne einer Vergrößerung der Blattsteigung über folgenden Stromkreis
gespeist wird: Leitung 53 - Schützschalter 58 - Wicklung 60 - Masse. Gleichzeitig
erfolgt die Selbsthaltung des Relais C über seine Kontakte 10l(. und 102, und das
Schauzeichen 106 leuchtet zur Anzeige der eingestellten Automatik auf.
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Die gleichen Vorgänge laufen bei Betätigung des Druckknopfes 73 ab,
wenn die Turbine mit einer anderen als ihrer Startdrehzahl läuft und die Blattsteigung
einen Wert hat, bei dem die höchste Wärmebelastung der Maschine noch nicht erreicht
ist.
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Wenn die von denThermoelementen 33 gemessene Ausgangstemperatur t
der Turbine den am Spannungsteiler 31 eingestellten Höchstwert T erreicht, spricht
die Kippschaltung 85 an, wodurch das Relais A eingeschaltet wird. Die dabei auf
dem toten Arbeitskontakt 92 umschaltende Schaltzunge 90 unterbricht die Speisung
des Schützes 72, wodurch der Motor 4 ausgeschaltet und die weitere Vergrößerung
der Steigung unterbrochen wird.
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Bei einer Abnahme der wirklichen Temperatur t kippt die Kippschaltung
85 zurück, wodurch das Relais A stromlos und das Schütz 72 zur weiteren Vergrößerung
der Steigung wieder eingeschaltet wird, bis die wirkliche und die eingestellte Temperatur
von neuem gleich geworden sind. Solange daher dieTemperatur t kleiner als
die gewählte Temperatur T ist, stellt sich die Schraube auf eine solche Steigung
ein, daß die Turbine unter Berücksichtigung der Flugbedingungen ihre Höchstleistung
liefert. Wenn infolge des Manövrierens des Flugzeuges, insbesondere beim überziehen,
die wirkliche Temperatur t die am Spannungsteiler 31 eingestellte Höchsttemperatur
T überschreitet, wird die Blattsteigung automatisch verringert, und zwar höchstens
bis zum Grenzwert G. In diesem Fall spricht nämlich die Kippschaltung 86 an, wodurch
das Relais B eingeschaltet wird. Dessen Schaltzunge schaltet auf den Arbeitskontakt
96, der über den Schalter 43, der geschlossen ist, solange ,die Blattsteigung nicht
unter den Wert G gesunken ist, und über den Schalter 41 das Schütz 74 gemäß folgendem
Stromkreis speist: Leitung 53 - Umschalter 67 - Leitung 70-Schalter 43 - Kontaktzunge
94 auf dem Arbeitskontakt 96 - Schalter 41- Schütz 74 - Masse. Der schließende Schützschalter
57 speist die Wicklung 59 des Motors 4 über folgenden Stromkreis: allgemeine Leitung
53 - Relais 57 - Wicklung 59 - Masse. Der Motor 4 ,dreht sich in Richtung einer
Verkleinerung der Steigung, bis der Wert G erreicht ist, wenn die wirkliche Temperatur
t während dieser Zeit größer als T bleibt. Sobald die Steigung G erreicht ist, wird
der Schalter 43 geöffnet und hierdurch der Motor 4 abgeschaltet.
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Mit dem Stromfluß über den Schalter 41 wird das Relais D gespeist,
welches den Ruhekontakt 98 öffnet und hierdurch das Relais C abschaltet. Dessen
Arbeitskontakte 101 und 102 öffnen und unterbrechen den Stromkreis für das Schütz
72, so daß die Motorwicklung 59 für Vergrößerung der Blattsteigung stromlos wird,
falls die Kippschaltung 85 nicht angesprochen hat.
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Wenn die wirkliche Temperatur t kleiner als die eingestellte Temperatur
T wird, bevor die Steigung bei ihrer Verringerung den Wert G erreicht hat, kippt
die Kippschaltung 86 zurück, und das Relais B fällt ab. Der Arbeitskontakt 96 wird
geöffnet und hierdurch das Schütz 74 abgeschaltet. Der Schützschalter 57 unterbricht
die Speisung des Motors 4, und die Steigung der Schraube ändert sich nicht mehr.
