-
Zweistufiger Kreiselverdichter für die Ladeluft von Flugzeugmotoren
Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Kreiselverdichter für die Ladeluft
von Flugzeugmotoren, bei 'welchem die erste Verdichterstufe von der Abgasturbine
und die zweite Verdichterstufe über ein Übersetzungsgetriebe vom Flugzeugmotor angetrieben
wird.
-
Es ist bekannt, beiFlugmotoren fürHöhen-$ugzeuge zwei getrennte Laderstufen
anzuordnen. Dabei wird die erste Laderstufe von der Abgasturbine und die zweite
von dem Flugzeugmotor angetrieben; zwischen den Verdichterstufen ist in bekannten
Ausführungen eine Freilaufkupplung vorgesehen, die so lange ausgeschaltet bleibt,
solange die Drehzahl der Abgasturbine kleiner oder gleich der Drehzahl der zweiten
Verdichterstufe ist.
-
Sobald mit zunehmender Flughöhe die Abgasturbinenleitung wächst und
die Abgasturbine die Tendenz hat, schneller zu laufen als die Welle der zweiten
Laderstufe, greift die Freilaufkupplung ein und stellt eine starre Verbindung zwischen
der Turbinenwelle und der Welle der -zweiten Laderstufe her.
-
Eine ferner zwischen Freilaufkupplung und zweiter Verdichterstufe
vorgesehene Fliehkraftkupplung gibt beim Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl
der zweiten Verdichterstufe die von der Abgasturbine angetriebene erste Verdichterstufe
frei.
-
Durch diese Einrichtung wird nicht nur das Durchgehen der Abgasturbine
mit Sicherheit vermieden, sondern- es wird auch im normalen Betriebsbereich die
Turbinendrehzahl jeweils im gleichen Verhältnis zur Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine
gehalten. Ferner wird die Überschußleistung der Abgasturbine auf die Motorwelle
übertragen und unterhalb einer bestimmten Motordrehzahl .ein freies Einspielen der
Turbinendrehzahl erreicht. Eine solche Anordnung hat sich bisher gut bewährt. Bei
Flügen in großen Höhen hat es sich jedoch gezeigt, daß der Flugmotor nach einer
absichtlich vorgenommenen Herabsetzung seiner Drehzahl in dieser Höhe nicht
wieder
zu beschleunigen ist. Diese Erschzinang kann .etwa folgendermaßenerklärt werden:
Nach dem Herabsinken der Motordrehzahl besitzt die Abgasturbine, deren Drehz ja
ebenfalls absinkt, nur noch eine so geri Y,t Leistung, daß die Förderung der dem
topr zugeführten Luft im wesentlichen von der vom Motor angetriebenen zweiten Laderstufe
aufgebracht «-erden muß. Dadurch wird in großer Höhe das für die Verbrennung verfügbare
Luftgewicht zu gering und die -'erbrennung zu schlecht, um eine Leistungssteigerung
der Verbrennungskraftmaschine herbeizuführen.
-
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung liegt darin, daß die
Abgasturbine nicht immer mit ihrer günstigsten Drehzahl laufen kann, da ihre Drehzahl
von der jeweiligen Motordrehzahl abhängig ist.
-
Erfindungsgemäß sollen diese Nachteile dadurch behoben «-erden, daß
zwischen den beiden Verdichterstufen eine Strömungskupplung angeordnet ist, deren
Füllung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Abgasturbine selbsttätig geregelt wird,
derart, daß der Ölzulauf im normalen Drehzahlbereich der Abgasturbine geschlossen
ist und erst beim Übersteigen der Höchstdrehzahl der Abgasturbine geöffnet wird.
-
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das
eine Kupplungsschaufelrad der zwischen den beiden Verdichterstufen angeordneten
Flüssigkeitskupplung mit der Turbinenwelle starr verbunden ist, während das andere
Kupplungsschaufelrad auf der Ritzelwelle undrehbar befestigt ist, und daß das Innere
der Kupplungsschaufelräder über eine Druckölwellenleitung und in diese mündende
Wellenduerbohrungen mit dem Innenraum eines Schaltgliedes leitend verbunden ist.
Hierbei wird der Innenraum des Schaltgliedes über eine Öldruckpumpe und eine Saugölleitung
aus einem Ölbehälter mit Drucköl gespeist, und das überschüssige Drucköl gelangt
über eine Ölrücklaufleitung und ein Überströmventil in den Ölbehälter zurück. Das
aus dem Kupplungsradspalt austretende Drucköl wird ferner in einem durch eine in
der Strömungskupplung angeordnete Zwischenwand gebildeten Kupplungszwischenraum
gesammelt, in der Öldüsen angeordnet sind, durch welche das Drucköl mengenmäßig
bestimmt in den von der Zwischenwand einerseits und der Kupplungsgehäusewand andererseits
gebildeten Kupplungsmantelraum eintritt, an den sich eine Ölrücklaufleitung anschließt,
die mit dein Ölbehälter in Verbindung steht.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der
mit dem Steuerkolben in Verbindung stehende Steuerpunkt auf einem Hebel gelagert
und über ein Gestänge mit einem Handhebel verbunden ist, er, um einen Festpunkt
drehbar, auf einer .:2äe,le einstellbar und von Hand derart verschfit>en werden
kann, daß die Kupplung beliebig eingeleitet wird.
-
Ein Überschreiten der Höchstdrehzahl der Turbine wird durch die erfindungsgemäß
Einrichtung ebenfalls vermieden.
-
Darüber hinaus bringt aber die Erfindung den Vorteil, daß sich die
Turbine auch unterhalb ihrer Höchstdrehzahl frei einstellen kann, da keine Kupplung
in Abhängigkeit von der Drehzahl des Flugzeugmotors besteht. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, daß es möglich ist, durch Betätigung eines Handhebels in jedem beliebigen
Zeitpunkt diese Kupplung auch unabhängig von der Turbinendrehzahl vorzunehmen. Wird
beispielsweise bei zu langsam laufender Abgasturbine der Kupplungshandhebel durch
Eingriff des Flugzeugführers im Sinne des eingezeichneten Pfeiles P, betätigt, so
«-erden die beiden Laderstufen miteinander gekuppelt, laufen nunmehr mit etwa gleicher
Drehzahl, so daß beide an der Luftförderung teilnehmen. Auf diese Weise kann das
für die Brennkraftmaschine erforderliche Luftgewicht auch bei ungenügender Gasturbinenleistung
für jeden Betriebszustand sichergestellt werden. Die Strömungskupplung überträgt
also im ersten Falle die Leistung von der Abgasturbine zur Motorwelle und im zweiten
Falle die Leistung von der .\,lotorwelle zur Abgasturbine.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt.
-
Die Ladeluft für den Flugzeugmotor i wird von den beiden Verdichterstufen
2 und 3 des Ladegebläses geliefert. Das Verdichterlaufrad .I der ersten Verdichterstufe
2 ist über die Turbinenwelle 5 einerseits mit dem Abgasturbinenlaufrad 6 und andererseits
mit dem einen Kupplungsschaufelrad? der Strömungskupplung 8 starr verbunden. Die
Turbinenwelle ist hohl ausgebildet und schließt die Druckölwellenleitung g ein.
Über ein Winkelgetriebe io treibt sie einen Fliehkraftregler i i an, dessen Verstellmuffe
12 über einen Hebel 13 den Steuerkolben 14 des Schaltgliedes 15 bewegt. Die Druckölpumpe
16 saugt durch die Saugölleitung 17 Öl aus dem Ölbehälter 18 und fördert es in Richtung
des Pfeiles P, in den Innenraum i9 des Schaltgliedes 15. Überschüssiges Öl fließt
durch- die Ölrücklaufleitung 2o über das Überströmventil 21 in den Ölbehälter i8
zurück. Der Steuerpunkt 22 kann in seiner Ausgangshöhe über das Gestänge 23, 2.1
und den Festpunkt 25 mittels des Handhebels 26 an der Raste 27 eingestellt werden.
