DE1576144A1 - Automatische Steuerung fuer einen hydraulischen Stell- oder Arbeitskolben - Google Patents

Description

The Plessey Company Limited
56 YiGarage Lane
Ilford-Essex / England

Unser Zeichen: P 1886

Automatische Steuerung für einen hydraulischen Stell- oder Arbeitskorben

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Betätigungseinrichtungen oder hydraulische Stellvorrichtungen, bei denen ein hydraulisch betätigter Differentialkolben vorgesehen ist, und es ist ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung für die automatische Steuerung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung dieser Art zu schaffen, die auf Fehle ranz eigen eines Abtasters anspricht, und wobei die hydraulische Leistung mittels einer Pumpe mit fester Fördermenge zugeführt wird,

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wobei

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wobei automatisch der Förderdruck der Pumpe entsprechend der erforderlichen Betätigungs- oder Stellkraft verändert v/ird, während normalerweise die Beziehung der Ansprechrate auf die Fehleranzeige der Abtastvorrichtung im wesentlichen konstant gehalten v/ird. Die Anordnung einer derartigen Einrichtung ist beispielsweise vorteilhaft, um automatisch die Aufheizdüsenöffnung im Abgasrohr eines Strahltriebwerkes einzustellen, welches einen nachbrenner auf v/eist, um das Verhältnis des Druckes a'm Turbineneinlaß und an Auslaß während der ITacherhitzung im wesentlichen konstant zu halten.

Gemäß der Erfindung ist dafür Vorsorge getroffen, daß der Förderdruck der Pumpe mit fester Fördermenge dauernd auf die kleinflächige Seite des Differentialkolbens einwirkt, während ein Hauptsteuerventil, v/elche3 vom Abtaster betätigt v/ird, wahlweise die Verbindung der großflächigen Seite des Kolbens entweder mit einem Überlauf oder mit der Pumpe steuert, um das normale Ansprechen der Abtasteinrichtung wieder einzustellen, wobei dafür Vorsorge getroffen ist, daß der Druck auf der großflächigen Seite des Differentialkolbens gegen eine Feder in einem durch eine Pumpe belasteten Steuerventil wirksam wird, so daß dieses den Pumpenförder-

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druck

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druck dadurch verändert, daß die Größe einer; Überströmauslasses verändert wird, um beispielsweise den Druck auf der großflächigen Seite des Kolbens im wesentlichen konstant zu halten, \iobei jedoch verhindert wird, daß der Pumpenförderdruck unter einen Minimalwert vermindert wird, der durch einen Endanschlag für das pumpenbelastete Steuerventil bestimmt wird.

Vorzugsweise umfaßt die Über£;tr"5möffnung dea Pumpensteuerventils eine Öffnung, die durch das Ilauptsteuerventil geschlossen wird, wenn dieses bewirkt, daß sich die Stell- oder Betätigungseinrichtung zur kleinflücliigon Seite de3 liolbens hin bewegt.

In den Figuren der Zeichnung i.-:-j schematisch ein Ausführungjbeisi:iel dargestellt. B- zeigen :

?ig. 1 eine schenatische Darstellung einer Stell- oder Betilxigungovorrichtung mit einer erfindungsgeaäisen Steuerung, "wobei die Anlage für die Steuerimg einer Aufheizdüse in einem Strahltriebwerk vorgesehen ist, welches einen Uacivbrenner aufv.'eist,

Pi:j. 2 eine schematische 3chnittansieht, welche die Stell- oder Betätigungseinrichtung

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nit

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mit Differentialkolben und deren Steuerung im einzelnen zeigt.