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Es ist dann erforderlich, den Druckknopf 73 von neuem kurzzeitig zu
schließen, um eine neue selbsttätige Vergrößerung der Steigung in der beschriebenen
Weise einzuleiten oder den Stellhebel 6 zur Vergrößerung oder Verkleinerung der
Blattsteigung von Hand zu betätigen. Die Vergrößerung der Blattsteigung von Hand
setzt voraus, daß die wirkliche Temperatur t nicht den eingestellten Wert
T erreicht hat. Die Verringerung der Steigung von Hand kann dann vorgenommen
werden, wenn die Steigung bei der selbsttätigen Verkleinerung den Wert G erreicht
hat. In diesem Fall muß zur Einstellung einer unter G liegenden Steigung immer der
Stellhebel 6 betätigt werden, da nur so verhindert werden kann, daß die Steigung
ohne den ausdrücklichen Willen des Piloten selbsttätig unter den Wert G fällt, wo
unter gewissen Flugbedingungen eine Bremswirkung der Schraube anstatt einer Zugwirkung
auftreten kann.
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Wird der Stellhebel 6 von Hand betätigt, wobei die Scheibe 35 durch
die Rückmeldeeinrichtung festgehalten wird, so bewirkt dies das Schließen eines
der Steuerschalter 49 oder 50.
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Im Fall des Steuerschalters 49 hat dies die Einschaltung des Motors
4 im Sinne einer Verringerung der Steigung zur Folge, da das Schütz 74 über folgenden
Stromkreis gespeist wird: Leitung 53 - Umschalter 67 - Leitung 70 - Stellhebel 6
- Steuerschalter 49 - Schalter 41 - Schütz 74 - Masse.
Die Blattsteigung
nimmt ab und wird über die Rückmeldeeinrichtung durch die Stellung des Stellhebels
6 vor seiner Führung 6a angezeigt. Diese Verringerung der Steigung mittels des Stellhebels
6 kann bis zu der größten negativen Steigung fortgesetzt werden, wenn der Pilot
den Stellhebel 6 der durch die Rückmeldevorrichtung bewirkten Drehung der Scheibe
35 nachführt und hierdurch den Steuerschalter 49 geschlossen hält. Bei Erreichung
der größten negativen Steigung wird der Schalter 41 geöffnet und das Schütz 74 und
somit die Wicklung 59 des Motors 4 abgeschaltet.
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Das Schließen des Steuerschalters 50 bewirkt die Einschaltung des
Elektromotors 4 im Sinne einer Vergrößerung der Blattsteigung über folgenden Stromkreis:
Leitung 53 - Umschalter 67 - Leitung 70 - Stellhebel 6 - Steuerschalter 50 - Kontaktzunge
90 auf dem Ruhekontakt 91 - Schalter 44 -Schütz 72 - Masse. Diese Vergrößerung der
Steigung kann durch Mitführen des Stellhebels 6 entsprechend der durch die Rückmeldevorrichtung
bewirkten Drehung der Scheibe 35 bei geschlossenem Steuerschalter 50 fortgesetzt
werden, bis die wirkliche Temperatur t die vorgewählte Temperatur
T
erreicht. Werden diese Temperaturen gleich, -so spricht die Kippschaltung
85 an und speist das Relais A, dessen Ruhekontakt 91 geöffnet wird. Das führt zur
Abschaltung des Schützes 72, das somit die Speisung der Wicklung 60 des Motors 4
und damit die weitere Vergrößerung der Steigung unterbricht. Der Steuerschalter
50 wird dann unwirksam, selbst wenn er weiter geschlossen gehalten wird. Überschreitet
die Temperatur t die gewählte Temperatur T, so spricht die Kippschaltung 86 an und
löst die selbsttätige Verringerung der Steigung bis auf den Wert G aus, wodurch
über den Steigungsrückmelder der Stellhebel 6 zurückverstellt wird, selbst wenn
der Pilot dies zu verhindern sucht.
