DE69835439T2

DE69835439T2 - Pneumatischer Anlasser

Info

Publication number: DE69835439T2
Application number: DE69835439T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Douglas Hallam Horner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: WO1999022117A1; EP1027530B1; ATE335124T1; EP1027530A4; DE69835439D1; EP1027530A1; AUPP003397A0

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Turbinenmotoren. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung in einem pneumatischen Anlassermotor entwickelt worden und wird anhand dieser Anwendung beschrieben. Der Motor eignet sich jedoch auch zum Einsatz in anderen Anwendungen, wo pneumatische Motoren aufgrund der Art der Betriebsumgebungen oder aus anderen Gründen verwendet werden.
Hintergrundtechnik
Pneumatische Anlassermotoren dienen zum Anlassen von Motoren mit innerer Verbrennung zu Startzwecken und werden typischerweise für Großmotoren und Motoren verwendet, die unter Umgebungsbedingungen arbeiten, wo elektrische Anlassersysteme gefährlich sein können, wie z. B. in Bergwerken.
Manche bekannten pneumatischen Anlassermotoren nutzen eine Anordnung, bei der ein zur Rotationsachse eines Turbinenlaufrades allgemein paralleler Luftstrom in Wechselwirkung mit Turbinenelementen steht, um das Laufrad zur Rotation anzutreiben. Bei manchen anderen bekannten pneumatischen Anlassermotoren ist die Luft bezüglich der Rotationsachse eines Turbinenlaufrades axial gerichtet, um mit radial ausgerichteten Elementen, die das Laufrad zur Rotation antreiben, in Wechselwirkung zu treten, wie z. B. in der US 2 625 047 offenbart. Obwohl beide Ausführungen zur Bereitstellung einwandfreier Luftmotoren für pneumatische Anlasser und andere Anwendungen verwendet werden, werden laufend Verbesserungen der Ausgangsleistung und der Betriebsmerkmale angestrebt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen pneumatischen Anlassermotor zum Anlassen eines Motors mit innerer Verbrennung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bereit. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demzufolge stellt diese Erfindungen einen pneumatischen Anlassermotor mit einem Luftturbinenmotor bereit, der ein Turbinenlaufrad enthält, das zur Rotation um eine Achse angebracht ist, einen ersten Satz Elemente, die um das Turbinenlaufrad verteilt und so angeordnet sind, dass sie das Turbinenlaufrad zur Rotation um die Achse in einer ersten Richtung als Reaktion auf eine axiale Luftströmung allgemein parallel zu dieser Achse antreiben, einen zweiten Satz Elemente, die um das Turbinenlaufrad verteilt und so angeordnet sind, dass sie das Turbinenlaufrad zur Rotation um die Achse in der ersten Richtung als Reaktion auf eine radiale Luftströmung allgemein senkrecht zu dieser Achse antreiben, und Mittel zum Richten der Antriebsluft auf den ersten Satz Elemente in einer axial gerichteten Strömung und zum Richten der Antriebsluft auf den zweiten Satz Elemente in einer radial gerichteten Strömung.
Bei der bevorzugten Form der Erfindung wird die Antriebsluft zuerst zum ersten oder axial angetriebenen Satz Elemente und anschließend zum zweiten oder radial angetriebenen Satz Elemente gerichtet. Obwohl dies die derzeit bevorzugte Konfiguration ist, gibt es Anwendungen, bei denen dieser Antriebspfad umgekehrt werden könnte.
Vorzugsweise ist der axial angetriebene Satz Elemente um einen Außenumfangsrand des Turbinenlaufrades angeordnet und der radial angetriebene Satz Elemente auf der Fläche des Turbinenlaufrades angeordnet.
Vorzugsweise ist der axial angetriebene Satz Elemente um einen Außenumfangsrand des Turbinenlaufrades angeordnet und der radial angetriebene Satz Elemente ist auf der Fläche des Turbinenlaufrades angeordnet.
Der radial angetriebene Satz Elemente ist vorzugsweise in zwei aufeinander folgenden Stufen angeordnet, wodurch die Antriebsluft die eine Stufe und dann die andere Stufe passiert. Die aufeinander folgenden Stufen zwei aufeinander folgende Stufen sind vorzugsweise gebildet, indem die Elemente in zwei konzentrischen kreisförmigen Anordnungen angeordnet sind.
Das Turbinenlaufrad ist vorzugsweise zwischen zwei Leitapparatanordnungen angebracht. Der erste der Leitapparate richtet die Antriebsluft axial zu den axial angetriebenen Elementen, während der zweite Leitapparat die aus axial angetriebenen Elementen austretende Luft in radialer Richtung zu den radial angetriebenen Elementen umleitet.
Die bevorzugte Konfiguration des Turbinenleitapparats verhindert eine hohe seitliche Schubbelastung des Turbinenlaufrades. Der Grund hierfür ist, dass die Eintrittsluft durch den ersten Leitapparat eine Kraft ausübt, die der von der Luft, die die radial angetriebenen Elemente an der fernen Seite des Turbinenlaufrades passiert, entwickelten axialen Kraft entgegengerichtet ist. Außerdem gestattet die Konfiguration die Herstellung eines sehr kompakten und auf einfache Weise einbaubaren Luftturbinenmotors.
Es hat sich gezeigt, dass der Luftturbinenmotor gemäß dieser Erfindung eine überlegene Ausgangsleistung bei einem gegebenen Antriebslufteintritt bereitstellt. Dies gestattet eine entsprechende Verringerung der Baugröße des Motors bei Erzeugung einer gegeben Ausgangsleistung. Der Luftturbinenmotor dieser Erfindung hat außerdem ein höheres Stillsetzmoment, d. h. Drehmoment bei Drehzahl null. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen bei pneumatischen Anlassermotoren, da deren Anlasslast häufig sehr hoch ist.
Die Verwendung mehrerer Stufen durch die jeweiligen axialen und radialen Elemente gestattet außerdem eine Drehzahlregelung des Turbinenmotors.
Die Erfindung wird nunmehr nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Luftturbinenmotors gemäß dieser Erfindung;
2 ist ein Aufriss der die Turbine bildenden Bestandteile des Luftmotors von 1; und
3 ist ein Aufriss von hinten der in 2 dargestellten Turbine.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, weist der Luftturbinenmotor gemäß dieser Erfindung ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Turbinenlaufrad 3 zur Rotation zwischen einem Eintrittsleitapparat 4 und einem zweiten Leitapparat 5 eingebaut ist. Ein Lufteintrittsverteiler 6 ist im Gehäuse auf bekannte Weise vorgesehen. Der Leitapparat 4 hat eine Reihe nebeneinander angeordneter Elemente oder Leitschaufeln 7, die den Luftstrom vom Verteiler 6 zum Turbinenlaufrad 3 richten. Der Außenumfang des Turbinenlaufrades 3 trägt eine Anordnung axialer Turbinenelemente 8, die gleichmäßig um den Umfang des Turbinenlaufrades verteilt sind. Zwei konzentrische Ringe radialer Turbinenelemente 9, 10 sind auf einer Fläche 11 des Laufrades 3 vom Eintrittsleitapparat 4 entfernt angeordnet. Der zweite Leitapparat 5 ist mit kreisförmigen Anordnungen aus Elementen oder Leitschaufeln 12, 13 ausgerüstet, die je weils zwischen den axialen Elementen 8 und den radialen Elementen 9 und 10 sitzen. Ein Abgaskrümmer 14 ist im Gehäuse 2 vorgesehen.