Das
Verdichterlaufrad 28 der zweiten Stufe sitzt auf der Ritzelwelle 29, deren eines
Ende mit dem anderen Kupplungsschaufelrad 30 der Strömungskupplung 8 starr verbunden
ist; während das andere Ende das Ritzel 31 trägt, welches mit dem Triebrad 32 der
Kolbenbrennkraftmaschine i in Eingriff steht. - Die Zwischenwand 33 der Strömungskupplung
8 ist an ihrem Umfang mit Öldüsen 34. versehen, welche das aus dem Kupplungsradspalt
35 in den Kupplungszwischenraum 36 austretende Drucköl mengenmäßig begrenzt in den
KupplungsmanteIraum 37 durchtreten lassen, wo es sich sammelt und durch die ölrückleitung
38 in Richtung des Pfeiles P2 dem Ölbehälter 18 zugeführt wird.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Anfahren der Maschine nimmt der
Steuerkolben 1q. eine solche Lage ein, daß die. Verbindung zwischen dem Schaltgliedinnenraum
i9 und der Druckölwellenleitung 9 unterbrochen ist, so daß die Strömungskupplung
8 leer bleibt. Die Kolbenbrennkraftmaschine i treibt über das Treibrad 32 und das
Ritzel 3 i die zweite Verdichterstufe 3 an, während von den Abgasen der Brennkraftmaschine
die Abgasturbine 6 angetrieben wird, die ihrerseits die Verdichterstufe 2 in Bewegung
setzt.
-
Mit zunehmender Flughöhe nimmt der Gegendruck der Abgasturbine ab.
Damit wächst das in der Abgasturbine verarbeitete Arbeitsgefälle, die Leistung der
Turbine nimmt zu und äußert sich in einem Drehzahlanstieg der Abgasturbine und damit
der ersten Verdichterstufe. Entsprechend dem Anwachsen der Drehzahl spricht der
Fliehkraftregler i i an und verschiebt über die Verstellmuffe 12 den Steuerkolben
1q. nach oben. Dieser gibt die Verbindung zwischen dem Schaltgliedinnenraum i9 und
der Druckölwellenleitung frei; es strömt Drucköl in Richtung des Pfeiles P3 bis
an das Ende der Wellenleitung, tritt durch die Wellenquerbohrungen 39 in Richtung
der Pfeile P4 und P5 in den Kupplungsinnenraum 40 und nimmt in bekannter Weise das
andere' Kupplungsschaufelrad 30 mit. Das infolge der Zentrifugalkraft aus
dem Kupplungsradspalt 35 austretende Öl sammelt sich in dem Kupplufigszwischenraum
36 und tritt durch die Öldüsen 34 in den Kupplungsmantelraum37, von wo aus es durch
die Ölrückleitung 38 in den Behälter 18 zurückfließt.
-
Der zwischen den Kupplungsschaufelrädern 7 und 3o bestehende Schlupf
ist abhängig von dem Verhältnis der durch die Öldüsen 34 abströmenden zu der durch
die Bohrungen 39 zuströmenden Ölmenge. Dieses Verhältnis kann durch Verschieben
des Steuerkolbens 14 innerhalb des Schaltgliedes 15 regelbar verändert werden. Die
Regelung erfolgt normalerweise durch den Fliehkraft-, regler i i, kann aber auch,
wie bereits be-.sclirieben, von Hand durch Betätigung des Handhebels 26 beeinflußt
werden. Der Fliehkraftregler ist so eingestellt, daß die Solldrehzahl der Gasturbine
erhalten bleibt; daraus ergibt sich zwischen , den beiden Schaufelrädern der Strömungskupplung
ein Schlupf, der gerade so groß ist, daß die Gasturbine den jeweiligen Überschuß
an Leistung, also den Leistungsanteil, der für den Laderbetrieb nicht gebraucht
wird, an die Kolbenbrennkraftmaschine und damit an die Luftschraube abführt.