EP1457643A2 - Electronic safety system to avoid an over speed condition due to a shaft failure - Google Patents

Electronic safety system to avoid an over speed condition due to a shaft failure Download PDF

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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
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safety system
measuring
light
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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.

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Abstract

The electronic safety system to avoid an overspeed in the event of a shaft breakage has a longitudinally extending measuring optic light guide (13) rotating with the shaft, with a light source (18) provided on the input side, and an optic sensor (19) on the output side. An interruption of the optic light guide effected by a shaft breakage and the receiving of altered light signals at the optic sensor via an electronic computing and control unit (20,21) detects the shaft breakage and interrupts the energy supply to the driving side of the shaft.

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.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.

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. When a shaft breaks, which has a drive side and an output side, that is, an energy producing and an energy basically has the consuming side Problem that in such a case because of the drive side the lack of energy consumption on the output side strongly is accelerated and thereby significant dangers for people and material can arise. Such an overspeed condition is particularly problematic there, where the wave in question is part of a passenger transportation facility, for example one with gas turbine engines powered aircraft is. With an aircraft engine represent in particular the breakage of the low pressure turbine shaft and the consequent uncontrolled increase in speed the drive side connected to the low pressure turbine rotor the low pressure turbine shaft leading to destruction of the engine and damage to the aircraft can lead to a considerable risk potential for People and real assets.

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.Especially with gas turbines, especially gas turbine engines, are various devices for mechanical or electronic detection of a wave break and a subsequent interruption of the others Fuel supply to avoid or limit a dangerous one Overspeed condition known.

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.In a security system described in US 47 12 372 are on the input side (turbine rotor) and output side (Fan) toothed turbine shaft each inductive Arranged sensors, each one of the number of counted Impulse corresponding signal proportional to the speed produce. In the case of a speed difference by a higher speed of the drive-side part of the shaft and a wave break determined thereby becomes a magnetic one Fuel valve controlled and the fuel supply interrupted so that the turbine rotor does not continue can be driven.

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.The electronic known in gas turbine engines Security systems are generally disadvantageous in that than the time elapsed until the fuel supply is switched off is relatively long and therefore higher strength requirements to the low pressure turbine blades connected to one higher weight and higher costs. A high one Effort is also due to the required cooling or Heat shielding in the hot area of the low pressure turbine shaft lying sensors and the electrical connections conditionally.

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.Mechanical shutdown systems are also included one coaxially assigned to the turbine shaft, on its output side Described at the end of the attached reference shaft. In the event of a shaft break, the resulting twist the turbine shaft relative to the reference shaft to the mechanical one Action on the fuel valve used. at a known device of this type are on the drive side End of the turbine shaft and the corresponding end recesses arranged offset to the reference shaft are provided, that cover when a wave breaks and thereby release a preloaded driver. The radial Swinging out driver engages in the wire loop of one A wire rope that connects to the fuel cutoff valve and by the driver of the low pressure shaft tension on the wire rope is closed.

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.Because the required angle of rotation between turbine and Reference shaft until the preloaded driver swings out is relatively large, the period until the shutdown is the fuel supply is relatively long. In addition, at the mechanical systems of construction and assembly effort as well as the space requirement high.

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.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.

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.According to the invention the task with a according to the features of claim 1 trained security system solved. Further features result from the subclaims and advantageous developments of the invention.

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.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.

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.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.

In weiterer Ausbildung der Erfindung können mehrere Mess-Lichtleiter vorgesehen sein, die auch als Schleife zur Lichteintrittsseite zurückgeführt sein können.In a further embodiment of the invention, several measuring light guides can be provided, also as a loop for Light entry side can be returned.

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.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.

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.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.

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.According to a further feature of the invention, the fixed Assignment of the measuring light guide to the one to be monitored Shaft and thus the rotation of the measuring light guide together with the shaft through a coaxial to the shaft realized at both ends with this measuring sleeve. If the shaft breaks, the measuring sleeve is also destroyed and this cuts the measuring light guide. That because of the Missing light conduction through the measuring light guide on the optical Sender registered signal serves according to the corresponding Evaluation in the evaluation electronics to control a Shutdown mechanism for the drive side of the shaft.

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.In a further embodiment of the invention there is the measuring sleeve of an inner tube and an outer tube. In 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.

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 embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing using the example of the low-pressure turbine shaft of a gas turbine engine supplied with liquid fuel as an energy carrier. Show it:
Fig. 1
a sectional view of the rear, drive-side end of a low-pressure turbine shaft to be monitored for a shaft break, on which the low-pressure turbine rotor is attached;
Fig. 2
a sectional view of the front, output end of the low pressure turbine shaft, to which the fan of a gas turbine engine is connected; and
Fig. 3
3 shows a sectional view along the line 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.On the low-pressure turbine shaft 1, as in FIGS. 1 and 3 only indicated on the drive side of the low-pressure turbine rotor 2 and on the output side of the fan 3 (Compressor) attached. Inside the low pressure turbine shaft 1 there is a coaxially arranged measuring sleeve 4, at both ends by fasteners 5, 6 both in the circumferential direction and in the axial direction firmly on the Low-pressure turbine shaft 1 is held and thus their Participates in the rotary movement. 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. In 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. In the present Embodiment, 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. To the beginning (entrance hole 14) and the end (exit bore 15) of the close the measuring sleeve 4 of the rotating measuring light guide 13 a first additional light guide (light supply cable) 16 with externally connected light source 18 and a second additional light guide (light path cable) 17 with an externally connected optical sensor 19. 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.

