DE1451904B2

DE1451904B2 - Regelvorrichtung fuer das abblasventil einer gasturbine insbesondere einer abgasturbine einer kolbenbrennkraft maschine

Info

Publication number: DE1451904B2
Application number: DE19641451904
Authority: DE
Inventors: Wendell E Chula Vista Calif Reed (V St A)
Original assignee: International Harvester Co, Chica go, 111 (VStA)
Priority date: 1963-04-04
Filing date: 1964-04-03
Publication date: 1971-09-02
Also published as: DE1776208B2; DE1776208A1; DE1451904A1; DE1776208C3; GB1058237A; US3270951A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvor- Ansprechen des Stellkolbens gewährleisten. Dadurch

richtung für das Abblasventil einer einen Verdichter aber, daß der Durchmesser klein gehalten werden

antreibenden Gasturbine, insbesondere einer ein kann, benötigt die Verschlußkugel zum schnellen

Ladegebläse antreibenden Abgasturbine einer KoI- Schalten nur einen geringen Weg.

benbrennkraftmaschine, wobei das Abblasventil 5 Um den Turboverdichter an Motoren unterschied-

durch den Gasdruck und mittels eines Stellkolbens licher Leistung anpassen zu können, ist in weiterer

durch den Verdichter- bzw. Gebläseenddruck in Öff- Ausgestaltung der Erfindung die die Verschlußkugel

nungsrichtung und durch einen von diesem Enddruck in Schließrichtung belastende Druckfeder an ihrem

abgeleiteten, durch Abblasen in die Umgebung ver- äußeren Ende an einem Einschraubnippel abgestützt,

minderten Luftdruck in Schließrichtung bewegbar io der im Einschraubstück axial verstellbar ist.

ist. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß aus-

Turboverdichter für die Abgase von Kolbenbrenn- gebildeten Regelvorrichtung ist im Längsschnitt in kraftmaschinen erfordern eine Regelung ihres Ab- der Zeichnung dargestellt. Die Regelvorrichtung 22 blasventil, die der Größe und jeweiligen Leistung ist einem Turboverdichter zugeordnet, dessen Turdes verwendeten Motors gerecht wird. Turboverdich- 15 binengehäuse 38 eine Nebenleitung 44 aufweist, über ter müssen so ausgelegt werden, daß sie bei maxi- die von einem nicht dargestellten Verbrennungsmaler Leistung einen Aufladedruck liefern, der den motor ausgehende Auspuffgase direkt zu einer im Bedarf des verwendeten Motors eher überschreitet. Turbinengehäuse 38 angeordneten Öffnung 46 ge-Dies kann zu ernsthaften Beschädigungen des Motors leitet werden können, sofern ein die Öffnung 70 der führen, wenn der Ladedruck nicht innerhalb zulässiger 20 Nebenleitung 44 normalerweise verschließendes Ab-Grenzen geregelt wird. blasventil 68 sich in seiner Offenstellung befindet.

Bisher bekannte Lösungen, etwa nach der USA.- Das Abblasventil 68 ist über eine Kolbenstange 62 Patentschrift 3 035 408, sind zu aufwendig und er- mit einem Stellkolben 60 verbunden, der in einer f lauben keine ausreichend feinfühlige Regelung bei Kammer 58 des Reglergehäuses 48 axial verschiebkleiner Ansprechzeit. Die demzufolge auftretenden 25 bar gelagert und in Schließstellung des Abblasventils Unregelmäßigkeiten des Aufladedrucks verursachen 68 durch eine Druckfeder 76 beaufschlagt ist. Über eine entsprechend unregelmäßige Beaufschlagung des eine von einem Verdichtergehäuse des Tourbover-Motors. dichters ausgehende Leitung 78 wird der Verdichter-Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelvorrich- druck in die Kammer 58 eingeleitet, die an eine Bohtung der eingangs genannten Bauart zu schaffen, die 30 rung 82 angeschlossen ist, die eine feste Drossel 85 eine für eine feinfühlige Regelung ausreichend kleine aufweist. Von der Bohrung 82 geht vor der Drossel Ansprechzeit besitzt, um eine optimale Leistung des eine Zweigbohrung 84 ab, die zu einem Überdruckangeschlossenen Motors zu gewährleisten. Die Bau- ventil 88 führt. Von diesem Überdruckventil 88 führt weise einer hierfür vorgesehenen Regelvorrichtung eine Leitung 90 zu einer Kammer 92, die auf der soll darüber hinaus einfach sein und mit nur wenig 35 ventilöffnenden Seite des Stellkolbens 60 liegt.
Bauteilen auskommen. Das Überdruckventil 88 besteht aus einem in den