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Wird der Stellhebel 6 losgelassen, führen die Federn 46 ihn in seine
Mittelstellung zurück. Durch die sich öffnenden Steuerschalter 49 oder 50 wird der
Motor 4 abgeschaltet; die Steigung ändert sich nicht mehr.
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Die Einstellung der Schraube auf die Segelstellung kann elektrisch
oder hydraulisch erfolgen. In beiden Fällen geht der Einstellung auf die Segelstellung
die Unterbrechung der Brennstoffspeisung der Turbine voraus, und zwar entweder durch
den Absperrhahn 23, falls die Einstellung der Segelstellung elektrisch erfolgt,
oder durch die handbetätigten Feuerschutzabsperrhähne 25 und 26 bei hydraulischer
Einstellung. Durch Betätigen der Feuerschutzabsperrhähne 25 und 26 wird über den
Hebel 131 (F i g. 1) die Leitung 132 geöffnet und über diese die nicht dargestellte
hydraulische Antriebseinrichtung für die Einstellung der Segelstellung gespeist.
Die Betätigung des Feuerschutzabsperrhahnes 25 schaltet gleichzeitig die Kontaktzunge
65 des Umschalters 29 auf den Kontakt 66, wodurch die Wicklung 24 des elektrischen
Absperrhahns 23 über die allgemeinen Anlaßkreise 55 gespeist wird. Zur elektrischen
Einstellung der Segelstellung muß zunächst der Umschalter 61 auf den Kontakt 64
verstellt werden, wodurch die Wicklung 24 des elektrischen Hahns 23 über die allgemeinen
Anlaßkreise 55 erregt wird. Die Maschine wird nicht mehr mit Brennstoff gespeist
und bleibt stehen. Hierauf wird der Umschalter 67 auf den Kontakt 71 geschaltet,
wodurch über den Schalter 44 das Schütz 72 erregt wird und über den Schützschalter
58 den Motor 4 im Sinne einer Vergrößerung der Blattsteigung einschaltet,
bis die Segelstellung erreicht ist. In diesem Augenblick öffnet der Schalter 44
und schaltet über das Schütz 72 den Motor 4 ab. Zur Vermeidung einer Fehlbetätigung
der Umschalter 61 und 67 können diese zu einer Einheit zusammengefaßt werden, die
einen automatischen Ablauf der beiden aufeinanderfolgenden Schaltvorgänge ermöglicht.
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Zum Anlassen des Turbotriebwerks betätigt man zunächst den Stellhebel
27 zur Öffnung der handbetätigten Feuerschutzabsperrhähne 25 und 26, wodurch
über den Kontakt 77 des Umschalters 29 die Öffnung des elektrischen Hahns 23 freigegeben
wird. Hierauf wird die Kontaktzunge des Umschalters 75 auf den Kontakt 78 gelegt,
was über die allgemeinen Umschaltkreise 55 die Speisung der Wicklung 24 zur Öffnung
des elektrischen Hahns bewirkt. Nach dessen Öffnung treten die durch die Leitung
54 und den geschlossenen Schalter 52 gespeisten allgemeinen Anlaßkreise 55 in Tätigkeit
und bewirken das Anlassen des Turbotriebwerkes, dessen Turbine durch die Langsamlaufdüse
12 gespeist wird. Wenn sich der Langsamlauf stabilisiert hat, kann der Drehzahlstellhebel
5 betätigt und hierdurch der Drehzahlregler 18 eingestellt sowie der Hahn
10 zur Speisung der Turbine geöffnet werden. Wenn dieser Hahn vollständig
offen ist, öffnet er den Schalter 52, wodurch die allgemeinen Anlaßkreise ausgeschaltet
werden.
