DE2220468A1 - Rotorbeschaufelung bzw. Propeller mit verstellbarer Blattsteigung - Google Patents
Rotorbeschaufelung bzw. Propeller mit verstellbarer BlattsteigungInfo
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Description
Augsburg, den 24. April 1972
DIPL. ing. E. HOLEEE
89 AUQSBlJHG
David Roberts McMurtry, 21 Stoney Stile Road, Alveston,
Bristol, England
Rotorbeschaufelung bzw. Propeller mit verstellbarer
Blattsteigung
Die Erfindung betrifft eine Rotorbeschaufelung bzw. einen Propeller mit verstellbarer Blattsteigung, deren
bzw. dessen Schaufeln bzw. Blätter an einem sich um eine Hauptachse drehenden Rotor angeordnet und ihrerseits zum
Zwecke d§r Steigungsverstellung jeweils um ihre Längsachsen drehbar sind. j .
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Im besonderen betrifft die Erfindung eine Einrieb.-tung
zum Ausgleich des entsprechend der Drehzahl des Rotors jeweils auf die einzelnen Schaufeln bzw. Blätter
übertragenen Zentrifugaldrehmomentes, welches diese jeweils um eins senkrecht auf der Achse des Rotors stehende
Achse zu drehen versucht.
Die Erfindung ist besonders auf Gasturbinentriebwerke
anwendbar,'welche Propeller mit verstellbarer Blattsteigung antreiben.
Wenn ein Propellerblatt um eine Triebwerkachse umläuft,
wird ein Zentrifugalmoment erzeugt, das dieses Blatt in eine Stellung mit niedriger Steigung zu drehen
versucht. Dieses Moment, das als Zentrifugaldrehmoment bezeichnet wird, ändert sich sowohl mit der Drehzahl als
auch der Steigungseinstellung, wobei es sein Maximum dann erreicht, wenn das Blatt mit Bezug auf die Triebwerkachse
um 45° angestellt ist. Bei einem Propellertriebwerk
mit fester Steigung können sich die einzelnen Blätter nicht drehen und das Zentrifugaldrehmoment wird
von der Blattwurzelbefestigung aufgenommen. Bei einem Propeller mit verstellbarer Steigung, bei dem sich also
die Blätter um ihre Längsachsen drehen können, muß dafür gesorgt werden, daß das Zentrifugaldrehmoment ausgeglichen
wird, damit die Blattsteigungsverstelleinrichtung beim Verstellen der Propellerblätter entgegen dem Zentrifugal-
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drehmoment keine zu großen -Verstellkräfte aufbringen
muß und damit zu groß und zu schwer wird.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer Rotorbeschaufelung bzw. bei einem Propeller mit
verstellbarer Blattsteigung einen Ausgleich des genannten Zentrifugaldrehmomentes zu ermöglichen.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Rotorbeschaufelung der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß
der· Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung
mit jeder Schaufel bzw. mit jedem Blatt jeweils ein Kurventräger, ein Kulissenstein und ein Reaktionsglied vorgesehen
sind, wobei eines dieser genannten Teile jeweils mit der betreffenden Schaufel bzw. dem betreffenden Blatt verbunden
und mit diesem zusammen um deren bzw. dessen Längsachse drehbar ist und wobei ein weiteres der genannten Teile mit
Bezug auf die genannte Hauptachse unter dem Einfluß einer der Drehzahl des Rotors entsprechenden Zentrifugalkraft in
radialer Richtung beweglich ist, daß weiterhin der Kurventräger so profiliert ist und mit dem Kulissenstein und dem
Reaktionsglied derart zusammenwirkt, daß' eine vom Ausmaß der Radialbewegung des in radialer Richtung beweglichen
Teiles abhängige Drehbewegung auf die Schaufel bzw. das Blatt übertragen und das durch die Fliehkraft auf die
Schaufel bzw. das Blatt ausgeübte Zentrifugaldrehmoment
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weitgehend ausgeglichen wird.
