Die Erfindung betrifft ein Überdrehzahl-Schutzsystem für eine Welle, insbe
sondere einer Fluggasturbine mit zumindest einem induktiven Drehzahlfühler
und einer Elektronikeinheit zur Kontrolle der Drehzahl der Turbinen-Welle
und ggf. zum Einleiten von die Drehzahl reduzierenden Maßnahmen. Zum
bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die US 3,834,830
verwiesen.The invention relates to an overspeed protection system for a shaft, in particular
in particular an aircraft gas turbine with at least one inductive speed sensor
and an electronics unit to control the speed of the turbine shaft
and if necessary to initiate measures to reduce the speed. To the
known prior art is for example to US 3,834,830
referred.
Elektronische Überdrehzahl-Schutzsysteme werden u. a. an Turbinentrieb
werken eingesetzt und sollen unzulässig hohe Drehzahlen der Turbinenwel
len verhindern. Mehrwellen-Turbinentriebwerke sind dabei aus Sicherheits
gründen für jede Welle mit zwei voneinander unabhängigen sog. Überdreh
zahl-Schutzschaltkreisen ausgerüstet. Diese Überdrehzahl-Schutzschalt
kreise sind auch unabhängig von der übrigen elektrisch-elektronischen
Triebwerksregelung. Um diese Unabhängigkeit aus Sicherheitsgründen zu
gewährleisten, werden die elektronischen Überdrehzahl-Schutzschaltkreise
bzw. Schutzsysteme auch separat mit elektrischer Energie versorgt, die von
eigenständigen Wicklungen eines Hilfsgenerators bereitgestellt wird. Dies
stellt jedoch nicht nur bezüglich des Hilfsgenerators, sondern auch bezüglich
der gesamten Verkabelung einen erhöhten Aufwand dar. Insbesondere bei
Fluggasturbinen verursacht dies auch eine Erhöhung des Triebwerk-Ge
samtgewichtes.Electronic overspeed protection systems are u. a. on turbine drive
plants used and should have impermissibly high speeds of the turbine shaft
prevent len. Multi-shaft turbine engines are from safety
establish for each shaft with two independent so-called overspeed
Number protection circuits equipped. This overspeed protection switch
circles are also independent of the other electrical-electronic
Engine control. To ensure this independence for security reasons
ensure the electronic overspeed protection circuits
or protection systems also supplied separately with electrical energy from
independent windings of an auxiliary generator is provided. This
poses not only regarding the auxiliary generator, but also regarding
the entire cabling represents an increased effort
Aircraft gas turbines also cause an increase in engine ge
velvet weight.
Diesbezüglich Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung.The task of the present is to show improvements in this regard
Invention.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die von der Elektronikeinheit
des Überdrehzahl-Schutzsystemes benötigte elektrische Energie vom Dreh
zahlfühler bereitgestellt wird. Dabei kann auch ein Abschaltventil zur Dreh
zahl-Reduzierung vom Drehzahlfühler mit elektrischer Energie versorgt wer
den.To solve this problem it is provided that the electronics unit
of the overspeed protection system required electrical energy from the rotation
number sensor is provided. A shut-off valve can also be turned
Number reduction from the speed sensor supplied with electrical energy
the.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte Prinzipskizze
verwiesen. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein Drehzahl-Geberrad bezeich
net, das entweder direkt an der hinsichtlich ihrer Drehzahl zu überwachen
den Turbinen-Welle oder auch an einer von der Turbinen-Welle angetriebe
nen Hilfswelle befestigt sein kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind am
Umfang dieses Drehzahl-Geberrades hier nicht gezeigte Impulsgeber vorge
sehen, die ein induktiver Drehzahlfühler 2 erkennen kann, der in geeigneter
Weise nahe des Drehzahl-Geberrades 1 angeordnet ist. Bei Rotation des
Geberrades 1 um seine Achse erzeugt der induktive Drehzahlfühler 2 ein
sinusähnliches Signal, welches über ein Verbindungskabel 5 einer Elektro
nikeinheit 3, die auch als Überdrehzahl-Schutzschaltkreis bezeichnet werden
kann, zugeführt wird.For a more detailed explanation of the invention, reference is made to the attached schematic diagram. The reference numeral 1 denotes a speed sensor wheel, which can either be attached directly to the turbine shaft with regard to its speed or to an auxiliary shaft driven by the turbine shaft. As is known to the person skilled in the art, pulse generators (not shown here) are provided on the circumference of this speed sensor wheel, which can be recognized by an inductive speed sensor 2 , which is arranged in a suitable manner near the speed sensor wheel 1 . During rotation of the encoder wheel 1 about its axis, the inductive speed sensor 2 generates a sine-like signal, which is supplied via a connecting cable 5 an electric nikeinheit 3, which can also be referred to as overspeed protection circuit.