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Zur Abstellung betätigt der Pilot den Drehzahlstellhebel 5 zur Schließung
des Hahns 10 und hierauf gleichzeitig den Stellhebel 27 zur Schließung der
handbetätigten Feuerschutzabsperrhähne 25 und 26 und die bewegliche Kontaktzunge
76 des Umschalters 75. Die Schließung des handbetätigten Feuerschutzabsperrhahns
25 bewirkt über den Kontakt 66 die Schließung des elektrischen Hahns 23.
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Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform enthält das Turbotriebwerk
einen Verdichter l a, eine Turbine 2 a und eine Luftschraube 3 a mit
hydraulischer Blattverstellung, deren Stellvorrichtung eine beliebige bekannte Bauart
aufweist und in der Nabe 4 a der Schraube untergebracht ist. Das Turbotriebwerk
wird wieder mit Hilfe von zwei Stellhebeln gesteuert, nämlich dem Drehzahlstellhebel
5 6 und dem Stellhebel 6 b für die Blattsteigung, wobei die Stellhebel längs Führungen
5c bzw. 6c verstellbar sind. Die dem Drehzahlstellhebel 5 b zugeordneten
Teile sind die gleichen wie im Fall der F i g. 1, so daß sich eine nochmalige Beschreibung
erübrigt.
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Die dem Stellhebel 6 b zugeordneten Teile umfassen eine Hauptpumpe
209, die mit der Turbine 2 a durch eine übertragung 210 gekuppelt ist und
mit Öl aus einem Behälter 211 gespeist wird, sowie in eine Leitung 212 fördert,
die mit einem Rückschlagventil215 und einer ein Regelventil 214 enthaltenden Umgehungsleitung
213 für die Pumpe 209 versehen ist. Die Leitung 212 mündet in einen hydraulischen
Befehlsgeber 216, der durch eine Zahnstange 217 betätigt wird, die mit einem Zahnsektor
218 im Eingriff steht, der mit dem Stellhebel 6 b über ein Gestänge 219 gekuppelt
ist und auf der Welle eines Elektromotors 220 sitzt, der eine elektromagnetische
Kupplung 221 aufweist, die zwischen der Motorwelle und einem Festpunkt 222 liegt
und eine Erregerwicklung 223 besitzt. Der Befehlsgeber 216 ist an die Nabe 4a durch
eine Leitung 216a angeschlossen.
Die Leitung 212 besitzt eine Abzweigleitung
224, die mit einer zu einem in die Brennstoffleitung 9 geschalteten Sicherheitsventil
226 führenden Leitung 225 in Verbindung steht. Diese Abzweigung 224 wird mit Öl
durch eine Hilfspumpe 227 gespeist, die mit dem Behälter 211 verbunden und mit einer
ein Regelventil 229 enthaltenden Umgehungsleitung 228 versehen ist. Die Hilfspumpe
wird von einem Elektromotor 230 angetrieben. In die Abzweigung 224 ist ferner ein
Rückschlagventi1231 eingeschaltet. Eine Umgehungsleitung für dieses Rückschlagventil
enthält einen Differentialdruckschalter 232. Von der Leitung 225 zweigen ein Druckschalter
233 und ein elektromagnetisches Ventil 234 zur -Herstellung der Segelstellung
ab, das durch eine Leitung 235 mit dem Ölbehälter 220 verbunden ist. Am Ventil 234
ist eine Umgehungsleitung 236 angeordnet, die mit einem durch einen Handhebel
238 betätigten Hahn 237 versehen ist.