Die Profile der Kurventräger müssen folglich derart ausgebildet sein, daß bei jeder beliebigen Steigungseinstellung
der ,Schaufeln bzw. Blätter die vom Kurventräger
erzeugten Drehmomente die Zentrifugaldrehmomente so ausgleichen, daß keine Drehung der Schaufeln bzw. Blätter
entgegen der gewünschten Steigungseinstellung entsteht. Die von den Kurventrägern erzeugten Drehmomente können
jedoch auch so bemessen sein, daß sie etwas größer als die Zentrifugaldrehmomente sind und alsoimmer ein resultierendes
Moment jeweils auf den Schaufelfuß bzw. die Blattwurzel wirkt, welches im Falle einer Störung
in der Blattwinkel-Versteilvorrichtung das Blatt in Segelstellung
dreht.
Außerdem können die Kurventräger derart profiliert sein, daß auch die infolge des Gasdruckes auf die Blätter
wirkenden Drehmomente ausgeglichen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind die Kurventräger als Zylinder ausgebildet, die jeweils drei als Schlitze in den Zylinderwandungen ausgebildete
Kurven aufweisen; die Eeaktionsglieder sind konzentrische Zylinder mit jeweils einer entsprechenden
Anzahl von Kurvenschlitzen mit entgegengesetzt geneigten
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Kurvenflächen $ es sind für jeden Kurventräger jeweils
drei Kulissensteine vorhanden, die jeweils mit zwei entsprechenden Kurvenschlitzen zusammenwirken, wobei jeweils
der Kurventräger mit der Schaufel bzw. dem Blatt verbunden und mit diesem zusammen um dessen Längsachse drehbar
■ist, ferner das Reaktionsglied derart mit dem Rotor verbunden
ist, daß es relativ zum Blatt feststeht, und außerdem die Kulissensteine unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
beweglich sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der anliegenden
Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:
einen Längsschnitt durch ein Propellertriebwerk mit verstellbarer Blattsteigung, das gemäß
der Erfindung ausgebildet ist,
eine Teilansicht einer Blattwurzel, in der die erfindungsgemäßen Kurvenglieder dargestellt
sind, und
eine in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2 gesehene, abgewickelte,
— 5 —
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Fig.
gemäß dem Verlauf der Schnittlinie B-B teilgeschnittene Ansicht,
die nur die Kurven in den Kurvengliedern zeigt.·
Gemäß Pig. 1 weis't ein Gasturbinentriebwerk einen Treibgas-
Erzeuger 1 auf, der einen Propeller 2 iibev ein Getriebe
antreibt. Der Treibgas- Erzeuger besteht in an sich bekannter Weise aus dein üblichen Verdichter, einer Brennkammer anordnung
und einer nicht gezeichneten Turbine, die sich alle um eine Hauptachse Λ drehen.
Gemäß Fig. 2 weisen die Blätter des Propellers 2 jeweils eine Blattwurzel 5 auf, die derart im Rotor befestigt ist,
daß das betreffende Blatt um seine Längsachse 6 drehbar ist. Die Blattwurzel 5 ist in einer Rotorscheibe montiert, die
im Axialschnitt doppel-U-förmig ist und zwei geneigte Wandungen 7 aufweist, die radial innen in einen Nabenteil 8
und am radial äußeren Rand jeweils in eine verstärkte Wandung 9 übergehen.
Die Blattwinkel- Verstellvorrichtung erstreckt sich durch den inneren Hohlraum der Rotorscheibe. Diese Vorrichtung
enthält einen Strömungsmittelmotor 10, der ein halbrundes äußeres Gehäuse 11 mit sich radial.einwärts
erstreckenden Flügeln und ein zylindrisches inneres Ge-
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häuse 12 aufweist, das ebenfalls !Flügel trägt, die mit
den Flügeln des äußeren Gehäuses zusammenwirken und Kammern 13 bilden, in welche Hydraulikflüssigkeit unter
Druck hineingepumpt werden kann. Sowohl das äußere Gehäuse als auch der innere Zylinder drehen sich unter dem
Einfluß der Hydraulikflüssigkeit und sind mit Verzahnungen und 16 versehen, die sich diametral gegenüberliegend in ein
Kegelrad 17 eingreifen, welches eine radial verlaufende Welle 18 bewegt und damit die Blattsteigung verstellt.
Da die Blätter zum Zwecke der Steigungsverstelliuig
jeweils um ihre Längsachse drehbar sind, versuchen im Betrieb die auf die Blätter wirkenden Zentrifugaldrehmomente
diese in die Stellung mit kleinster Steigung zu drehen. Um dieses Zentrifugaldrehmoment ausgleichen zu können, ist jedes
Blatt mit zwei zylindrischen Kurvenstücken 20 und 21 versehen, welche die Blattwurzel umgeben. Das äußere Kurvenstück
20 ist an der Rotorscheibe durch eine Keilverzahnung 22 befestigt, damit es mit Bezug auf die Rotorscheibe
feststeht. Das innere Kurvenstück 21 ist an der Blattwurzel mit einer Keilverzahnung 24· befestigt und dreht sich zusammen
mit dem Propellerblatt, wenn die Blattsteigung verstellt wird. Zwischen den beiden Kurvenstücken 20 und 21 ist ein
Lager 25 vorgesehen, um eine relative Drehbewegung zwischen
diesen beiden Teilen zu ermöglichen. Ein weiteres Lager 26
ist zwischen dem äußeren Kurvenstück 20 und einem Bef esti-
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gungsteil 28 vorgesehen, das mit einer Keilverzahnung an der Blattwurzel "befestigt ist, damit zwischen der Blatt- ·
wurzel und der Eotorscheibe relative Drehbewegungen ermöglicht werden.
Die Kurvenstücke 20 und 21 sind gemäß Fig. 3 mit
Kurven 30 und 31 versehen und ein Stift 33 erstreckt sich
jeweils durch die beiden Kurvenstücke hindurch. Jeder Stift trägt eine Rolle 36, die in einem Käfig 36 gelagert
ist und auf der Oberfläche der Kurve abrollt.
Die Kurven in den beiden Kurvenstücken sind einander entgegengesetzt derart geneigt, daß die auf die Rollen
wirkende Zentrifugalkraft, welche diese radial auswärts
drängt, eine Kraft auf die beiden Kurven ausübt, welche die beiden Kurvenstücke in einander entgegengesetzter
Richtung zu drehen versucht. Da sich das Kurvenstück 20 nicht bewegen kann, wird es zum Reaktionsglied, wodurch
die ganze Zentrifugalkraft auf das bewegliche Kurvenstück übertragen und gemäß der Kurvenneigung eine Kraftkomponente
erzeugt wird, welche das bewegliche Kurvenstück zu drehen versucht.
Folglich arbeitet, wenn eine Steigungsverstellung der Propellerblätter erforderlich ist, der Strömungsmittelmotor
10 und dreht die Blattwurzel über die Verzahnungen 15,
16 und 17 und bewirkt dadurch eine Drehung des inneren
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Kurvenstückes 21. Dabei muß die Leistung des Strömungsmittelmotors
ausreichend groß sein, um den Reibungswiderstand des Systems zu überwinden. Wenn· die gewünschte
Steigungseinstellung erreicht ist, wird eine weitere
Steigungseinstellung durch das Zentrifugaldrehmoment infolge der Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Hollen
in den Kurven verhindert. Da das Zentrifugaldrehmoment bei jeder Blattsteigungseinstellung verschieden ist,
sind die Kurven durch Verändern der Kurvenneigungen derart profiliert, daß sich in «jeder Stellung eine entsprechende
Kraftkomponente der auf die Holle wirkenden Zentrifugalkraft ergibt.
Durch diese Einrichtung werden die Zentrifugaldrehmomente
a^.f die Fropellerblätter ausgeglichen, ohne daß
diese von der Blattwinkel-Verstellvorrichtung aufgenommen
werden müpsen, wodurch die letztere kleiner ausgeführt
sein kann:. Zusätzlich können die Kurven noch derart profiliert seija, daß sie auch noch das durch den Gasdruck auf
die Blatt
für eine ;
/ j
ausgeglici
jr ausgeübte Drehmoment berücksichtigen, so daß:
gegebene Blattstellung diese beiden Drehmomente
aen werden. Folglich braucht die Blattwinkel-Ver-
steileinrichtung nur noch genügend groß ausgeführt zu sein,
um die Blätter zu drehen, d.h., sie muß nur noch die Reibung
des Systems überwinden und keine anderen Kräfte* aufneh-
men. ·
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Die Kurvenprofile können zusätzlich so ausgeführt
sein, daß das jeweils vom Kurventräger, vom Kulissenteil und vom Reaktionsglied auf das "betreffende Blatt übertragene
resultierende Drehmoment das Blatt in Segelstellung zu drehen versucht. Folglich werden sich bei solcher
Ausbildung der Anordnung im Falle einer Störung der Blattwinkel-Yerstellvorrichtung
die Blätter automatisch in Segelstellung drehen.