Bs sei zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Strahltriebwerk für ein Plugzeug weist einen Kanal 46 auf, in welchem eine Rotorwelle 1 angeordnet ist. Diese Rotorwelle trägt Kompressorstufen 2 an einem Ende und am anderen Ende ein Turbinenrad 3. Eine Verbrennungskammer 4 ist mit Brennern 5 ausgestattet, und diese Verbrennungskammer ist zwischen der Kompressorstufe und der Turbine angeordnet. Die Drucke am Kompressoreinlaß., am Kompressorauslaß, am Turbineneinlaß und am Turbinenauslaß sollen in üblicherweise als P₁, P_?, ■ P^ und Έ_Δ bezeichnet werden. Die aus der Turbine austretenden Keißgase strömen durch ein Strahlrohr 6 hindurch, welches eine Verlängerung des Kanäles 46 bildet. Das Strahlrohr ist mit einem Nachbrenner 7 ausgerüstet und mit Hachbrennerdüsenklappen 8, die durch eine hydraulische Stelleinrichtung betätigt v/erden, wobei diese Stelleinrichtung die Form eines Diffe-

rential-Arbeitskolbens 9 hat. Diese hydraulische Stelleinrichtung wird mittels einer Pumpe 15 über einen Steuerschieber 10 mit Hydraulikflüssigkeit gespeist. Der Steuerschieber 10 wird vom Ausgangselement 11 einer Druckverhältnisabtasteinrichtung 12 gesteuert. Mit der Druckverhältnisabtasteinrichtung 909887/0921

■wird die Druokabtastleitung 13 und 14 verbunden, welche dieser Abtasteinrichtung 12 den Druck P- am Turbineneinlaß und den Druck P, am Turbinenauslaß zuführen. Der Steuerschieber 10 ist mit dem Auslaß der Pumpe verbunden. Diese Pumpe 15 ist, wie in fig. 2 gezeigt, eine Pumpe mit fester Fördermenge, und die Pumpenförderleitung ist bei 21 dargestellt und die Pumpeneinlaßleitung bei 16. Eine Rückleitung ist bei 17 gezeigt, und der Steuerschieber 10 ist derart ausgelegt, daß mittels der Stellvorrichtung 9 der Betrieb der Düsenklappen 8 derart gesteuert v/ird, daß unabhängig vom Betrieb des lachbrenners ein konstantes Druckverhältnis P^ zu P, aufrechterhalten v/ird, -wobei dieses Druckverhältnis dem Steuerschieber 10 durch das Auslaßelement 11 der Abtasteinrichtung 12 zugeleitet wird.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Die hydraulische Stellvorrichtung 9 oder jede hydraulische Stellvorrichtung 9 weist einen Differentialkolben 18 auf,. des-sen wirksame Fläche auf der rechten Seite durch einen Kolben 19 etwa auf die Hälfte der Fläohe auf der linken Seite vermindert wird. Hydrauliköle welches aus einem Sumpf 14 über die leitung 16 zugeleitet wird, wird in die Zahnradpumpe 15 eingegeben, deren Welle 20 von

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ν der Turbinenwelle 1 angetrieben wird. Dieses Hydrauliköl v/ird einer i'örderleitung 21 zugeführt, die in üblicherweise ein Sicherheitsrückschlagventil 22 aufweist. Die Förderleitung 21 steht mit dem Teil 23 der Zylinderbohrung der stelleinrichtung 9 auf der rechten Seite des Differentialkolbens 18 in Verbindung, d.h. also mit der kleinflächigen Seite des Kolbens, und ferner mit einer ringförmigen Aussparung 24 im Schieberkolben 25 einas Hauptsteuerschiebers. Dieser Schieberkolben iijt mechanisch mit dem Ausgang3-element 11 der Druckverhältnisabtasteinrichtung 12 verbunden. Die Bohrung, in der der Schieberkolben 25 gleitbsir gelagert ist, weist eine Betriebs öffnung 26 auf, die mit dem Abschnitt 27 der Stellzylinderbohrun^ verbunden ist, die auf der großflächigen Seite des Kolbens 18 liegt. Das rechte Ende dieser Bohrung enthält den Schieberkolben 25 und weist eine öffnung 45 auf, die einer zweiten ringförmigen Aussparung 28 des Schieberkolbens 25 gegenüberliegt, und es ist eine Verbindung mit der Bückleitung 17 vorhanden, die zum Sumpf 14 führt» Die zuerst genannte ringförmige Aussparung 24 im Schieberkolben 25 ist vom rechten Ende ! des Schieberkolbens, auf den niedriger Druck einwirkt, t durch einen Steg 29 getrennt. Wenn das Druckverhältnis j den gewünschten Wert hat und wenn das Ausgangs element

BAD ORIGINAL

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äer Abtasteinrichtung sioh in seiner dargestellten normalen Lage befindet, 30 i;;t dieaer Steg 29 derart angeordnet, daL dieser die Betrieb3öffnung 26 von der ringförmigen Aussparung 24, an der Förderdruck der Pumpe herrscht, und'von der iliederdruckseite cm rechten linde des Schieberkolbens 25 absperrt.

Vf'enn das Druckverhältnis P- zu P. der Turbine 3 ansteirt» v;aü erforderlich macht, daß die Düsenklappen β in eine uchv geschlossene Lage hineinbewegt v/erden, bewegt das Druekvei'iiältniüabtYsteleiüent 12 das Ausgang-element 11 nach links. Dadurch kann Druckflüssigkeit au3 der hammer 27 auf der großflächigen Seite des Kolbens 16 durch die Öffnung 26 in die Iliederdruckrückleitxmg 17 austreten, und der Kolben 16 kann οich nach lin'.zu Lev/egen, und dadurch werden die Düsenklappen 8 in eine mehr geschlossene Lage gebracht. Diese Bewegung ν,·ίι\ϊ fortgesetat, bis das Druckverhäitnis P, ζ'Λ. ΐ. auf den urcprlinglichen Viert '»/ieder eingestellt ist, v.'oäurch bevrirkt v.'ird, daß.die Druckverhältnisabtaateiii'richtung 12 den Steuerschieber 25 in seine dargestellte normale Stellung zurückführt, in der die Öffnung 26 durch den Steg 29 abgeschlossen ist.

Es findet eine entsprechende Korrekturbewegung in der 909887/0921 entgegengesetzten

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entgegengesetzten Richtung statt, wenn das Druckverliältnia P-, zu P- unter den gewünschten Wert abfällt.

Die Kraft, die auf die Kolbenstange 19 einwirkt, wird durch die aerodynamischen Reaktionen der Klappen 8 auf die Strömung im Gasrohr 6 bestimmt. Diese Kraft wird, abgesehen von Reibungswirkungen, immer duroh den Unterschied zwischen den Kräften ausgeglichen, die auf den Kolben 13 durch den Pumpenförderdruck ausgeübt v/erden, wobei dieser Pumpenförderdruck auf die kleinflächige rechte Fläche des Kolbens einwirkt, und wobei der Druck an der Öffnung 26 abgezogen wird, und wobei dieser Druck auf die großflächige linke Seite des gleichen Kolbens einwirkt, und falls keine anderen Vorkehrungen getroffen sind, so arbeitet die Pumpe 15 inner gegen den Maximaldruck an, der durch das Sicherheitsrückschlagventil 22 bestimmt wird.

Bs ist ein spezielles Ziel der Erfindung, den Pumpenförderdruck unter diesen Wert zu vermindern, und zwar dadurch, daß überschüssige Flüssigkeit abgeleitet wird, wobei immer ein ausreichender Pumpenförderdruek sichergestellt wird, um die Kräfte abzugleichen, die auf die Kolbenstange 19 einwirken. Dies v/ird dadurch erreicht, daß ein Pumpenbelastungssteuerschieber 30 vor-

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gesehen

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gesehen ist, dessen Schieberkolben 31 ähnlich wie der Schieberkolben 25 des Hauptsteuerschieber3 eine ringförmige Aussparung aufweist, die, wie bei 32 gezeigt, zwischen zwei Stegen 33 und 34 angeordnet ist, wobei diese Aussparung dauernd mit der Pumpenförderleitung 21 verbunden ist-. Das rechte Ende des Schieberkolbens 31 wird über eine Leitung 35 vom Druck im großflächigen Ende 27 der Zylinderbohrung der Stellvorrichtung 9 beaufschlagt, und dieser Druck wirkt einer Jeder 36 bei der Steuerung einer öffnung 37 in der Bohrung des Schiebers 30 entgegen. Diese Öffnung 37 steht mit einer Öffnung 45 in der Bohrung in Verbindung, die den Kolbenschieber 25 des Hauptsteuerschiebers aufnimmt. Diese Öffnung 25 liegt normalerweise der ringförmigen Aussparung des Sohieberkolbens 23 gegenüber, so daß eine Öffnung zur Rückleitung 17 über eine Steueröffnung 28 erfolgt. Wenn bei diesen Betriebsbedingungen der Druck in der Kam~ mer 27 auf der großflächigen Seite des Ko&bens 18 über einen Viert ansteigt, der durch die Einstellung der Peder

36 bestimmt wird, so ermöglicht der Schiebersteg 33 des Schieberkolbens 31 des pumpenbelasteten Steuerschiebers 30, daß Flüssigkeit aus der ringförmigen Aussparung 32 des Schieberkolbens 31 und damit aus der Pumpenförderleitung 21 zur Niederdruckseite äee über die Öffnungen

37 und 28 zurückgeführt wird, bis der Drosseleffekt der

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Öffnung

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Öffnung 37 gerade ausreicht, um die Einwirkung des Druckes in der ^ammer 27 auf den Schieberkolben 31 mit der Einv/irkung der Feder 34 abzugleichen, Ein einstellbarer Anschlag 38 ist vorgesehen, um die Bewegung des Schieberkolbena 31 in der Entlüftungsrichtung zu begrenzen, und dadurch v/ird die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes in der Pumpenförderleitung 21 sichergestellt, um Reibungswirkungen zu überwinden, wobei geringe statische Kräfte, die auf die Kolbenstange 19 einwirken, vernachlässigt werden kennen.

Die aerodynamischen Kräfte, die auf die Düaenklappen 8 einwirken und die die Neigung haben, diese Klappen in die Öffnungsstellung zu bewegen, sind bei geringen Flughöhen am größten und können beim Flug in großen Höhen sehr klein werden. Beim Flug in großen Höhen kann das Druckverhältnisabtastgerät ein Signal erzeugen, welches ein schnelles Öffnen der Drosselklappen erforderlieh macht. Die Reibungskräfte, die der Öffnungsbewegung entgegenwirken, können größer sein als die aerodynamischen Kräfte, welche bestrebt sind, diese Klappen zu öffnen. In diesem Fall ist eine positive hydraulische Einwirkung auf den Kolben in der Öffnungsrichtung erforderlich, um die benötigte

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aohnelie

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schnelle Öffnung3bewegung su erzeugen« Da andererseits wührend de ^ Fliegens in großen Hohen die Öffnung 37 weit geöffnet ist, so daß der Druck in der Förderleitung 21 auf ein Minimum herabgesetzt ist. kann unter diesen Umständen Ber zur Verfugung stehende Druck nicht ausreichend sein, um die gewünschte schnelle Bewegung des Stellkorbens 18 in der lilappenöffnung3richtung su erzeugen, wobei dieoe Richtung bei der Darstellung in Pig. 2 eine Bewegungsrichtung nach rechte int. Dieoe Gefahr wurde l)ei::i dargestellten Ausführungsbeiopiel dadurch ausge ο ehalte t, daß ein susätslicher 3teg 40 am Schieberkolben 25 vorgesehen viirü. Dieser Steg 40 i*jt durch die ringförmige Aussparung 23 von einen Steg 47 getrennt, der diese Aussparung von der Aussparung 24 trennt, in der Puiapeiiförderäruck herrscht. Wenn der Schieberi.olben 25 in entsprechender Yfeise aus der dargestellten neutralen Stellung naoh rechts bewegt ist, um die Klappen 8 in Offnurig3richtung su bewegen, so sperrt der Steg 4-0 die öffnung 45 in der Leitung von der Überströmöffnung 37 des Schiebers 30 zur Ruckleitung 17 über die ringförmige Aussparung 28 ab, und dadurch viird die L^erströmv/irkung des Schiebers 30 verhindert Una eile Flüssigkeit, die von der Pumpe 5 abgegeben wird, strömt dann zum Stellzylinder, um die ge-

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wünschte

wünschte schnelle Bewegung des Kolbens 18 in der Klappenüffnungsrichtung zu erzeugen. In dieser Betriebsphase steht die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit nur noch unter der Steuerwirkung des Ruckschlagventiles 22. Sobald die erforderliche Öffnungsbewegung beendet ist und das Druckverhältnis P, jzu P. auf den llormalwert zurückgeführt ist, fährt der Steuerschieber 25 in die dargestellte neutrale Stellung zurüok, und kurz bevor diese Stellung erreicht wird, öffnet der Schieber die Verbindung zwischen der Überströmöffnung 37 und der ringförmigen Aussparung 28.