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Die in F i g. 7 dargestellte elektrische Anordnung ist aus der in
F i g. 2 dargestellten abgeleitet und unterscheidet sich von dieser in folgenden
Punkten: Der mechanisch mit dem Stellhebel 6 b verbundene Elektromotor 220
ersetzt den Motor 4 und ist mit einer Wicklung 59 a zur Verkleinerung der Steigung
und einer Wicklung 60a zur Vergrößerung der Steigung versehen. Die Wicklung 223
der Kupplung 221 ist mit der Masse sowie mit dem Ruhekontakt 239 eines Relais K
verbunden, dessen Kontaktzunge 240 mit dem Ruhekontakt einer zweiten Kontaktzunge
241 des Relais B verbunden ist. Diese Kontaktzunge 241 ist mit dem Arbeitskontakt
einer zweiten Kontaktzunge 242 des Relais A verbunden, die an die Hauptleitung 53
angeschlossen ist, während ihr Ruhekontakt mit dem Kontakt 91 verbunden ist. Die
Wicklung 243 des Relais K ist mit der Masse und dem Kontakt 49 verbunden. Ein durch
den Druckschalter 233 betätigter Kontakt 243 a ist zwischen den Schalter 42 und
die allgemeinen Anlaßkreise 55 geschaltet. Eine mit der Hauptleitung 53 verbundene
Leitung 244 speist die Kontaktzunge 245 eines Schalters 246 mit drei Stellungen
und einem toten Kontakt 247. Sein mittlerer Kontakt 248 ist mit einem Schalter 249
verbunden, der von dem Differentialdruckschalter 232 betätigt wird und in die Speiseleitung
des Motors 230 eingeschaltet ist. Sein anderer Kontakt 250 ist unmittelbar mit dieser
Speiseleitung hinter dem Schalter 249 verbunden. Die Leitung 244 ist außerdem mit
einem von dem Stellhebel 238 zur Herstellung der Segelstellung betätigten
Schalter 251 verbunden, der mit der Wicklung 252 des elektromagnetischen Ventils
234 zur Herstellung der Segelstellung verbunden ist.
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Die in F i g. 7 dargestellte Anordnung arbeitet wie die der F i g.
2 für das selbsttätige Anlassen des Turbotriebwerks, die selbsttätige Einstellung
der maximalen Leistung, die selbsttätige Verringerung der Steigung auf den Wert
G, die Handeinstellung der Steigung, die Abstellung und die Einstellung der Segelstellung.
Diese Vorgänge brauchen daher nicht von neuem beschrieben zu werden.
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Der Motor 220 kann sich jedoch nur drehen, wenn die Wicklung 223 der
Kupplung 221 nicht erregt ist, da diese Erregung die Blockierung der Kupplung und
damit des Motors bewirkt. Die Wicklung 223 wird nur über das Relais A erregt, wenn
die wirkliche Temperatur t gleich der gewählten Höchsttemperatur T ist, und zwar
gemäß folgendem Stromkreis: Leitung 53 - Kontaktzunge 242 auf Arbeitskontakt - Kontaktzunge
240 auf Ruhekontakt - Wicklung 223 - Masse. Die Wicklung 223 wird ausgeschaltet,
wenn entweder das Relais B für t > T erregt wird, wodurch die Kontaktzunge
241 auf ihren Arbeitskontakt verstellt wird, oder wenn der Stellhebel 6 b im Sinne
einer Verringerung der Steigung betätigt wird, wodurch sich die Kontaktzunge 240
auf ihren Arbeitskontakt stellt.
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Beim Anlassen des Turbotriebwerks wird zunächst die Kontaktzunge 245
des Schalters 246 auf den Kontakt 248 gestellt. Am Hauptölkreis ist kein Druck vorhanden,
so daß der Differentialdruckschalter 232 mit seinem Kontakt 249 geschlossen ist.
Die Hilfspumpe 227 wird angelassen, und der Druck wird im Schraubenkreis 212, 216a
durch die Speisung der Leitung 224 hergestellt, wobei das Rückschlagventil 215 das
Öl von der Hauptpumpe 209 fernhält. Der Öldruck wirkt auf den Kolben des Druckschalters
233, wodurch der Schalter 243 a geschlossen und der allgemeine Anlaßkreis 55 erregt
wird, wenn der Stellhebel 6 b in die der Blattsteigung g entsprechende Stellung
gebracht und hierdurch der Schalter 42 geschlossen wird.