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Gehäusedeckel 52 eingeschraubten Einschraubstück löst, daß auf den Stellkolben des Gas-Abblasventils 94, das in einer Innenbohrung 96 eine durch eine in dessen Öffnungsrichtung durch ein von einer Druckfeder 100 belastete Verschlußkugel 98 auf-Druckfeder in Schließrichtung belastetes, vom Ver- 40 nimmt. Die Druckfeder 100 drückt die Verschlußdichter- bzw. Gebläseenddruck zu öffnendes Über- kugel 98 normalerweise gegen einen Querstift 102 druckventil entweder dieser Enddruck oder der Umge- des Einschraubstücks 94. Das äußere Ende der bungsluftdruck und daß in dessen Schließrichtung Druckfeder 100 stützt sich auf einem Einschraubder durch Abblasen aus einer Bohrung in die Um- nippel 104 ab, der beliebig weit in das Einschraub- ( gebung verminderte, durch eine feste Drossel züge- 45 stück 94 eingeschraubt werden kann. Dadurch ist führte Verdichter- bzw. Gebläseenddruck zur Wir- eine Veränderung des auf die Verschlußkugel 98 kung gebracht wird. wirkenden Federdrucks möglich. Das innere Ende

Hierdurch wird erreicht, daß bei Auftreten eines des Einschraubstücks 94 ist mit einer Anzahl Querunzulässig hohen Verdichter- bzw. Gebläseenddrucks bohrungen 106 versehen, durch welche die Innendieser durch Öffnen des Gas-Abblasventils schnell 50 bohrung 96 mit der Leitung 90 dann in Verbindung und zuverlässig abgebaut wird. In Schließstellung steht, wenn das Einschraubstück 94 entsprechend hingegen ist der auf der ventilschließenden Seite der Darstellung in der Zeichnung in der Zweigbohdes Stellkolbens herrschende Druck noch hoch genug, rung 84 befestigt ist. Wenn die Verschlußkugel 98 um eventuell auftretende Leckverluste durch die am Querstift 102 anliegt, besteht keine Verbindung bewegliche Dichtung des Stellkolbens ausgleichen zu 55 zwischen der Druckleitung 78 und der Innenbohrung können. 96, während die Kammer 92 über die Querbohrungen

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist 106 und die Innenbohrung 96 mit der Umgebung in

das Überdruckventil in einem Einschraubstück un- Verbindung steht.

tergebracht, das nahe seinem inneren Ende durch Sobald sich die Verschlußkugel 98 bis unterhalb

eine Verschlußkugel in deren Schließstellung mit 60 der Querbohrungen 106 bewegt, kann der Verdichter

dem Umgebungsluftdruck und in deren Offenstellung über die Bohrung 82 Druck in die Kammer 92 He-

mit dem Verdichter- bzw. Gebläseenddruck in Ver- fern, die dann über die Bohrungen 84,106 und die

bindung zu bringende Querbohrungen aufweist. Leitung 90 mit der Bohrung 82 verbunden ist. In

Durch Vorhandensein mehrerer solcher Querbohrun- einer Mittelstellung wird der Druck, der auf die

gen können diese in ihrem Durchmesser klein ge- 65 ventilöffnende Seite des Stellkolbens 60 wirkt, durch

halten werden, so daß sie bei Beaufschlagung der eine teilweise Öffnung der Querbohrungen 106 mittels

ventilöffnenden Seite des Stellkolbens keine dros- der Kugel 98 bestimmt,

selnde Wirkung herbeiführen, vielmehr ein sofortiges Wenn der Verbrennungsmotor und der angeschlos-

sene Turboverdichter außer Betrieb sind, nehmen alle Teile der Regelvorrichtung die in der Zeichnung dargestellte Lage ein. Beim Starten des Motors werden die Auspuffgase der Turbine zugeführt, wodurch ein schneller Druckanstieg am Verdichter eintritt. Dieser Druck gelangt über die Leitung 78 und die Drossel 85 in die Kammer 58, so daß sich die durch die Feder 76 ausgeübte Kraft verstärkt.

