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Vorrichtung zum Umwandeln von mechanischen Steuerbewegungen in hydraulische
Steuerdrücke Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umwandeln von mechanischen
Steuerbewegungen in hydraulische Steuer-drücke, mit einer Geberkammer, die an einem
unter hydraulischem Vordruck gehaltenen Druckkreislauf angeschlossen ist und eine
durch die Steuergröße unter Vorspannung gehaltenen Druckdose aufweist, die durch
Einwirkung auf ein Abflußventil in Abhängigkeit von der Steuergröße einen hydraulischen
Steuerdruck erzeugt, nach Patent 1173 673.
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Aufgabe der Erfindung ist es, unter Zugrundelegung der Vorrichtung
nach dem Hauptpatent eine sowohl in betrieblicher als auch in bezug auf ihren Aufbau
und ihre Anordnung zufriedenstellende Steuerung der Abblaseinrichtung bei Verdichtern
von Gasturbinentriebwerken zu schaffen.
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Vorrichtung zum Steuern der Abblaseinrichtung zur Vermeidung des Pumpens
des Verdichters sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die Abblaseinrichtung
besteht im allgemeinen aus am Umfang des Verdichtergehäuses befindlichen Abblasöffnungen,
die von einem Ringschieber derart gesteuert werden" daß sie bei stehendem Verdichter
oder im niedrigen Drehzahlbereich nach außen hin voll geöffnet sind, dann mit steigender
Drehzahl fortschreitend geschlossen und nach Erreichen höherer Verdichtungsverhältnisse
ganz gesperrt werden, wobei der Abblasschieber von einem Stellkolben angetrieben
wird, dessen Zylinder in einem Arbeitsmittelkreislauf (Druckölkreislauf) liegt,
der von einer Einrichtung gesteuert wird, die bei einer Drehzahländerung des Ve#rdichters
einerseits in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße desselben den Arbeitsmittelkreislauf
öffnet und die andererseits nach Erreichen des neuen öffnungsgrades des Abblasschiebers,
durch die Stellbewegungen des letzteren, den Arbeitsmittelkreislauf wieder sperrt
(z. B. USA.-Patentschrift 1111498). Die übertragung der Verstellbewegung
zwischen dem von der Verdichterwelle angetriebenen Drehzahlregler und der Absperrvorrichtung
für die Abblasöffnungen erfolgt in umstän#dlicher Weise mechanisch über ein Gestänge.
Bei Gasturbinentriebwerken bereitet diese Art der übertragung der Stellbewegungen
Probleme, insofern, als es nur möglich ist, den Geräteantrieb am vorderen oder hinteren
Ende des Triebwerks vorzusehen, so daß die überbrückung der Entfernung zu der am
Außenumfang des Verdichtergehäuses befindlichen Ab-
sperrvorrichtung mit konstruktiven
Schwierigkeiten verbunden ist.
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Ferner sind Abblaseinrichtungen führ Verdichter von Gasturbinentriebwerken
bekannt, bei denen der Arbeitsmittelkreislauf von einer Einrichtung in
Ab-
hängigkeit der augenblicklichen Druckdifferenz zwischen zwei voneinander
entfernten Verdichterstufen gesteuert wird, die bewirkt, daß das Arbeitsmittel entweder
auf der einen oder anderen Seite des Antriebskolbens für das Abblassteuerorgan angreift,
um dieses in Richtung Offen- oder Schließstellung zu bewegen. Gesteuert wird der
Arbeitsmittelkreislauf von einer Ventileinheit, die über ein Gestänge von einem
elastischen Druckglied betätigt Wird, das unter dem Einfluß des Druckes einer höheren
Verdichterstufe steht. Andererseits werden auch die Bewegungen des Antriebskolbens
über das genannte Hebelgestänge auf die Steuerkolben der Steuereinrichtung übertragen,
und zwar in dem Sinn, daß die Arbeitsmittelzufuhr zum Antriebskolben nach einem
bestimmten Stellweg des Abblassteuerorgans zum Stillstand kommt, wodurch beliebige
Zwischenstellungen des Abblassteuerorgans erreicht und gehalten werden. Am vorgenannten
Hebelgestänge zwischen dem Antriebskolben und den Steuerkolben ist ferner ein Verbindungsgestänge
angelenkt, an dem die Stellbewegungen einer zweiten Druckdose angreifen, die unter
dem Einfluß des Druckes einer vorderen Verdichterstufe steht, Während des Betriebes
ändert sich das Hebelverhältnis innerhalb des Verbindungsgestänges unter dem Einfluß
der vorn am Verdichter angeschlossen,en Druckdose, so daß die Stellung des Abblasschiebers
schließlich auch in Abhängigkeit der Flughöhe geregelt wird. Die Steuerung der Abblasöffnungen
in Abhängigkeit vom jeweiligen Druckverhältni-s des Verdichters über Druckdosen
ist all-
Cr - wegen der beim Hochfahren und "emein nachteili"
bei der Zurücknahme der Drehzahl des Verdichters stark auftretenden Hysteresiserscheinungen.
