DE3044540A1

DE3044540A1 - Druckuebertrager

Info

Publication number: DE3044540A1
Application number: DE19803044540
Authority: DE
Inventors: Robert Keith Bloomfield Ct. Olson; Stanley Raymond Somers Ct. Paduch
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1979-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1981-10-08
Also published as: FR2470271A1; FR2470271B1; US4271859A; JPH0260881B2; US4273150A; JPS5683669A; GB2064726B; GB2064726A

Description

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United Technologies Corporation Hartford, Ct./V.St.A.

Druckübertrager

Priorität: 26.11.79 - USA

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BESCHREIBUNG

Bei vielen Temperaturfühlern oder Übertragern werden Hebel und Betätigungsstangen, Lager, Verbindungsglieder und/oder Schwenkglieder sowie Dichtungen verwendet, die alle teuer sind und einer Abnutzung oder einem schlechten Funktionieren unterliegen. Ein Fühler, der ein der Temperatur proportionales Drucksignal erzeugt und der einfach, zuverlässig und leicht ist und die Komplikationen von solchen mechanischen Elementen wie Verbindungsgliedern, Schwenkgliedern u. dgl. vermeidet, wäre eine erwünschte Vorrichtung, die als Druckübertrager, beispielsweise in einem Brennstoffregelsystem, dienen könnte.

Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Balgzusammenstellung, die direkt mit einer flottierenden Ventilklappe verbunden ist, so daß die Vorrichtung frei von Hebeln, Verbindungsgliedern und/oder eine Reibung verursachenden Elementen ist. Ein weiteres Merkmal ist eine vereinfachte Form der Justierung der Vorrichtung für verschiedene hydraulische Drücke und auch für eine vereinfachte Durchflußgeschwindigkeitsjustierung. Ein weiteres Merkmal ist eine Balganordnung, welche den Einfluß veränderlicher Temperaturen der Regelungsflüssigkeit verringert und welche auch geringste Signalfehler, die von solchen Änderungen herrühren, ergibt. Die Vorrichtung ermöglicht auch die Anordnung des Gasdruckfühlbalgs in der Weise, daß er einen oder mehrere andere Balge umgibt, wodurch eine kompaktere Vorrichtung entsteht.

Gemäß der Erfindung hat eine Änderung in der Temperatur eine Änderung im Gasdruck im Übertrager zur Folge, und dieser Druck wird auf Balge übertragen, welche auf eine Ventilklappe wirken, die durch die Balge gehalten und geführt wird und die auf einen Ventilanschlag/und von diesem weg beweglich ist, und zwar aufgrund von Druckänderungen, um die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse zu regeln und somit den Druck eines hydraulischen FIu-

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ids an der Düse zu kontrollieren. Die Balge sind so angeordnet, daß die Außenseite der Balge evakuiert werden kann, damit die Raumtemperatur oder die Temperatur des Übertragergehäuses nur einen geringen Einfluß auf die Genauigkeit der Vorrichtung aufweist. Der Gasbalg ist auch rund um die hydraulischen Druckbalge angeordnet, so daß eine kompaktere Vorrichtung entsteht. Diese beiden Balge sind durch eine dazwischenliegende evakuierte Kammer voneinander getrennt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, welche einen Schnitt durch die Vorrichtung zeigt.

Der erfindungsgemäße Übertrager besitzt ein T-förmiges Gehäuse 2, das an einem Ende einen Einlaß 4 für hydraulisches Fluid und am anderen Ende einen Auslaß 6 für das hydraulische Fluid aufweist. Am Stamm des T ist ein Gasdruckanschluß 8 vorgesehen, der über ein Rohr 12 mit einem Temperaturfühler 10 verbunden ist, der aus einer mit Gas gefüllten Sonde besteht. Die Änderung der Temperatur beim Temperaturfühler 10 hat eine Änderung des Gasdrucks in der Sonde zur Folge, und dieser Druck wird durch das Rohr 12 dem Übertrager zugeführt.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine spulenförmige Ventilklappe · 14 angeordnet, die eine Düse 16 aufweist, welche so angeordnet ist, daß sie dem Ende einer Justierschraube gegenüberliegt, die einen im Einlaß 4 für hydraulisches Fluid angeordneten Ventilanschlag T8 abgibt. Diese Schraube ist von der Einlaßseite her bis zu einem Querkanal 19 hohl, weist aber auf dieser Seite ein geschlossenes Ende auf, welches die Düse 16 mehr oder weniger schließt, was vom jeweiligen Abstand von der Düse abhängt. Die Schraube ist an der Einlaßseite eingeschraubt und kann mit Hilfe eines Sechskantschlüssels, der in eine sechskantige Ausnehmung