Durch die Kammer 58 findet ein ständiger Luftdurchfluß statt, und zwar unabhängig von der jeweiligen Stellung des Gas-Abblasventils 68. Die durch die Drossel 85 in die Kammer 58 eintretende Luft tritt durch eine kalibrierte Bohrung 107 im Deckel 52 aus. Durch dieses Abblasen herrscht in der Kammer 58 ein gegenüber dem Verdichter- bzw. Gebläseenddruck verminderter Druck, der durch die Größe der Drossel 85 sowie der Bohrung 107 bestimmt wird. In einer praktischen Ausführungsform haben Drossel 85 und Bohrung 107 jeweils einen Durchmesser von 1,8 mm.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist die durch die Druckfeder 76 wirkende Kraft, zuzüglich der auf den Kolben 60 einwirkenden Kraft, die der Differenz zwischen dem reduzierten Druck in der Kammer 58 und dem Umgebungsluftdruck in der Kammer 92 entspricht, geringfügig größer als die durch die Auspuffgase verursachte Kraft auf das Abblasventil 68, so daß dieses auf seinem Sitz gehalten wird. Ein ansteigender Auspuffdruck wirkt sich in einer entsprechenden Zunahme des Verdichterdrucks sowie des verminderten Drucks in der Kammer 58 aus, wobei die Summe der Kräfte das Abblasventil 68 so lange geschlossen halten, wie die Verschlußkugel 98 ihre in der Zeichnung dargestellte Lage beibehält.

Wenn der Verdichteraustrittsdruck den vorbestimmten Wert überschreitet, wie er durch die Vorbespannung der Druckfeder 100 festgelegt ist, erfolgt eine Abwärtsbewegung der Verschlußkugel 98, wobei der in der Leitung 78 vorhandene Druck sich bis in die Kammer 92 fortpflanzt. Die daraus folgende Drucksteigerung in der Kammer 92 führt zu einer Uberschußkraft, die in Richtung einer Ventilöffnung wirkt. Nach dem Öffnen des Abblasventils 68 kann ein Teil der Auspuffgase durch die Leitung 44, den Auslaß 70 und die Öffnung 46 in die Umgebung gelangen, was zu einer Drehzahlherabsetzung der Turbine führt. Wenn die Drehzahl der Turbine abnimmt, verringert sich entsprechend auch der Verdichterauslaßdruck, und zwar so lange, bis eine bestimmte Druckhöhe erreicht ist und die Verschlußkugel 98 sich wieder nach oben bewegt. Damit ist eine Druckabnahme in der Kammer 92 verbunden, die so lange anhält, bis ein Gleichgewichtszustand der auf den Stellkolben 60 wirkenden Kräfte erreicht ist. Das Abblasventil 68 verharrt dabei in einer teilweisen Offenstellung, bis der Verdichterauslaßdruck wieder unter den vorbestimmten Wert abgefallen ist.

Die Vorrichtung spricht ebenso schnell auf einen Druckanfall an. Wenn nämlich der Druck unterhalb den vorbestimmten Wert abfällt, entlüftet die Verschlußkugel 98 die Kammer 92, so daß das Abblasventil 68 sofort wieder in seine Schließstellung zurückkehren kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung für das Abblasventil einer einen Verdichter antreibenden Gasturbine, insbesondere einer ein Ladegebläse antreibenden Abgasturbine einer Kolbenbrennkraftmaschine, wobei das Abblasventil durch den Gasdruck und mittels eines Stellkolbens durch den Verdichterbzw. Gebläseenddruck in Öffnungsrichtung und durch einen von diesem Enddruck abgeleiteten, durch Abblasen in die Umgebung verminderten Luftdruck in Schließrichtung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stellkolben (60) des Gas-Abblasventils (68) in dessen Öffnungsrichtung durch ein von einer Druckfeder (100) in Schließrichtung belastetes, vom Verdichter- bzw. Gebläseenddruck zu öffnendes Überdruckventil (88) entweder dieser Enddruck oder der Umgebungsluftdruck und daß in dessen Schließrichtung der durch Abblasen aus einer Bohrung (107) in die Umgebung verminderte, durch eine feste Drossel (85) zugeführte Verdichter- bzw. Gebläseenddruck zur Wirkung gebracht wird.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (88) in einem Einschraubstück (94) untergebracht ist, das nahe seinem inneren, im Durchmesser abgesetzten Ende durch eine Verschlußkugel (98) in deren Schließstellung mit dem Umgebungsluftdruck und in deren Offenstellung mit dem Verdichter- bzw. Gebläseenddruck in Verbindung zu bringende Querbohrungen (106) aufweist.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verschlußkugel (98) in Schließrichtung belastende Druckfeder (100) an ihrem äußeren Ende an einem Einschraubnippel (104) abgestützt ist, der im Einschraubstück (94) axial verstellbar ist.

4. Regelvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (88), das Einschraubstück (94) mit Einschraubnippel (104), eine die feste Drossel (85) aufweisende Bohrung (82) mit einer Zweigbohrung (84) sowie die Abblasbohrung (107) in einem einen Teil einer auf der Schließseite des Stellkolbens (60) liegenden Kolbenkammer (58) bildenden Deckel (52) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen