EP1457643A2 - Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch - Google Patents

Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch Download PDF

Info

Publication number
EP1457643A2
EP1457643A2 EP04090043A EP04090043A EP1457643A2 EP 1457643 A2 EP1457643 A2 EP 1457643A2 EP 04090043 A EP04090043 A EP 04090043A EP 04090043 A EP04090043 A EP 04090043A EP 1457643 A2 EP1457643 A2 EP 1457643A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
light guide
safety system
measuring
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP04090043A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1457643A3 (de
EP1457643B1 (de
Inventor
Detlef Rensch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP1457643A2 publication Critical patent/EP1457643A2/de
Publication of EP1457643A3 publication Critical patent/EP1457643A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1457643B1 publication Critical patent/EP1457643B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05D2270/091—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/614—Fibres or filaments

Definitions

  • the invention relates to an electronic security system to avoid an overspeed condition in the event of a shaft break by detection of the breaking of the wave and subsequent Interrupting further energy supply, in particular in a gas turbine engine.
  • the invention has for its object a security system to detect a wave break and to interrupt the further supply of energy to the drive side End of the shaft to be specified, which with little assembly, construction and space requirements reliably and with little wear works and ensures short switch-off times.
  • the essence of the invention consists in the fixed assignment of a Fiber to the scope of the wave to be monitored, and indeed in their longitudinal direction and rotating with it, as well the severing of the wave break Optical fiber and the corresponding interruption of the forwarding the one serving as a measuring element in this way Light guide on the input side of light. This interruption is at the other end of the measuring light guide detected by a sensor and via an evaluation and control electronics as a signal for switching off the Drive energy supply used.
  • the security system designed on this basis is required with the possible external arrangement of the necessary ones optical sensors and light sources no cooling devices. It is only a small number of simple ones Components necessary. The assembly, repair and The maintenance effort is accordingly low. Due to the Speed of light and the associated fast Detection of a wave break can result in short switch-off times for the supply of energy.
  • measuring light guides can be provided, also as a loop for Light entry side can be returned.
  • the light source and the sensors can be the measuring light guide immediately upstream or - using additional light guide for feeding and routing of light - be arranged externally.
  • the entry side of the measuring light guide can be axially centric or be offset to the center.
  • the light emission can be done and recorded in the axial or radial direction become.
  • the additional light guide or the light source for feeding of light can be ring-shaped to several measuring light guides arranged in a circular line To supply light from only one light source.
  • the measuring sleeve of an inner tube and an outer tube.
  • the inner tube there are longitudinal grooves for Recording the measuring light guide, so that with one with one Breakage associated breakage of the measuring sleeve also the measuring light guide is cut immediately.
  • the outer tube, the Strength higher than that of the inner tube serves as a support the measuring light guide / s and the inner tube.
  • the measuring sleeve 4 consists of a Inner tube 7 and an outer tube 8, which on both end faces each closed by a base plate 9a, b and 10a, b are.
  • the outer peripheral surface of the inner tube 7 there are two opposite, in the longitudinal direction of the Measuring sleeve 4 holding grooves 11, 12 into which a measuring light guide 13 - flush with the surface of the inner tube 7 finally - is inserted.
  • the outer tube (support tube) 8 supports the measuring light guide 13 against the high centrifugal forces towards the outside and fixes it radially in the holding grooves 11, 12.
  • the measuring light guide 13 is thus in the Circumferential wall of the measuring sleeve 4 embedded.
  • the outer tube 8, that of absorbing the centrifugal forces and centering the Measuring sleeve 4 serves one of the prevailing force effects appropriate strength. That as a break tube acting inner tube 7, however, consists of one less solid, easily breaking material.
  • the measuring light guide 13 runs outgoing from a central inlet bore 14 in the rear Base plate 9a, first between the two rear base plates 9a and 10a, then in the lower holding groove 12, then between the two front base plates 9b and 10b and finally back to the home page in the top Retaining groove 11 to in an exit hole 15 on the outer edge the rear bottom plate 9a to end.
  • the Light source 18 and optical sensor 19 can also be used directly behind the inlet or outlet bore 14, 15 be arranged for the measuring light guide 13, in which If appropriate cooling devices are provided have to.
  • the optical sensor 19 is with evaluation electronics 20 and an electronic control 21 connected, via which is integrated into the fuel supply Fuel shutoff valve 22 based on that of the optical sensor 19 received signals is driven.
  • first additional light guide 16 About the light-emitting end in front of the central arranged input hole 14 lying light supply cable (first additional light guide 16) is constantly light passed through the measuring light guide 13 and due to the rotation the measuring sleeve 4 on the light exit side (exit hole 15) as a constantly repeating light pulse receive. If the low-pressure turbine shaft breaks 1 also breaks the one connected to it at both ends, otherwise arranged with play in the low-pressure turbine shaft 1 Measuring sleeve 4 and preferably their low strength having inner tube 7 (predetermined breaking tube). by virtue of fixing the measuring light guide 13 in the holding groove 11, 12 this is also severed quickly and the light beam interrupted.
  • the registered by the optical sensor 19 Interruption of the light supply serves as a signal for the evaluation electronics 20 and the electronic control 21 to indicate a wave break and to interrupt the Fuel supply to the fuel shutoff valve 22 to the Low-pressure turbine shaft 1 no longer accelerate and the dangerous ones resulting from overspeed Limit or prevent consequences.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