Gegenüber !den bekannten Ausführungen ist die, Erfindung gekennzeichnet durch die
Anwendung der Vorrichtung gemäß dem Patent 1173 673 bei einer an sich bekannten
Abblaseinrichtung an Verdichtern von Gasturbinentriebwerken, mit am Umfang des Verdichtergehäuses
angeordneten öffnungen, die z. B. von einem umhüllenden Ringschieber mittels eines
hydraulischen Servostellge-rätes von der offenen Stellung bei kleiner Drehzahl bis
zur geschlossenen Stellung bei hoher Drehzahl durch einen vom Verdichter angetriebenen,
die, Steuergröße abgebenden Drehzahlregler stetig steuerbar sind, wobei die Geberkammer
durch eine Leitung zur übcrtrag gung des erzeugten Steuer#druckes mit einer Nehmerkammer
verbunden ist, die ebenfalls eine Druckdose enthält, die auf das mit einer Rückführung
versehene Servostellgerät einwirkt.
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Mit Rücksicht auf den Aufbau eines Gasturbinentriebwerkes und im Hinblick
auf eine günstige Anordnung der Gesamtvorrichtung wird gemäß:der Erfindung ferner
vorgeschlagen, die, Vorrichtung zum Erzeugen der Steuerdrücke zusammen mit anderen
Hilfsgerätendes Triebwerks am vorderen Ende desselben und das Servostellgerät mit
der Nehmerkammer am Verdichtergehäuse im Bereich-des Ringschiebers anzubringen.
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, wird -eine, exakte, drehzahl-Durch die Erfindung abhängige
Steuerungder jeweiligen Stellung des Abblasschiebers erzielt. Außerdem erlaubt der
gesamte Aufbau der Anlage, daß diejenigen Einrichtungen, die, unmittelbar drehzahlabhängig
angetrieben werden - dies ist der Fliehkraftregler mit der von ihm mechanisch
betätigten Druckdose zur Erzegung, des Steuerdrucke.s -, entfernt von dem im Bereich
des Abblasschiebers liegenden Servostell-erät am Triebtz werk angeordnet werden
können, d. h., die den Steuerdruck erzeugenden Einrichtungen einerseits und
die den Abblasschieber antreibenden sowie den Arbeitsmittelkreislauf steuernden
Einrichtungen andererseits können unabhängig von-einander in den für sie zweckmäßigsten
Bereichen angeordnet werden, der Steuerdruckerzeuger im Bereich des Hilfsaggregateantriebs.
des Triebwerks und die andere Einrich-3 tungsgruppe im Bereich der Abblasöffnungen
außen am Verdichtergehäuse; die Verbindung beider Einrichtungsgruppen erfolgt durch
die in einfacher und beliebiger Weise am Triebwerk zu verlegende Steuerdruckleitung.
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Weitere Einzelheiten und die Wirkungsweise der Erfindung gehen aus.
der Zeichnung hervor und sind in der nachfolgenden Beschreibunghierfür näher erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 den Verdichterteil eines Gasturbinentriebwerks mit der
gesamten Abblasanlage, F i g. 2 eine Stirnansicht des Triebwerks und F i
Ig. 3 ein Schaubild, nach dem die Abblaseinrichtung gesteuert wird.
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Der Steuerdruckerzeuger a, der im Bereich der I-Elfsaggregate 18 des
Triebwerks angeordnet ist, besteht aus einem Flichkraftregler 11, einer Druckstange
12 mit Federteller 13, einer an diesem angreifen#de,n Druckfeder 14 und einer
Druckdose 15, die in einer Druckkammer 16 (die im folgenden als Gebezkammer
16 bezeichnet wird) eingebaut ist, welche über eine Drossel 17" an
einen Druckmittelkreislauf 17 angeschlossen ist, der von einer von der Triebwerkswelle,
angetriebenen Förde#rpumpe, miterhalten wird. An-etrieben wird der Fliehkraftreglex
11 vom Hilfsaggre,-,ateantrieb19.
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Die in der Wand des Gehäuses 20 des Verdichters 21 befindlichen Abblasöffnungen
22 werden durch einen Ringschieber23 gesteuert, in dem Abblasfenster 24 vorgesehen
sind und der über ein Gestänge 25 mit einem Stellkolben 26 verbunden
ist. Letzterer läuft in einem Zylinder 27, der an einem Arbeitsmittelkreis
28 (Zulaufleitung), 28', 28" angeschlossen ist, welcher von einer Kolbeneinheit
29 mit Steuerkolben 29', 29" und einem Sper.rschieber 30
01.
ventileinheit 29 wird von gesteuert wird. Die Steuer einer Druckdose.