Beira dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Zusatzventil 41 vorgesehen, welches eine zusätzliche Über3trümöffnung der Pumpenförderleitung 21 steuert. Dieses Zusatzventil 41 wird bei allen ITormalstellungen der Stell- oder Betätigungseinrichtung mittels einer Feder 42 geschlossen gehalten. Dieses Ventil 41 weist eine Stoßstange 43 auf, die sich in den großflächigen Abschnitt 27 des Zylinders derart hin-.einerstreckt, da£, wenn der Stellkolben-18 das Ende seines Düsenschließhubes erreicht, der Kolben gegen die Stange 43 anstößt, um Flüssigkeit aus der Pumpenförderleitung zurückzuleiten, bis die Kraft des Kolbens 18 auf den Viert abfällt, der erforderlich ist,

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um

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um daa Ventil 41 gegen die Feder 4-2 offenzuhalten. In der Praxis wird diesea Ventil "betätigt, wenn die Nachbrenner außer Betrieb aind, und das Ventil stellt dann unabhängig vom Betrieb des Druckverhältnisabtaatgerätes sicher, daß unter diesen Umständen der Pumpenforderdruck auf einem Minimalwert gehalten wird, der erforderlich ist, um die Düaenachaufeln in ihrer vollatändig geschloaaenen Lage zu halten.

Patentanapffüohe 909887/0921

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Hydraulische Stell- oder Betätigungseinrichtung, die von einer Pumpe mit feeter Fördermenge gesrjeist wird, gekennzeichnet durch einen im Stellzylinder angeordneten Differentialkorben, wobei das Ende des Zylinders, in dem die kleinere Fläche des Kolbens angeordnet ist dauernd mit der Förderseite der Pumpe verbunden ist, ein von einer Abtasteinrichtung betätigtes Steuerventil, welches wirksam ist, um wahlweise das andere Ende des Stellzylinders mit der Pu^penförderleitung oder mit einer Überstrcmöffnung zu verbinden, und zwar entsprechend der Stellung der Abtastvorrichtung, eine v/eitere Über— strömöffnung in der Pumpenförderleitung, einen pumpenbelasteten Steuerschieber in der v/eiteren Überströmöffnung, eine. Vorspannfeder, die den pumpenbelaateten Steuerschieber in eine geöffnete Stellung drückt, wobei dem anderen Ende des Stellzylinders Flüssigkeitsdruck zugeführt wird, der wirksam wird, um den pumpenfeelasteten Steuerschieber gegen die Wirkung der Feder in eine geschlossene Stellung zu bringen«

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   2.

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   2. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die v/eitere Überströmöffnung mit einera Verschluß ausgestattet ist, der von Stellkolben innerhalb eines vorbestimmten Abstandes vom anderen Ende des Stellzylinders betätigt v;ird.

   ;·. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dr-.ü die v/eitere Üb sr streuöffnung eine Öffnung im Stellzylinder aufweist, vcbei der Stelikolben derart angeordnet int, daiB die:--?r diese Öffnung schließt, \ierm der Kolben sich innerhalb einea be~*tirx.:ten Abstandes von anderen Ende de^ Stel?„zylinders befindet.

   4· Hydraulische Stellvorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dauernd wirksamer Strömungsbegrenzer in ÜberstrJmablaii vorgesellen ist, welcher in pumpenbelasteten Steuerschieber vorgesehen ist.

   5· Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Ansehlag, der den Öffnungshub des pumpenbelasteten Steuerschiebers begrenzt·

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   6.

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   6. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch. 1, daduroh gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Überströmöffnung mit der Pumpenforderleitung verbunden ist, daß diese zusätzliche tJberströmöffnung ein Ventil aufweist, welches normalerweise durch eine Feder geschlossen ist, daß die Vorrichtung ferner einen Anschlag aufweist, der vom Stellkolben betätigt v/ird, und zwar am Ende seines Hubes, zum anderen Ende des Stellzylinders hin, um das normalerweise geschlossene Ventil gegen die Yfirkung der Feder zu öffnen.

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