Ein elektronisches Sicherheitssystem zur Detektion eines Wellenbruchs und zur Unterbrechung der Antriebsenergiezufuhr umfasst mindestens einen in Wellenlängsrichtung fest verlegten, mit der Welle (1) rotierenden und an der Eintrittsseite (14) mit einem mit der Lichtquelle (18) verbundenen Mess-Lichtleiter (13). Bei einem Wellenbruch wird der Mess-Lichtleiter durchtrennt, wobei das Ausbleiben des Lichts an der Austrittsseite (15) von einem optischen Sensor (19) registriert und über eine Auswerte- und Steuerelektronik (20, 21) als Signal zur Abschaltung der weiteren Energiezufuhr an einem Kraftstoff-Absperrventil (22) dient. Der Mess-Lichtleiter ist an einer an beiden Enden mit der Welle verbundenen Messhülse (4) fixiert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch durch Detektion des Wellenbruchs und anschließendes Unterbrechen der weiteren Energiezufuhr, insbesondere bei einem Gasturbinen-Triebwerk.
Beim Bruch einer Welle, die eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite, das heißt eine Energie erzeugende und eine Energie verbrauchende Seite hat, besteht grundsätzlich das Problem, dass in einem solchen Fall die Antriebsseite wegen der fehlenden Energieabnahme auf der Abtriebsseite stark beschleunigt wird und dadurch erhebliche Gefahren für Menschen und Material entstehen können. Ein derartiger Überdrehzahlzustand ist besonders dort äußerst problematisch, wo die betreffende Welle Teil einer Personenbeförderungseinrichtung, zum Beispiel einem mit Gasturbinen-Triebwerken angetriebenen Flugzeug ist. Bei einem Flugzeugtriebwerk stellen insbesondere der Bruch der Niederdruckturbinenwelle und die daraus folgende unkontrollierte Erhöhung der Drehzahl der mit dem Niederdruckturbinenrotor verbundenen Antriebsseite der Niederdruckturbinenwelle, die zu einer Zerstörung des Triebwerks und zu einer Beschädigung des Flugzeugs führen kann, ein erhebliches Gefahrenpotential für Menschen und Sachwerte dar.
Insbesondere bei Gasturbinen, speziell Gasturbinen-Triebwerken, sind verschiedene Vorrichtungen zum mechanischen oder elektronischen Erfassen eines Wellenbruchs und einer daraufhin ausgelösten Unterbrechung der weiteren Kraftstoffzufuhr zur Vermeidung oder Begrenzung eines gefährlichen Überdrehzahlzustandes bekannt.
Bei einem in der US 47 12 372 beschriebenen Sicherheitssystem sind an der antriebsseitig (Turbinenrotor) und abtriebsseitig (Fan) gezahnten Turbinenwelle jeweils induktive Sensoren angeordnet, die jeweils ein der Anzahl der gezählten Impulse entsprechendes drehzahlproportionales Signal erzeugen. Im Falle einer Drehzahldifferenz durch eine höhere Geschwindigkeit des antriebsseitigen Teils der Welle und eines dadurch festgestellten Wellenbruchs wird ein magnetisches Kraftstoffventil angesteuert und die Kraftstoffzufuhr unterbrochen, so dass der Turbinenrotor nicht weiter angetrieben werden kann.
Die bei Gasturbinen-Triebwerken bekannten elektronischen Sicherheitssysteme sind ganz allgemein insofern nachteilig, als der Zeitablauf bis zum Abschalten der Kraftstoffzufuhr relativ lang ist und daraus höhere Festigkeitsanforderungen an die Niederdruckturbinenschaufeln, verbunden mit einem höheren Gewicht und höheren Kosten, resultieren. Ein hoher Aufwand ist weiterhin durch die erforderliche Kühlung bzw. Hitzeabschirmung der im Heißbereich der Niederdruckturbinenwelle liegenden Sensorik und der elektrischen Verbindungen bedingt.