31 (Steuerdruckdose) betätigt, die in einer Druckkammer 32, die im
folgenden als Nehmerkammer 32 bezeichnet wird, eingebaut ist, welche über
eine Leitung 33 (Steuerdruckleitung) mit der Geberkammer 16 verbunden
ist. Eine Druckfeder 34 hält die Ventileinheit 29 stets. mit der Druckdose
31 in Fühlung. Der Stellkolben 26 bzw. das Gestänge 25 ist
mitdem Sperrschieber 30 über einen Winkelhebel 35 und einen weiteren
-doppelarmigen Hebel 36 antriebsmäßig gekoppelt, der unter der Vorspannkraft
einer verhältnismäßig starken Druckfeder 37 steht, während der Sperrschieber
30 durch eine verhätInismäßig schwache Druckfeder38 gegen den Hebel
36 gehalten wird. Die den Abblasschieber 23 betätigenden und den Arbeitsmittelkreislauf
28 steuernden Einrichtungen sind alle im Bereich der Abblasöffnungen22 vorgesehen
und in einem Stellgerät b vereinigt.
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Die Wirkungsweisse der gesamten Vorrichtung ist folgende: Bei stehendem
Verdichter und im niedrigen Drehzahlbereich steht der Stellkolben 26 in der
linken Endstellung, so daß die Abblasöffnung 22 und die Abblasfenster 24 übereinander
liegen. Dieser Zustand entspricht dem Betriebsbereichf-g im Schaubild der Fig.
3. Die laufenden Fliehgt--wichte des Fliehkraftreglers 11 setzen über
die Druckstange 12 die Druckdose 15 unter eine Vorspannung, die proportional
der Drehzahl des Verdichters ist. Die Druckstange12 liegt dabei zunächst an der
Stirnfläche 15' der Druckdose 15 an, so daß die Rücklaufleitung17'
noch gesperrt ist. Die jeweilige Stellung der Druckstange12, bedingt durch die Drehzahl
des Fliehkraftreglers 11, wird,durch die Gegenkraft der Feder 14 gehalten.
Durch die steigende Drehzahl der Pumpe baut sich im Druckmittelkreis 17 und
damit auch in der Geberkammer 16 ein Druck auf, der die Dose 15 unabhängig
von der Stellung der Stange 12 zusammendrückt. Sobald dieser Druck, der während
der Beschleunigung des Triebwerks dem durch die Stellung der Stange 12 bedingten
Vorspanndruck etwas nacheilt, die Größe des letzteren erreicht oder in geringen
Grenzen überschreitet, wird die Dose 15 noch etwas mehr zusammengedrückt,
als es durch die Druckstange.12 vom Fliehkraftregler 11 her geschieht, so
daß sich die Fläche 15' etwas vonder Druckstange 12 abhebt und die von der
Stimfläche der Druckstange 12 wegführende Rücklaufleitung 17' frei wird,
wodurch Druckmittel (Drucköl) zum Behält-er 39 zurückfließen kann. Der Druck
in der Geberkammer 16, der somit der jeweiligen Drehzahl entspricht, steigert
sich nun nicht mehr und pflanzt sich als Steuerdruck über die
Steuerdruckleitung
33 zur Steuerdruckkammer 32
fort und beeinflußt dort die Druckdose
31, drückt diese also zusammen. Im Betriebspunkt g (F i
g. 3)
beginnt die Steuerkolbeneinheit 29 den Arbeitsmittelkreislauf
28, 28', 28" umzuschalten; der Steuerkolben 29' gibt nunmehr die Druckinittelzufuhr
über das Leitungsstück 28' frei, während der Steuerkolben 29" die
Druckmittelzufuhr zum Leitungsstück 28"
sperrt. Der Stellkolben
26 bewegt sich nun eine Strecke nach rechts und bleibt entsprechend der Drehzahl
des Verdichters stehen (gezeichnete Lage), da in der Zwischenzeit der Sperrschieber
30 durch die Bewegung des Stellkolbens 26 über die Hebel
35
und 36 verstellt, den Arbeitsmittelkreislauf wieder geschlossen
hat (Betriebspunkt h in F i g. 3). Steigt die Drehzahl des Verdichters über
den in der F i g. 3
mit i angegebenen Betriebspunkt, so werden die Abblasöffnungen
22 durch den Ringschieber 23 ganz geschlossen, d. h., ein höheres
Druckverhältnis des Verdichters ist damit erreicht.
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Durch die vorbeschriebene Gesamtvorrichtung ist der Abblasschieber
23 in der Lage, direkt abhängig von der jeweiligen Verdichterdrehzahl die
Offenstellung, die vollgeschlossene Stellung und jede beliebige Zwischenstellung
(im Betriebsbereich g-h-1) einzunehmen und zu halten.