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Über den Anlaßkreis 55 läuft die Turbine an, wobei sie gleichzeitig
die Hauptölpumpe 209 antreibt, welche den Schraubenkreis 212, 216 a mit Drucköl
speist. Die Speisung der Abzweigung 224 durch die Hilfspumpe 227 wird durch die
Schließung des Rückschlagventils 231 unterbrochen, und der in dieser Abzweigung
224 vorhandene Druck betätigt den Kolben des Differentialdruckschalters 232, der
seinen Kontakt 249 öffnet. Die Hilfspumpe 227 wird abgestellt. Wenn jedoch in diesem
Augenblick der Pilot die Kontaktzunge 245 des Schalters 246 auf den Kontakt 240
stellt, wird der Motor 230 unter Spannung gehalten, was insbesondere beim Start
und bei der Landung eine Sicherheit gegen jede mögliche Betriebsstörung für die
Pumpe 209 ergibt. Wird die Kontaktzunge 245 auf den Kontakt 247 gestellt, bleibt
die Pumpe 227 abgeschaltet, selbst wenn die Pumpe 209 nicht arbeitet.
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Die Einstellung der Segelstellung kann von Hand durch den Stellhebel
238 und elektrisch durch das elektromagnetische Ventil 234 erfolgen, wenn
dieser Stellhebel in der Richtung des Pfeils zur Öffnung des Hahns 237 und zur Schließung
des Schalters 251 verstellt wird. Die Wicklung 252 wird dann erregt und hierdurch
eine Verbindung zwischen den Leitungen 225 und 235 hergestellt, so daß der Öldruck
im Schraubenkreis sofort abfällt. Ferner wird die Brennstoffspeisung der Turbine
selbsttätig unterbrochen, da sich das Sicherheitsventil 226 unter der Einwirkung
seiner Feder schließt.
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Die Änderungen der allgemeinen Steigung eines Hubschrauberrotors unterscheiden
sich von den Änderungen der Steigung einer Verstelluftschraube dadurch, daß einerseits
keine negative Steigung und keine Segelstellung vorhanden ist und daß andererseits
die der Segelstellung entsprechende Steigung durch eine höchstzulässige Steigung
ersetzt ist, während die Steigung g für den Schub Null und die vorbestimmte Steigung
G durch die Steigung Null bzw. eine Steigung P, welche die Aufrechterhaltung der
Sicherheit für den Hubschrauber gewährleistet, ersetzt sind.
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Bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform enthält die Gasturbine
einen Verdichter l b, eine
Turbine 2 b und einen Ausgangsdiffusor
34a, der die mit dem Temperaturregler 30 verbundenen Thermoelemente enthält. Die
Turbine treibt die Rotorwelle 305 durch ein Getriebe 306 an. Die Rotorwelle 305
besitzt Riefen 307, die mit einer Gelenkkugel 308 im Eingriff stehen, welche an
einer die Steuerung der allgemeinen Steigung bewirkenden Scheibe 309 befestigt sind.
Die Gelenkkugel 308 treibt die bewegliche Scheibe 310 für die zyklische Steigung
an. Diese Scheibe 310 ist über Hebeln 312 zur Veränderung der Steigung verbunden.
Die Steuerung der zyklischen Steigung erfolgt mittels eines bei 315 schwenkbar gelagerten
Hebels 314, der eine feste Scheibe 316 betätigt, die an der beweglichen Scheibe
310 mittels eines Kugellagers 317 gelagert ist und die gegenüber der Gelenkkugel
308 in Umdrehung versetzte bewegliche Scheibe verschwenkt.
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Die Scheibe 309 zur Steuerung der allgemeinen Steigung trägt eine
zur Rotorwelle 305 parallele Zahnstange 318, die mit einem Zahnrad 319 im Ein-(Yriff
steht, das durch einen vom Temperaturregler 30 beeinfiußten Elektromotor 320 zur
Vergrößerung oder zur Verkleinerung der Steigung angetrieben wird. Die so erzeugten
Veränderungen der allgemeinen Steigung des Rotors werden wie bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 auf den mit einer Scheibe 35e versehenen Stellhebel 6e übertragen
und an seiner Führung 6,f durch eine Rückmeldeeinrichtung mit einem Kabel 36 e und
Rollen 37 e, 38 e und 39 e angezeigt. Die Scheibe 38 e trägt einen Nocken 40 e,
der drei Schalter 42 e, 43 e und 44 e betätigt.