Darüber hinaus sind auch mechanische Abschaltsysteme mit einer der Turbinenwelle koaxial zugeordneten, an deren abtriebsseitigem Ende befestigten Referenzwelle beschrieben. Im Falle eines Wellenbruchs wird die dadurch bedingte Verdrehung der Turbinenwelle relativ zur Referenzwelle zur mechanischen Einwirkung auf das Kraftstoffventil genutzt. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind am antriebsseitigen Ende der Turbinenwelle und dem entsprechenden Ende der Referenzwelle versetzt angeordnete Aussparungen vorgesehen, die bei einem Wellenbruch zur Deckung kommen und dadurch einen vorgespannten Mitnehmer freigeben. Der radial ausschwenkende Mitnehmer greift in die Drahtschlinge eines Drahtseils ein, das mit dem Kraftstoff-Absperrventil verbunden ist und durch den von dem Mitnehmer der Niederdruckwelle auf das Drahtseil ausgeübten Zug geschlossen wird.
Da der erforderliche Verdrehwinkel zwischen Turbinen- und Referenzwelle bis zum Ausschwenken des vorgespannten Mitnehmers relativ groß ist, ist auch der Zeitraum bis zum Absperren der Kraftstoffzufuhr relativ lang. Zudem ist bei den mechanischen Systemen der Konstruktions- und Montageaufwand sowie der Platzbedarf hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitssystem zum Erkennen eines Wellenbruchs und zur Unterbrechung der weiteren Zufuhr von Energie zum antriebsseitigen Ende der Welle anzugeben, das bei geringem Montage-, Konstruktions- und Platzaufwand zuverlässig und verschleißarm arbeitet und kurze Abschaltzeiten gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Sicherheitssystem gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Das Wesen der Erfindung besteht in der festen Zuordnung eines Lichtleiters zum Umfang der zu überwachenden Welle, und zwar in deren Längsrichtung und mit dieser rotierend, sowie der mit einem Wellenbruch verbundenen Durchtrennung des Lichtleiters und der entsprechenden Unterbrechung der Weiterleitung des dem auf diese Art als Messelement dienenden Lichtleiter an seiner Eintrittsseite zugeführten Lichts. Diese Unterbrechung wird am anderen Ende des Mess-Lichtleiters von einem Sensor erfasst und über eine Auswerte- und Steuerelektronik als Signal für die Abschaltung der Antriebsenergiezufuhr genutzt.
Das auf dieser Basis ausgebildete Sicherheitssystem benötigt bei der hier möglichen externen Anordnung der erforderlichen optischen Sensoren und Lichtquellen keine Kühleinrichtungen. Es ist nur eine geringe Anzahl an zudem einfachen Bauteilen notwendig. Der Montage-, Reparatur- und Wartungsaufwand ist dementsprechend gering. Aufgrund der Lichtgeschwindigkeit und der damit verbundenen schnellen Detektion eines Wellenbruchs können kurze Abschaltzeiten für die Energiezufuhr realisiert werden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können mehrere Mess-Lichtleiter vorgesehen sein, die auch als Schleife zur Lichteintrittsseite zurückgeführt sein können.
Die Lichtquelle und die Sensorik können dem/n Mess-Lichtleiter/n unmittelbar vorgeschaltet oder - unter Verwendung zusätzlicher Lichtleiter zur Zuführung und Wegführung des Lichts - extern angeordnet sein.
Die Eintrittseite der Mess-Lichtleiter kann axial zentrisch oder versetzt zur Mitte angeordnet sein. Der Lichtaustritt kann in axialer oder radialer Richtung erfolgen und erfasst werden. Der Zusatzlichtleiter oder die Lichtquelle zur Zuführung von Licht können ringförmig ausgebildet sein, um mehreren in einer Kreislinie angeordneten Mess-Lichtleitern Licht von nur einer Lichtquelle zuzuführen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die feste Zuordnung des Mess-Lichtleiters zu der zu überwachenden Welle und damit die Rotation des Mess-Lichtleiters zusammen mit der Welle durch eine koaxial zur Welle angeordnete, an beiden Enden mit dieser verbundene Messhülse realisiert. Bei einem Wellenbruch wird auch die Messhülse zerstört und dadurch der Mess-Lichtleiter durchtrennt. Das aufgrund der fehlenden Lichtleitung durch den Mess-Lichtleiter am optischen Sender registrierte Signal dient nach entsprechender Auswertung in der Auswerteelektronik zur Steuerung eines Abschaltmechanismus für die Antriebsseite der Welle.
In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Messhülse aus einem Innenrohr und einem Außenrohr. In dem Innenrohr befinden sich in Längsrichtung verlaufende Haltenuten zur Aufnahme der Mess-Lichtleiter, so dass bei einem mit einem Wellenbruch verbundenen Bruch der Messhülse auch der Mess-Lichtleiter sofort durchtrennt wird. Das Außenrohr, dessen Festigkeit höher als die des Innenrohrs ist, dient zur Abstützung der/des Mess-Lichtleiter/s und des Innenrohrs.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung am Beispiel der Niederdruckturbinenwelle eines mit flüssigem Kraftstoff als Energieträger versorgten Gasturbinen-Triebwerks näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Schnittansicht des hinteren, antriebsseitigen Endes einer hinsichtlich eines Wellenbruches zu überwachenden Niederdruckturbinenwelle, an dem der Niederdruckturbinenrotor angebracht ist;
Fig. 2
eine Schnittansicht des vorderen, abtriebsseitigen Endes der Niederdruckturbinenwelle, mit dem der Fan eines Gasturbinen-Triebwerks verbunden ist; und
Fig. 3
eine Schnittansicht längs der Linie AA in Fig. 1.
An der Niederdruckturbinenwelle 1 ist, wie in den Figuren 1 und 3 lediglich angedeutet, auf der Antriebsseite der Niederdruckturbinenrotor 2 und auf der Abtriebsseite der Fan 3 (Verdichter) angebracht. Im Innern der Niederdruckturbinenwelle 1 befindet sich eine koaxial angeordnete Messhülse 4, die an beiden Enden durch Befestigungselemente 5, 6 sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung fest an der Niederdruckturbinenwelle 1 gehalten ist und damit deren Drehbewegung mitmacht. Die Messhülse 4 besteht aus einem Innenrohr 7 und einem Außenrohr 8, die an beiden Stirnseiten jeweils durch eine Bodenplatte 9a,b und 10a,b verschlossen sind. In der Außenumfangsfläche des Innenrohres 7 befinden sich zwei gegenüberliegende, in Längsrichtung der Messhülse 4 verlaufende Haltenuten 11, 12, in die ein Mess-Lichtleiter 13 - mit der Oberfläche des Innenrohres 7 bündig abschließend - eingelegt ist. Das Außenrohr (Stützrohr) 8 stützt den Mess-Lichtleiter 13 entgegen den hohen Fliehkräften nach außen ab und fixiert diesen radial in den Haltenuten 11, 12. Der Mess-Lichtleiter 13 ist somit in die Umfangswand der Messhülse 4 eingebettet. Das Außenrohr 8, das der Aufnahme der Fliehkräfte und der Zentrierung der Messhülse 4 dient, weist eine den herrschenden Kraftwirkungen entsprechende Festigkeit auf. Das als Sollbruchrohr fungierende Innenrohr 7 besteht hingegen aus einem weniger festen, leicht brechenden Werkstoff. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft der Mess-Lichtleiter 13, ausgehend von einer zentrischen Eingangsbohrung 14 in der hinteren Bodenplatte 9a, zunächst zwischen den beiden hinteren Bodenplatten 9a und 10a, dann in der unteren Haltenut 12, anschließend zwischen den beiden vorderen Bodenplatten 9b und 10b und schließlich zurück zur Ausgangsseite in der oberen Haltenut 11, um in einer Ausgangsbohrung 15 am Außenrand der hinteren Bodenplatte 9a zu enden. An den Anfang (Eingangsbohrung 14) und das Ende (Ausgangsbohrung 15) des mit der Messhülse 4 rotierenden Mess-Lichtleiters 13 schließen sich im Abstand ein erste Zusatzlichtleiter (Lichtzuführungskabel) 16 mit extern angeschlossener Lichtquelle 18 und ein zweiter Zusatzlichtleiter (Lichtwegführungskabel) 17 mit extern angeschlossenem optischen Sensor 19 an. Die Lichtquelle 18 und der optische Sensor 19 können auch unmittelbar hinter der Eingangs- bzw. Ausgangsbohrung 14, 15 für den Mess-Lichtleiter 13 angeordnet sein, wobei in diesem Fall entsprechende Kühlvorrichtungen vorgesehen sein müssen. Der optische Sensor 19 ist mit einer Auswerteelektronik 20 und einer elektronischen Steuerung 21 verbunden, über die ein in die Kraftstoffzuführung eingebundenes Kraftstoff-Absperrventil 22 auf der Grundlage der von dem optischen Sensor 19 empfangenen Signale angesteuert wird.
Die Funktion des zuvor beschriebenen Sicherheitssystems ist folgende:
Über das mit seinem Licht emittierenden Ende vor der zentral angeordneten Eingangsbohrung 14 liegende Lichtzuführungskabel (erster Zusatzlichtleiter 16) wird ständig Licht durch den Mess-Lichtleiter 13 geleitet und aufgrund der Umdrehung der Messhülse 4 an der Lichtaustrittsseite (Ausgangsbohrung 15) als sich ständig wiederholender Lichtimpuls empfangen. Bei einem Bruch der Niederdruckturbinenwelle 1 bricht auch die an beiden Enden mit dieser verbundene, ansonsten mit Spiel in der Niederdruckturbinenwelle 1 angeordnete Messhülse 4 und bevorzugt deren eine geringe Festigkeit aufweisendes Innenrohr 7 (Sollbruchrohr). Aufgrund der Fixierung des Mess-Lichtleiters 13 in der Haltenut 11, 12 wird dieses ebenfalls schnell durchtrennt und der Lichtstrahl unterbrochen. Die vom optischen Sensor 19 registrierte Unterbrechung der Lichtzufuhr dient als Signal für die Auswerteelektronik 20 und die elektronische Steuerung 21 zur Anzeige eines Wellenbruchs und zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr am Kraftstoff-Absperrventil 22, um die Niederdruckturbinenwelle 1 nicht weiter zu beschleunigen und die aus einer Überdrehzahl resultierenden gefährlichen Folgen einzuschränken bzw. zu verhindern.
Bezugszeichenliste
1
Niederdruckturbinenwelle, Welle
2
Niederdruckturbinenrotor, Antriebsseite
3
Fan (Verdichter), Abtriebsseite
4
Messhülse
5, 6
Befestigungselemente
7
Innenrohr v. 4, (Sollbruchrohr)
8
Außenrohr v. 4, (Stützrohr)
9a, 10a
hintere Bodenplatten v. 4
9b, 10b
vordere Bodenplatten v. 4
11, 12
Haltenuten v. 7
13
Mess-Lichtleiter
14
Eingangsbohrung
15
Ausgangsbohrung
16
Zusatzlichtleiter (Lichtzuführung)
17
Zusatzlichtleiter (Lichtabführung)
18
Lichtquelle
19
Optischer Sensor
20
Auswerteelektronik
21
Elektronische Steuerung
22
Kraftstoff-Absperrventil

Claims (11)

  1. Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch durch Detektion des Wellenbruchs und anschließendes Unterbrechen der weiteren Energiezufuhr, insbesondere bei einem Gasturbinen-Triebwerk, gekennzeichnet durch mindestens einen sich in Längsrichtung der Welle (1) erstreckenden und der Welle fest zugeordneten, mit dieser rotierenden Mess-Lichtleiter (13), dem eingangsseitig eine Lichtquelle (18) und an einer axialen oder radialen Lichtaustrittsseite ein optischer Sensor (19) zugeordnet sind, wobei eine durch Wellenbruch bewirkte Durchtrennung der(s) mit der Welle (1) verbundenen Mess-Lichtleiter(s) (13) und der Empfang veränderter Lichtsignale am optischen Sensor (19) über eine Auswerte- und Steuerelektronik (20, 21) den Wellenbruch detektiert und die Energiezufuhr zur Antriebsseite der Welle (1) unterbricht.
  2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) und der Sensor (19) der Lichteintrittsseite bzw. der Lichtaustrittseite des Lichtleiters (13) unmittelbar zugeordnet sind.
  3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) und der Sensor (19) extern angeordnet und jeweils über Zusatzlichtleiter (16, 17) dem/den an die Welle (1) gekoppelten Mess-Lichtleiter/n (13) zugeordnet sind.
  4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass des Eingangsseite des mindestens einen Mess-Lichtleiters (13) in der Achse der Welle (1) liegt, während der/die Mess-Lichtleiter (13) und dessen/deren Ausgangsseite analog dem Wellenumfang dezentral angeordnet sind.
  5. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsseite und die Ausgangsseite des mindestens einen Mess-Lichtleiters (13) analog dem Wellenumfang dezentral angeordnet sind.
  6. Sicherheitssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lichtzufuhr zu den Lichtleitern (13) ein ringförmiger Lichtleiter oder eine ringförmige Lichtquelle angeordnet ist.
  7. Sicherheitssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Lichtleiter unmittelbar mit den Mess-Lichtleitern (13) verbunden ist.
  8. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mess-Lichtleiter (13) als Schleife geführt ist, wobei sich die Eingangs- und Ausgangsseite an demselben Wellenende befinden.
  9. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Welle (1) eine an deren Enden befestigte Messhülse (4) zugeordnet ist, an oder in der der mindestens eine Mess-Lichtleiter (13) gehalten ist.
  10. Sicherheitssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messhülse (4) ein Innenrohr (7) mit mindestens einer in dessen Außenumfangsfläche ausgebildeter Haltenut (11, 12), in der mindestens ein Mess-Lichtleiter (13) gehalten ist, und ein das Innenrohr (7) umhüllendes Außenrohr (8) zur radialen Abstützung und im Zusammenwirken mit der Haltenut zur Abstützung in Umfangsrichtung der/des Mess-Lichtleiter/s (13) umfasst.
  11. Sicherheitssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das als Sollbruchrohr fungierende Innenrohr (7) aus einem Material mit geringer Festigkeit besteht.
EP04090043A 2003-03-13 2004-02-11 Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch Expired - Fee Related EP1457643B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10310900 2003-03-13
DE10310900A DE10310900A1 (de) 2003-03-13 2003-03-13 Elekronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1457643A2 true EP1457643A2 (de) 2004-09-15
EP1457643A3 EP1457643A3 (de) 2007-03-21
EP1457643B1 EP1457643B1 (de) 2009-07-08