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20 an der Einlaßseite der Schraube eingeführt werden kann, justiert werden.

Die Ventilklappe 14 und damit die Düse 16 werden innerhalb des Gehäuses 2 durch mehrere Balge gehalten. Ein Balg 22 in der Nachbarschaft des Auslasses für hydraulisches Fluid ist mit dem hydraulischen Fluid gefüllt, jedoch ist der Raum außerhalb dieses Balgs evakuiert. Das innere Ende dieses Balgs ist an einem oberen ringförmigen Flansch 24 der Ventilklappe 14 befestigt. Unterhalb des Flansches 24 befindet sich ein Ring 26, der vom Flansch einen Abstand aufweist und am Gehäuse 2 befestigt ist. Weiterhin erstreckt sich ein Balg 28 zwischen diesem Ring 26 und einem unteren ringförmigen Flansch 30 der Ventilklappe 14. Die Außenseite dieses Balgsunterliegt dem Gasdruck vom Temperaturfühler, während die Innenseite evakuiert ist.

Unterhalb des unteren ringförmigen Flansches 30 befindet sich ein Balg 32, der sich zwischen diesem Flansch und einer Oberfläche "34 des Gehäuses, welche den Einlaß 4 umgibt, erstreckt. Der Raum innerhalb des Balgs ist mit hydraulischem Fluid gefüllt, während der Raum außerhalb des Balgs evakuiert ist. Der Balg 32 und der weiter oben erwähnte Balg 22 besitzen einen ähnlichen Durchmesser.

Der Balg 26 wird von einem Balg 38 mit größerem Durchmesser umgeben, welcher sich zwischen dem unteren Flansch 30 und einer ringförmigen Oberfläche 40 des Gehäuses erstreckt, die sich unterhalb des Gasdruckanschlusses 8 befindet. Der Raum außerhalb dieses Balgs 38 wie auch der Raum außerhalb des Balgs 28 sind über den Gasdruckanschluß 8 mit Gas gefüllt. Bei dieser Anordnung ist die Kraft, die auf die Ventilklappe durch das Gas übertragen wird, gleich dem Gasdruck mal dem Unterschied in den mittleren effektiven Flächen der Balge 28 und 38. Diese Kraft bewirkt eine Bewegung der Ventilklappe 14 mit der Düse 16 in eine Richtung auf den Ventilanschlag 18 zu oder weg davon. Dieser Kraft steht eine Kraft entgegen, die ebenfalls auf die Ventil-

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klappe 14 wirkt und die sich aus dem Unterschied des Drucks im zugeführten hydraulischen Fluid und des Drucks des abgeführten hydraulischen Fluids mal der effektiven Fläche des Ealgs 32 ergibt, da beide Balge 22 und 32 mit diesem Fluid gefüllt sind.

Bei dieser Anordnung verursacht eine Temperaturänderung am Temperaturfühler eine Änderung im Gasdruck, und diese verursacht wiederum eine Änderung der Kraft auf der Ventilklappe, was zur Folge hat, daß sie sich auf den Ventilanschlag 18 zu oder von diesem weg bewegt, was eine Änderung des hydraulischen Drucks proportional zur Änderung des Gasdrucks zur Folge hat. Wenn die Vorrichtung zur Brennstoffregelung in einer Gasturbine verwendet wird, dann hat eine Zunahme der durch den Temperaturfühler gemessenen Temperatur an der Eintrittsseite der Turbine eine Zunahme des Drucks des hydraulischen Fluids proportional zur Temperaturänderung zur Folge. Dieses Signal wird dem über eine Servoeinrichtung betätigten Brennstoffregler übermittelt. Wenn diese Vorrichtung in dieser Weise verwendet wird, dann wird das hydraulische Fluid im übertrager üblicherweise aus Brennstoff bestehen.