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Der Schalter 42 e schließt nur, wenn die allgemeine Steigung des Rotors
Null ist. Der Schalter 43 e unterbricht die selbsttätige Verringerung der Steigung,
wenn diese bei abnehmenden Werten einen vorbestimmten niedrigen positiven Wert P
erreicht, bei dem die Sicherheit des Hubschraubers noch bei stationärem Flug aufrechterhalten
bleibt. Dazu ist der Schalter 43e von der Steigung Null bis zur Steigung P offen
und von dieser Steigung P bis zur höchstzulässigen Steigung geschlossen. Der Schalter
44e unterbricht den Motor 320, wenn dieser in Richtung zunehmender Steigung läuft
und die allgemeine Steigung ihren höchstzulässigen Wert erreicht, wozu der Schalter
von der Steigung Null ab geschlossen und erst bei der höchstzulässigen Steigung
geöffnet ist.
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F i g. 9 zeigt einen Teil der elektrischen Ausrüstung der Anlage nach
F i g. 8, deren anderer Teil dem unteren Abschnitt der F i g. 2 unterhalb der Linie
Z-Z entspricht, wobei der Motor 4 durch den Motor 320 ersetzt ist.
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Die in F i g. 9 dargestellte Ausrüstung unterscheidet sich von der
F i g. 2 oberhalb der Linie Z-Z dadurch, daß einerseits der Druckknopf 73 und der
Schalter 41 für den Grenzwert der negativen Steigung sowie die diesen Teilen
zugeordneten Kreise fortgefallen sind und andererseits die Schalter 42, 43 und 44
durch die Schalter 42 e, 43 e und 44 e ersetzt sind, wobei ein normalerweise offener
und mit einer selbsttätigen Rückholfeder versehener handbetätigter Schalter 321
zur Überbrückung des Schalters 44e für den Grenzwert der höchstzulässigen Steigung
vorgesehen ist.
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Die Anordnung arbeitet wie die nach F i g. 2 für das Anlassen der
Gasturbine bei Steigung Null, die selbsttätige Verringerung der Steigung bis zur
Steigung P, die Handeinstellung der Steigung zwischen der Steigung Null und der
höchstzulässigen Steigung und die Abstellung des Aggregates. In der Beschreibung
dieser Vorgänge an Hand der F i g. 1 und 2 brauchen nur die Ausdrücke »Steigung
g«, »Steigung G« und »Segelstellung« durch die Ausdrücke »Steigung Null«, »Steigung
P« und »höchstzulässige Steigung« ersetzt zu werden.
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Wenn für besondere Flugbedingungen des Hubschraubers die Steigung
einen über dem höchstzulässigen Wert liegenden Wert haben muß, gestattet die Überbrückung
des Schalters 44 e durch Schließung des Schalters 321 die Einstellung einer derartigen
größeren Steigung, vorausgesetzt, daß die wirkliche Temperatur t kleiner als die
gewählte Höchsttemperatur T ist.
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Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann im übrigen aus Sicherheitsgründen
eine zweite Einrichtung zur Begrenzung der Turbinentemperatur vorgesehen sein, die
in derselben Weise wie die erste mit den elektrischen Steuerkreisen verknüpft ist,
deren Solltemperatur T lediglich etwas höher als die der ersten eingestellt ist.
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Werden mehrere Triebwerke verwendet, so ist deren Synchronisation,
falls sie erforderlich sein sollte, auch bei der erfindungsgemäßen Steuer- und Regelanlage
im Rahmen der hierfür bekannten und üblichen Maßnahmen möglich.