In der Elektronikeinheit 3 wird das Signal des Drehzahlfühlers 2 ausgewertet,
d. h. es wird die Drehzahl des Geberrades 1 bzw. der zugehörigen Turbinen-
Welle ermittelt und mit einem Drehzahl-Grenzwert verglichen. Wird erkannt,
daß die Turbinenwellen-Drehzahl diesen Grenzwert erreicht hat, so werden
von dieser Elektronikeinheit 3 auch Maßnahmen zur Reduzierung der Turbi
nenwellen-Drehzahl eingeleitet. Beispielsweise kann hierzu ein Abschalt
ventil 4 betätigt werden, welches im Kraftstoffversorgungssystem der Flug
gasturbine bzw. des Turbinentriebwerkes angeordnet ist. Durch Betätigung
dieses Abschaltventiles wird die Fluggasturbine nicht weiter mit Kraftstoff
versorgt, so daß sich zwangsläufig die Drehzahl der Turbinenwelle verrin
gert. Wie ersichtlich ist hierzu das Abschaltventil 4 über ein Verbindungska
bel 6 mit der Elektronikeinheit 3 verbunden.The signal of the speed sensor 2 is evaluated in the electronics unit 3 , ie the speed of the sensor wheel 1 or the associated turbine shaft is determined and compared with a speed limit value. If it is recognized that the turbine shaft speed has reached this limit value, measures to reduce the turbine shaft speed are also initiated by this electronics unit 3 . For example, a shut-off valve 4 can be actuated, which is arranged in the fuel supply system of the aircraft gas turbine or the turbine engine. By actuating this shut-off valve, the aircraft gas turbine is no longer supplied with fuel, so that the speed of the turbine shaft is inevitably reduced. As can be seen, the shut-off valve 4 is connected to the electronics unit 3 via a connecting cable 6 .
Zur Ausführung der beschriebenen Operationen bzw. zur Ausübung seiner
Funktion benötigt die Elektronikeinheit 3 elektrische Energie. Diese wird er
findungsgemäß vom induktiven Drehzahlfühler 2 bereitgestellt, so daß es
nicht erforderlich ist, die Elektronikeinheit 3 von extern mit elektrischer Ener
gie zu versorgen. Der Drehzahlfühler 2 liefert bei Rotation des Geberrades 1
nämlich nicht nur ein sinusförmiges Signal, sondern tatsächlich kann bei ent
sprechender Dimensionierung der einzelnen Elemente der Drehzahlfühler 2
auch als Wechselstromgenerator fungieren. Dies bedeutet in anderen Wor
ten, daß der Signalstrom des Drehzahlfühlers 2 die elektrische Energie dar
stellt, mit der die Elektronikeinheit 3 versorgt und betrieben wird. Somit kann
auch das Abschaltventil 4 direkt vom Drehzahlfühler 2 mit elektrischer Ener
gie versorgt werden. Dies ist durchaus möglich, wenn man bedenkt, daß die
größte elektrische Leistung nur dann benötigt wird, wenn das Abschaltventil
4 betätigt werden soll, also dann, wenn das Drehzahl-Geberrad 1 mit sehr
hoher Drehzahl rotiert. Eine derart hohe Drehzahl des Geberrades 1 im Be
reich seiner Grenzdrehzahl löst gleichzeitig beim Drehzahlfühler eine hohe
Impulsfolge aus, was - bei entsprechender Dimensionierung desselben -
eine ausreichend hohe elektrische Energiebereitstellung zur Folge hat. Ins
besondere liegt auch eine ausreichend hohe Energiemenge vor, da übli
cherweise aus Redundanzgründen mehrere Drehzahlfühler 2 je Welle bzw.
je Geberrad 1 vorgesehen sind. Es wurde somit erkannt, daß in denjenigen
Betriebszuständen beispielsweise der Fluggasturbine, in denen das elektro
nische Überdrehzahl-Schutzsystem eine Funktion ausüben muß, im Über
drehzahl-Schutzsystem selbst eine ausreichende Energiemenge zur Aus
führung dieser Funktion erzeugt wird. Somit ist keine externe Energieversor
gung des elektronischen Überdrehzahl-Schutzsystemes bzw. der Elektro
nikeinheit 3 erforderlich. Der eingangs genannte Hilfsgenerator, der bislang
mittels separater Wicklungen die Energie für ein elektronisches Überdreh
zahl-Schutzsystem erzeugt hatte, kann somit wegen Entfall dieser separaten
Wicklungen einfacher gestaltet werden, auch können bislang benötigte Ver
bindungskabel zwischen diesem Hilfsgenerator sowie dem Überdrehzahl-
Schutzsystem ersatzlos entfallen. Dies bedeutet eine Erhöhung der Zuver
lässigkeit sowie eine Gewichts- und Kostenreduzierung. Wie ersichtlich sind
nunmehr lediglich die beiden Verbindungskabel mit den Bezugsziffern 5 und
6 erforderlich, wobei über das Verbindungskabel 5 sowohl das Signal des
Drehzahlfühlers 2 als auch die von ihm erzeugte elektrische Energie über
tragen wird. Selbstverständlich muß die Elektronikeinheit 3 in geeigneter
Weise gestaltet werden, d. h. in dieser Elektronikeinheit 3 müssen Maß
nahmen vorgesehen sein, mit Hilfe derer die vom Drehzahlfühler 2 bereitge
stellte elektrische Energie in brauchbarer Weise umgewandelt wird. Jedoch
ist die hierfür benötigte, für den Fachmann einfach entwickelbare Schalt
kreis-Gestaltung nicht Inhalt der vorliegenden Erfindung. Selbstverständlich
sind auch Abwandlungen möglich, so insbesondere hinsichtlich der Maß
nahmen zum Reduzieren der Turbinenwellen-Drehzahlen, d. h. anstelle des
Abschaltventiles 4 kann auch ein geeigneter anderer Operator vorgesehen
sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.The electronic unit 3 requires electrical energy to carry out the operations described or to perform its function. According to the invention, this is provided by the inductive speed sensor 2 , so that it is not necessary to supply the electronic unit 3 with electrical energy from outside. The speed sensor 2 delivers with rotation of the encoder wheel 1 not only a sinusoidal signal, but actually can act as an alternator with appropriate dimensioning of the individual elements of the speed sensor 2 . In other words, this means that the signal current of the speed sensor 2 represents the electrical energy with which the electronics unit 3 is supplied and operated. Thus, the shut-off valve 4 can be supplied directly from the rotational speed sensor 2 with electric energy Ener. This is quite possible if you consider that the greatest electrical power is only required when the shut-off valve 4 is to be actuated, that is, when the speed sensor wheel 1 rotates at a very high speed. Such a high speed of the encoder wheel 1 in the range of its limit speed simultaneously triggers a high pulse train at the speed sensor, which - with appropriate dimensioning of the same - results in a sufficiently high electrical energy supply. In particular also a sufficiently high amount of energy is present, there are übli cherweise each shaft and each encoder wheel 1 provided for reasons of redundancy a plurality of speed sensors. 2 It was thus recognized that in those operating conditions, for example, the aircraft gas turbine, in which the electronic overspeed protection system must perform a function, a sufficient amount of energy is generated in the overspeed protection system itself to perform this function. Thus, no external energy supply of the electronic overspeed protection system or the electronics unit 3 is required. The above-mentioned auxiliary generator, which had previously generated the energy for an electronic overspeed protection system by means of separate windings, can thus be made simpler because these separate windings are no longer required, and previously required connection cables between this auxiliary generator and the overspeed protection system can be dispensed with without replacement. This means an increase in reliability as well as a reduction in weight and costs. As will now be apparent, only the two connection cables with the reference numerals 5 and 6 required, via the communication cable 5, both the signal of the speed sensor 2 and the electric power generated by it is transferred. Of course, the electronics unit 3 must be designed in a suitable manner, ie measures must be provided in this electronics unit 3 , by means of which the electrical energy provided by the speed sensor 2 is converted in a usable manner. However, the circuit design required for this, which can be easily developed by a person skilled in the art, is not part of the present invention. Of course, modifications are also possible, in particular with regard to the measures to reduce the turbine shaft speeds, ie instead of the shutoff valve 4 , a suitable other operator can also be provided without leaving the content of the claims.