Die Vorrichtung kann so angeschlossen werden, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Das den Druck übertragende Rohr 12, in welchem der Druck proportional der durch den Temperaturfühler gemessenen Temperatur ist, führt also in den Raum außerhalb der Balge 28 und 38. Der Einlaß 4 für hydraulisches Fluid ist mit einem Abzweigrohr 42 von einem Druckfluidrohr 44 verbunden. Ein Ende dieses Rohrs ist mit dem zu regelnden Mechanismus verbunden, beispielsweise mit einem Brennstoffventil 46 der Turbine, in welcher der Temperaturfühler die betreffende Temperatur ermittelt. Das Fluideinlaßende des Druckfluidrohrs ist mit einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid verbunden (nicht gezeigt), wobei es sich um die Brennstoffzufuhr für die Turbine handeln kann. Dieser Einlaß besitzt stromaufwärts des Abzweigrohrs 42 eine Öffnung 48, so daß eine Bewegung der Ventilklappe 14 einen gemessenen Fluiddruck im Abzweigrohr 42 und im Druckfluidrohr

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44 stromabwärts der Öffnung 48 aufrechterhält, der der ermittelten Temperatur proportional ist. Wie bereits festgestellt, ist der Druck im Rohr 12 der gemessenen Temperatur proportional, und dies ergibt eine proportionale Druckänderung im Abzweigrohr 42 und im Brennstoffventil 46.

Diese Vorrichtung liefert also ein hydraulisches Drucksignal, das proportional der Temperatur ist, wobei die Ventilklappe direkt durch die Balge betätigt wird. Eine Geschwindigkeitsjustierung kann dadurch erreicht werden, daß man den Gasdruck im Temperaturfühler entsprechend einstellt, während eine Positionsjustierung dadurch erreicht werden kann, daß man den Ventilanschlag 18 innerhalb des Einlasses einstellt. Der Betrieb wird dadurch vereinfacht, daß die Fluidkanäle innerhalb der Schraube angeordnet sind. Diese Konstruktion des Ventils gestattet eine maximale Fertigungstoleranz der Teile, wie dies ohne weiteres einzusehen ist.

Die Anordnung der Balge ermöglicht evakuierte Kammern zwischen den Balgen für das hydraulische Fluid und den Balgen für das Gas, wodurch der Einfluß der Temperatur des hydraulischen Fluids verringert wird, weil nur wenig wärmeleitende Wege verfügbar sind. Das Gasvolumen in den Balgen für das Gas wird möglichst gering gehalten, um Signalfehler aufgrund von Temperaturänderungen in der Umgebung oder im hydraulischen Fluid zu verringern. Wenn die Vorrichtung zur Brennstoffregelung verwendet wird, dann ist die Anordnung und die Größe der Balge derart, daß das über das hydraulische Fluid gelieferte Signal ausreicht, daß das Hauptregelungsglied des Reglers eine sichere Position erreicht, sollte der Temperaturfühler ausfallen.[Die Zufuhr von hydraulischem Fluid zum Übertrager wird so bemessen, daß durch Änderung der Strömung durch die Düse 16 eine Änderung im Brennstoff druck am Einlaß 4 auftritt. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß eine Zunahme des Signaldrucks die Ventilklappe 14 so bewegt, daß der Fluß durch die Düse 16 geringer wird, wodurch der gemessene Brennstoffdruck um einen Betrag steigt, der

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dem Signaldruck proportional ist. Aufgrund der Konstruktion der Vorrichtung haben Änderungen in der Temperatur des hydraulischen Fluids nur einen geringen Einfluß auf die Genauigkeit der Vorrichtung, da die dem hydraulischen Fluid ausgesetzten Balge vom Gehäuse und von den Signaldruckbalgen isoliert sind. Es ist selbstverständlich, daß die Enden der Balge an den Oberflächen, an denen sie anliegen, fest verbunden sind. Diese Anordnung is' besonders vorteilhaft, weil die Ventilklappe in bezug auf don Ventilanschlag frei beweglich ist, ohne daß an irgendeinem Punkt eine Reibung besteht. Die Balge sind die einzigen Träger für die Ventilklappe. Es ist hervorzuheben, daß diese Vorrichtung auch keine mechanischen Federn benötigt, um die Ventilklappe unter Spannung zu halten. Der Druck, der auf die Balge wirkt, sorgt für den nötigen Druck auf die Ventilklappe.