Die Funktion des zuvor beschriebenen Sicherheitssystems ist folgende:The function of the security system described above is the following:

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. 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.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Niederdruckturbinenwelle, WelleLow pressure turbine shaft, shaft
22
Niederdruckturbinenrotor, AntriebsseiteLow pressure turbine rotor, drive side
33
Fan (Verdichter), AbtriebsseiteFan (compressor), output side
44
Messhülsemeasuring sleeve
5, 65, 6
Befestigungselementefasteners
77
Innenrohr v. 4, (Sollbruchrohr)Inner tube v. 4, (breaking tube)
88th
Außenrohr v. 4, (Stützrohr)Outer tube v. 4, (support tube)
9a, 10a9a, 10a
hintere Bodenplatten v. 4rear floor plates v. 4
9b, 10b9b, 10b
vordere Bodenplatten v. 4front base plates v. 4
11, 1211, 12
Haltenuten v. 7Holding grooves v. 7
1313
Mess-LichtleiterMeasuring light guide
1414
Eingangsbohrunginlet bore
1515
Ausgangsbohrungexit bore
1616
Zusatzlichtleiter (Lichtzuführung)Additional light guide (light supply)
1717
Zusatzlichtleiter (Lichtabführung)Additional light guide (light discharge)
1818
Lichtquellelight source
1919
Optischer SensorOptical sensor
2020
Auswerteelektronikevaluation
2121
Elektronische SteuerungElectronic control
2222
Kraftstoff-AbsperrventilFuel shut-off valve

Claims (11)

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.Electronic safety system to avoid an overspeed condition in the event of a shaft break by detecting the shaft break and then interrupting the further energy supply, in particular in the case of a gas turbine engine, characterized by at least one measurement which extends in the longitudinal direction of the shaft (1) and is permanently assigned to the shaft and rotates with it light pipe (13), the input side a light source (18) and are associated at an axial or radial light outlet side, an optical sensor (19), one caused by wave breaking transection (s) connected to the shaft (1) measuring light guide ( s) (13) and the receipt of changed light signals at the optical sensor (19) via evaluation and control electronics (20, 21) detects the shaft break and interrupts the energy supply to the drive side of the shaft (1). 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.Safety system according to Claim 1, characterized in that the light source (18) and the sensor (19) are assigned directly to the light entry side and the light exit side of the light guide (13). 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. Safety system according to Claim 1, characterized in that the light source (18) and the sensor (19) are arranged externally and are each assigned to the measuring light guide (s) (13) coupled to the shaft (1) via additional light guides (16, 17) are. 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.Safety system according to claim 1, characterized in that the input side of the at least one measuring light guide (13) lies in the axis of the shaft (1), while the measuring light guide (13) and its / its output side are arranged decentrally analogous to the shaft circumference are. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsseite und die Ausgangsseite des mindestens einen Mess-Lichtleiters (13) analog dem Wellenumfang dezentral angeordnet sind.Safety system according to claim 1, characterized in that the input side and the output side of the at least one measuring light guide (13) are arranged decentrally analogous to the wave size. Sicherheitssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lichtzufuhr zu den Lichtleitern (13) ein ringförmiger Lichtleiter oder eine ringförmige Lichtquelle angeordnet ist.Security system according to Claim 5, characterized in that an annular light guide or an annular light source is arranged for the light supply to the light guides (13). Sicherheitssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Lichtleiter unmittelbar mit den Mess-Lichtleitern (13) verbunden ist.Safety system according to claim 6, characterized in that the ring-shaped light guide is connected directly to the measuring light guides (13). 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.Safety system according to claim 1, characterized in that the at least one measuring light guide (13) is guided as a loop, the input and output sides being on the same shaft end. 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.Safety system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shaft (1) is assigned a measuring sleeve (4) fastened at its ends, on or in which the at least one measuring light guide (13) is held. 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.Safety system according to Claim 9, characterized in that the measuring sleeve (4) has an inner tube (7) with at least one holding groove (11, 12) formed in its outer peripheral surface, in which at least one measuring light guide (13) is held, and one the inner tube (7) enveloping outer tube (8) for radial support and in cooperation with the holding groove for support in the circumferential direction of the measuring light guide (s) (13). Sicherheitssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das als Sollbruchrohr fungierende Innenrohr (7) aus einem Material mit geringer Festigkeit besteht.Security system according to claim 11, characterized in that the inner tube (7) functioning as a predetermined breaking tube consists of a material with low strength.
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