Family

ID=32748218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04090043A Expired - Fee Related EP1457643B1 (de) 2003-03-13 2004-02-11 Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7002172B2 (de)
EP (1) EP1457643B1 (de)
DE (2) DE10310900A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083237A1 (de) * 2004-02-27 2005-09-09 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und vorrichtung zur identifikation eines wellenbruchs und/oder einer überdrehzahl an einer gasturbine
WO2005093221A1 (de) * 2004-03-23 2005-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung und verfahren zur beschädigungsdetektion an einer komponente einer strömungsmaschine
EP3435058A1 (de) * 2017-07-28 2019-01-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Anordnung und verfahren zur erkennung eines wellenbruchs

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026366A1 (de) * 2004-05-29 2005-12-15 Mtu Aero Engines Gmbh Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine sowie Gasturbine
DE102004033924A1 (de) * 2004-07-14 2006-02-09 Mtu Aero Engines Gmbh Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine sowie Gasturbine
DE102004047892A1 (de) * 2004-10-01 2006-04-06 Mtu Aero Engines Gmbh Gasturbine und Verfahren zum Abschalten einer Gasturbine bei Identifikation eines Wellenbruchs
DE102005036879A1 (de) * 2005-05-12 2006-11-16 Logos-Innovationen Gmbh Hebevorrichtung mit einer Antriebseinheit zum Heben einer Lastaufnahme
US7536850B2 (en) * 2005-09-27 2009-05-26 Pratt & Whitney Canada Corp. Emergency fuel shutoff system
DE102006017790B3 (de) * 2006-04-15 2007-07-26 Mtu Aero Engines Gmbh Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine sowie Gasturbine
US7581377B2 (en) * 2006-06-14 2009-09-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Low-cost frangible cable for gas turbine engine
FR2907839B1 (fr) * 2006-10-25 2011-06-17 Snecma Methode pour reduire la vitesse en cas de rupture d'arbre de turbine de moteur a turbine a gaz
FR2923540B1 (fr) * 2007-11-13 2010-01-29 Snecma Dispositif de detection de rupture d'un arbre de turbomachine
US9169742B2 (en) * 2010-02-26 2015-10-27 Pratt & Whitney Canada Corp. Electronic shaft shear detection conditioning circuit
US10167784B2 (en) 2012-10-26 2019-01-01 Pratt & Whitney Canada Corp. System for detecting shaft shear event
DE102013101791A1 (de) * 2013-02-22 2014-08-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Fluggasturbine mit einer ersten drehbaren Welle
US10316689B2 (en) 2016-08-22 2019-06-11 Rolls-Royce Corporation Gas turbine engine health monitoring system with shaft-twist sensors
IT202000028520A1 (it) 2020-11-26 2022-05-26 Ge Avio Srl Sistema e metodo per la mitigazione di velocita' eccessiva di rotore

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5411364A (en) * 1993-12-22 1995-05-02 Allied-Signal Inc. Gas turbine engine failure detection system
DE19727296A1 (de) * 1997-06-27 1999-01-07 Mtu Muenchen Gmbh Einrichtung zur Notabschaltung einer Gasturbine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4712372A (en) 1985-09-18 1987-12-15 Avco Corporation Overspeed system redundancy monitor
DE19857552A1 (de) * 1998-12-14 2000-06-15 Rolls Royce Deutschland Verfahren zum Erkennen eines Wellenbruches in einer Strömungskraftmaschine
US6607349B2 (en) * 2001-11-14 2003-08-19 Honeywell International, Inc. Gas turbine engine broken shaft detection system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5411364A (en) * 1993-12-22 1995-05-02 Allied-Signal Inc. Gas turbine engine failure detection system
DE19727296A1 (de) * 1997-06-27 1999-01-07 Mtu Muenchen Gmbh Einrichtung zur Notabschaltung einer Gasturbine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083237A1 (de) * 2004-02-27 2005-09-09 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und vorrichtung zur identifikation eines wellenbruchs und/oder einer überdrehzahl an einer gasturbine
WO2005093221A1 (de) * 2004-03-23 2005-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung und verfahren zur beschädigungsdetektion an einer komponente einer strömungsmaschine
EP3435058A1 (de) * 2017-07-28 2019-01-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Anordnung und verfahren zur erkennung eines wellenbruchs
US10655493B2 (en) 2017-07-28 2020-05-19 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Arrangement, turbo engine and method for the recognition of a shaft breakage of a shaft