Zwar wurde die Vorrichtung in erster Linie im Zusammenhang mit einem Temperaturfühler beschrieben, wobei der in den Übertrager eingeführte Gasdruck eine Funktion der Temperatur ist, aber es ist klar, daß die Vorrichtung gleich gut für die direkte Messung eines Gasdrucks verwendet werden kann, beispielsweise dadurch, daß man eine Druckfühlsonde, die beispielsweise im Kompressoraustritt der Gasturbine angeordnet ist, mit dem Gasdruckeinlaß der Vorrichtung verbindet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1./ Druckübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Teile aufweist:

ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß für hydraulisches Fluid und einem Einlaß für Gasdruck;

eine bewegliche Ventilklappe in diesem Gehäuse zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß, wobei in der Platte eine Düse angeordnet ist;

ein Ventilelement im Gehäuse in einer solchen Lage, daß es der Platte gegenüberliegt, so daß die Düse mehr oder weniger geschlossen ist;

mehrere Balge, die mit der Ventilklappe verbunden sind und diese tragen, so daß die Ventilklappe in bezug auf das Ventilelement hin- und herbeweglich ist; und

eine Einrichtung, mit der eine Seite eines Balgs dem Gas aus dem Gasdruckeinlaß und eine Seite eines jeden von zwei Balgen dem Fluiddruck an gegenüberliegenden Seiten der Ventilklappe ausgesetzt werden kann.

2. Druckübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement im Gehäuse durch Schrauben justierbar ist.

3. Druckübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement Strömungskanäle aufweist, durch die Fluid vom Fluideinlaß strömen kann.

4. Druckübertragernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Ventilelements flach ist und der Düse in der Ventilklappe gegenüberliegt.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Druckübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg, der dem Gas zugänglich.ist, größer ist und den Balg umgibt, der dem hydraulischen Fluid zugänglich ist, und daß der Raum zwischen diesen Balgen evakuiert ist.

6. Druckübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe an beiden Seiten einander gegenüberliegende Balge aufweist, wobei das Innere der Balge dem Fluiddruck an entgegengesetzten Seiten der Ventilklappe ausgesetzt ist.

7. Druckübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume, welche die gegenüberliegenden Balge umgeben, evakuiert sind.

8. Druckfühlübertrager, . dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Teile aufweist:

ein Gehäuse mit einem Fluideinlaß und einem Fluidauslaß für Regelfluid und einem Gaseinlaß für den Regelgasdruck;

ein Ventil im Gehäuse zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß sowie ein Ventilelement mit einem Durchgang für das in das Gehäuse eintretende Fluid und einem flachen inneren Ende und eine bewegliche Ventilklappe mit einem Durchgang, der dem flachen inneren Ende des Ventilelements gegenüberliegt; und

Balge an beiden Seiten der Ventilklappe, welche die Ventilklappe im Gehäuse halten, wobei die Innenseite der Balge dem Fluiddruck auf den entgegengesetzten Seiten der Klappe ausgesetzt ist und wobei die Räume, welche diese Balge umgeben, evakuiert sind, wobei weitere Balge vorhanden sind, die ebenfalls zwischen der Ventilklappe und dem Gehäuse angeordnet sind und deren Außenseite dem Gas vom Einlaß ausgesetzt ist.

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9. Druckfühlübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der weiteren Balge einen der einander gegenüberliegenden Balge umgibt, wobei die Räume
zwischen den weiteren Balgen evakuiert sind.

10. Druckfühlübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement justierbar im Fluideinlaß eingeschraubt ist.

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