Die Leitapparate 4 und 5 lagern das Turbinenlaufrad 3 zur Rotation um seine Achse. Das Turbinenlaufrad 3 wird durch miteinander in Eingriff stehende Formationen gelagert und benötigt keine Traglager. Dies wird durch die obige Konfiguration ermöglicht, bei der das Turbinenlaufrad 3 auf ähnliche Weise in entgegengesetzten axialen Richtungen durch den Druck der Antriebsluft belastet wird, wodurch jegliche axiale Belastung in Längsrichtung vermieden wird. Diesbezüglich übt die durch die Elemente 7 des Leitapparats 4 gerichtete Eintrittsluft eine Nettokraft nach rechts bei Betrachtung der 1 aus, während die Längsbelastung durch die durch die Elemente 9, 13 und 10 gerichtete Luft nach links wirkt, wie aus 1 ersichtlich ist.
Die Pfeile 15 zeigen den Weg der Luft durch den Luftturbinenmotor. Im Betrieb wird die Luft durch ein geeignetes Steuerventil (nicht dargestellt) auf bekannte Weise zum Verteiler 6 geführt. Die Luft passiert die Elemente 7 des Leitapparats 4, die die Luft allgemein axial in die axial angetriebenen Elemente 8 leiten. Die aus den Elementen 8 austretende Luft wird durch die Elemente 12 des Leitapparats 5 um 90° umgelenkt, um zu einer radial gerichteten Strömung in die radial angetriebenen Elemente 9 zu werden. Die aus den Elementen 9 austretende Luft wird durch die Elemente 13 des Leitapparats 5 in die zweite Stufe radial angetriebener Elemente 10 (oder die dritte Stufe des Motors) gerichtet. Die Luft strömt weiter in den Abgaskrümmer 14, um auf die übliche Weise in die Atmosphäre auszutreten.
Vorstehend ist nur eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, und Modifikationen sind möglich, ohne vom Gültigkeitsbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Pneumatischer Anlassermotor zum Anlassen eines Verbrennungsmotors, der einen Luftturbinenmotor (1) mit einem Turbinenlaufrad (3) aufweist, das zur Rotation um eine Achse angebracht ist, gekennzeichnet durch einen ersten Satz Elemente (8), die um das Turbinenlaufrad (3) verteilt und so angeordnet sind, dass sie das Turbinenlaufrad zur Rotation um die Achse in einer ersten Richtung als Reaktion auf eine axiale Luftströmung allgemein parallel zu dieser Achse antreiben, einen zweiten Satz Elemente (9, 10), die um das Turbinenlaufrad (3) verteilt und so angeordnet sind, dass sie das Turbinenlaufrad (3) zur Rotation um die Achse in der ersten Richtung als Reaktion auf eine radiale Luftströmung allgemein senkrecht zu dieser Achse antreiben, und durch Mittel (4, 5; 7, 12, 13) zum Richten der Antriebsluft auf den ersten Satz Elemente (8) in einer axial gerichteten Strömung und zum Richten der Antriebsluft auf den zweiten Satz Elemente (9, 10) in einer radial gerichteten Strömung.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 1, bei dem die Antriebsluft zuerst zum ersten Satz Antriebselemente (8) und anschließend zum zweiten Satz Antriebselement (9, 10) gerichtet wird.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Satz Elemente (8) um einen Außenumfangsrand des Turbinenlaufrades (3) angeordnet ist.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 3, bei dem der zweite Satz Elemente (9, 10) auf der Fläche des Turbinenlaufrades (3) angeordnet ist.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 4, bei dem der zweite Satz Elemente (9, 10) in zwei aufeinander folgenden Stufen angeordnet ist, wodurch die Antriebsluft die eine Stufe (9) und dann die andere Stufe (10) passiert.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 5, bei dem die zwei aufeinander folgenden Stufen (9, 10) gebildet sind, indem die Elemente in zwei konzentrischen kreisförmigen Anordnungen angeordnet sind.
Pneumatischer Anlassermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Turbinenlaufrad (3) zwischen zwei Statoren (4, 5) angebracht ist.
Pneumatischer Anlassermotor nach Anspruch 7, bei dem ein erster Stator (4) die Antriebsluft axial zum ersten Satz Elemente (8) richtet und ein zweiter Stator (5) die aus dem ersten Satz Elemente austretende Luft in radialer Richtung zum zweiten Satz Elemente (9, 10) umleitet.