- 1Ö 5/012t
Claims (2)
1. Rotorbeschaufelung bzw. Propeller mit verstellbarer
BlattSteigung, deren bzw. dessen Schaufeln bzw. Blätter an einem sich um eine Hauptachse drehenden Rotor
angeordnet und ihrerseits zum. Zwecke der Steigungsverstellung jeweils um ihre Längsachsen drehbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß in Verbindung mit jeder Schaufel bzw. mit jedem Blatt jeweils ein Kurventräger (21), ein Kulissenstein
(33) und ein Reaktionsglied (20) vorgesehen sind, wobei eines dieser genannten Teile jeweils mit der betreffenden
Schaufel bzw. dem betreffenden Blatt verbunden und mit diesem zusammen um deren bzw. dessen Längsachse (6)
drehbar ist und wobei ein weiteres der genannten Teile mit Bezug auf die genannte Hauptachse (4) unter dem Einfluß
einer der Drehzahl des Rotors entsprechenden Zentrifugalkraft in radialer Richtung beweglich ist, daß weiterhin
der Kurventräger so profiliert ist und mit dem Kulissenstein und dem Reaktionsglied derart zusammenwirkt, daß eine vom
Ausmaß der Radialbewegung des in radialer Richtung beweglichen Teiles abhängige Drehbewegung auf die Schaufel bzw.
das Blatt übertragen und das durch die Fliehkraft auf die Schaufel bzw. das Blatt ausgeübte Zentrifugaldrehmoment
weitgehend ausgeglichen wird.
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2. Rotorbeschaufelung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kurventräger (21) und das Reaktionsglied (20) jeweils mit zueinander entgegengesetzt geneigten
Kurven ( 31, 30) versehen sind und die Kulissensteine (33) jeweils in Wide Kurven eingreifen, und daß die Kulissensteine
in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft beweglich sind und so ein Drehmoment auf die Sei.-α fei bzw. das Blatt
übertragen.
3i Rotorbeschaufelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kulissensteine (33) jeweils als Rolle (35) ausgebildet sind, die sich auf Grund der Zentrifugalkraft
ihrer eigenen Masse bewegt und nur durch die genannten Kurven (31, 30) gehalten wird.
4-. Rotorbeschaufelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln bzw. Blätter
jeweils mit einem Kurventräger (21) und mit einem Reaktionsglied (20) versehen sind, die als konzentrische Zylinder um
den Schaufelfuß bzw. um die Blattwurzel (5) herum ausgebildet
sind, wobei der Kurventräger mit der Schaufel bzw. dem Blatt verbunden und mit diesem zusammen um dessen
Längsachse (6) drehbar ist, und wobei das Reaktionsglied mit dem Rotor verbunden und nicht relativ zur Schaufel bzw.
zum Blatt drehbar ist.
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5· Botorbeschaufelung nach einem der Ansprüche 2
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven (31, JO)
zusätzlich derart profiliert sind, daß das vom Kurventräger (21) j dem Kulissenstein (33) und dem Reaktionsglied
(20) auf die Schaufel bzw, das Blatt übertragene Drehmoment die Summe des auf die Schaufel bzw, das Blatt
wirkenden 2entrifugaldrehmom^ntes und des entsprechend
dem Gaadruote auf die Schaufel bzw, das Blatt wirkenden'
Drehmomentes ausgleioht,
6» Rotorbesohaufelung nach einem der Ansprüche 2
bis 4t dadurch g;e]te@na8eiehnet, daß die Kurven (311 30)
derart profiliert sind, daß das vom Kurventrägerj von
Kulissenatein und vom Beaktionsglied jeweils auf die
Sahaufel bzw* das Blatt übertragene Drehmoment etwas
größer als das auf die Schaufel bzw, das Blatt wirkende ZentrifugaldreliiQoment ist, sq daß·ein resultierendes
Homent. verbleibt r welches, das Blatt in Segelst ellung;
ireheii
- 13 -
Leerseite
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