Also Published As

Publication number Publication date
US20050047913A1 (en) 2005-03-03
US7002172B2 (en) 2006-02-21
DE502004009705D1 (de) 2009-08-20
DE10310900A1 (de) 2004-09-23
EP1457643A3 (de) 2007-03-21
EP1457643B1 (de) 2009-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1457643A2 (de) Elektronisches Sicherheitssystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch
EP1455054B1 (de) Abschaltsystem zur Vermeidung eines Überdrehzahlzustandes bei einem Wellenbruch
EP2189221B1 (de) Rührwerkskugelmühle
DE2618253C3 (de) Sicherheitseinrichtung für Axialturbinen
DE69918162T2 (de) Berstschutzvorrichtung für radialturbinen
EP1764154B1 (de) Vorrichtung zum Zerkleinern von biologischem Probematerial
EP3296748A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung einer rotationsbewegung sowie zur erkennung eines wellenbruchs
EP2275743A2 (de) Gasturbinenbrennkammer mit Starterfilm zur Kühlung der Brennkammerwand
EP2149710B1 (de) Vakuumpumpanordnung
EP3184823B1 (de) Kreiselpumpe
DE102017010850B3 (de) Messgerät zum Messen eines Massendurchsatzes eines Materialstroms, Messsystem, Dosiersystem, Verfahren zum Betreiben eines Messgeräts und Verfahren zum Betreiben eines Messsystems
WO2004037425A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur desintegration insbesondere von anorganischen stoffen
EP3714234B1 (de) Vorrichtung mit einem dichtelement zum abdichten eines spalts, verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung, messsystem und dosiersystem
EP0117398A1 (de) Vorrichtung zur Messung der Temperatur in einem mit Staub beladenen Gasstrom
EP0027530B1 (de) Optische Anordnung zum Überwachen kritischer Drehzahlen rotierender Einrichtungen
DE102013101791A1 (de) Fluggasturbine mit einer ersten drehbaren Welle
AT516793B1 (de) Zellenradschleuse und Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug mit verbessertem Ansprechverhalten
DE3426555A1 (de) Luftgetriebener motor
DE102008058149A1 (de) Turbomolekularpumpe
DE2631128A1 (de) Deformierbarer lagersitz
EP2655880A1 (de) Getriebe/generator-kupplung
DE102015104078A1 (de) Zerkleinerungsvorrichtung
EP0990720A1 (de) Stützscheibe einer Rotorspinneinrichtung
DE102014105528A1 (de) Verdichteranordnung und Wellenleistungstriebwerk mit einer Verdichteranordnung
DE1750883A1 (de) Magnetische Kupplung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

17P Request for examination filed

Effective date: 20070511

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070628

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE FR GB

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 502004009705

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20090820

Kind code of ref document: P

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20100409

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 502004009705

Country of ref document: DE

Representative=s name: WABLAT LANGE KARTHAUS ANWALTSSOZIETAET, DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502004009705

Country of ref document: DE

Owner name: ROLLS-ROYCE DEUTSCHLAND LTD & CO KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ROLLS-ROYCE DEUTSCHLAND LTD & CO KG, 15827 BLANKENFELDE, DE

Effective date: 20130402

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 502004009705

Country of ref document: DE

Representative=s name: WABLAT LANGE KARTHAUS ANWALTSSOZIETAET, DE

Effective date: 20130402

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 13

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 14

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20170227

Year of fee payment: 14

Ref country code: FR

Payment date: 20170223

Year of fee payment: 14

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20170227

Year of fee payment: 14

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502004009705

Country of ref document: DE

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20180211

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20181031

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20180901

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20180211

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20180228