KR850000938B1 - 풍동터어빈 날개피치 제어시스템 - Google Patents

풍동터어빈 날개피치 제어시스템 Download PDF

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벤톤 앤드루스 메리트
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유나이티드 테크놀로지스 코오포레이숀
멜빈 페어슨. 윌리엄스
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Abstract

내용 없음.

Description

풍동터어빈 날개피치 제어시스템
도면은 본 발명의 풍동터어빈 날개 피치제어시스템의 양호한 실시예의 개략도.
본 발명은 풍동터어빈에 관한 것이며, 특히 가변피치 풍동터어빈 날개의 피치를 선택적으로 조절하는 시스템에 관한 것이다.
성능을 향상시키기 위해서, 풍동터어빈은 종종 가변피치날개를 설치한다. 이러한 날개의 피치는 그 종축 위주로 날개를 선회시켜서 조절되어 풍동터어빈이 여러가지 바람조건에서 최대의 효율을 달성하고 터어빈의 시동을 돕고 날개의 수평조절에 의해서 고속풍속에서 풍동터어빈의 과잉속도 작동을 방지시킨다.
여러가지 장치와 제어시스템이 풍동터어빈날개의 피치를 변경시키도록 제시되어왔다. 하나의 이러한 시스템이 본 발명의 양수인에게 양도된 제니등의 미합중국 특허 제4,083,651호에 소개된다. 이러한 시스템은 풍동터어빈의 회전속도에 상응하여 날개를 회전시킬 수 있도록 원심적으로 진자를 사용하여 터어빈의 작동범위를 통하여 날개피치를 변경시킨다. 이러한 시스템의 날개 피치조절능력이 전자의 원심력에 의해서 제한되고 시스템의 작동 매개변수에만 상응하여 자동작동되기 때문에 경우에 따라서는 작동이 되지 않는 일이 있다.
풍동터어빈 날개피치의 연속적인 제어를 위해, 유압유체가 날개에 연결된 유압액튜에이터로 선택적으로 공급되거나 배출되는 유압제어시스템이 요구된다. 이러한 일번적인 원리로 작동되는 유압제어시스템이 미합중국 특허 제2,809,702호, 제2,611,440호, 제3,004,608호, 제3,163,233호, 제2,507,671호, 제2,505,206호 및 제2,556,700호에서 도시된 이러한 프로펠러날개 피치제어시스템과 같은 항공기 프로펠러를 위한 피치제어시스템에서 사용되어왔다. 이러한 시스템에서, 주 펌프로부터의 유압유체는 정상피치 변경조절을 위해 모터에 공급된다. 제2의 펌프 또는 에큐뮬레이터는 주 펌프의 정지시 또는 수평조절을 위해 모터에 유체를 공급한다. 미합중국 특허 제2,809,702호, 제2,611,440호 및 제3,004,608호에서는, 제 1 및 제 2 펌프 모두가 공통의 공급원으로부터 유체를 흡입한다. 따라서, 공급원의 파괴로 그 유압유체가 누수하게 되면, 제1의 피치제어 및 지지날개 피치제어시스템이 위태롭게 되어서 정상의 피치변경조절 및 날개수평조절이 모두 불가능하게 된다. 더우기, 이러한 특허의 제 1 및 수평조절공급원이 하나의 제어밸브에 의해서 날개액튜에이터에 유체공급이 조절된다. 따라서, 이러한 유체의 누수 또는 그 적당한 위치에 대한 밸브요소부의 파괴와 같은 제어밸브의 파괴가 발생되면, 정상의 날개피치조절 및 날개수평조절 모두가 위태로워진다.
미합중국 특허 제3,163,233호의 시스템에서는, 날개의 수평조절(feathering)이 요구되면, 수평조절용 펌프출력이 주펌프의 출력과 직접 연결되는 라인을 통하여 통과된다. 따라서, 주 펌프가 파괴되면, 수평조절용펌프로부터의 유압유체가 주펌프를 통하여 시스템으로부터 누수될 수 있다.
미합중국 특허 제2,507,671호, 제2,505,206호 및 제2,556,700호의 시스템이 유압유체를 제 1 및 수평조절 유체공급원으로부터 날개 액튜에이터로 선택적으로 통과시키는 제어 또는 분배밸브를 시도한다. 따라서, 상기에서 언급한 바와 같이, 제어 또는 분배밸브가 파괴되면 제 1 및 제 2의 유체공급원으로부터 액튜에이터로 유체를 보내는 것은 저지되고 따라서 날개의 어떠한 피치조절이나 수평조절도 방지시킨다.
따라서, 본 발명의 주목적은 종래의 결점을 극복하는 풍동터어빈 날개피치 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정상의 날개피치조절 및 수평조절작동을 위해 불연속의 유체를 사용하여서 공급원중 어느 하나가 파괴되더라도 다른 공급원과 연결된 작동은 방해되지 않는 풍동터어빈날개 피치제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 수평조절을 위한 유체가 정상의 피치조절을 위해 유체를 상기 액튜에이터로 흐르는 흐름을 제어하는 어떠한 밸브와 무관하게 날개피치조절액튜에이터에 공급되어서 시스템의 수평조절 능력이 이러한 제어밸브의 파괴에도 불구하고 유지되는 풍동터어빈 날개피치 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 날개의 수평조절을 위한 유압공급원이 정상의 날개피치조절을 위한 제1의 유압공급원으로부터 격리되어서 유체라인의 제1의 유압공급원으로부터의 유체의 누수가 날개의 수평조절을 위한 제2의 유압공급원으로부터의 유압유체의 공급을 위태롭게 하지 않는 풍동터어빈 날개피치 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 풍동터어빈 날개피치 제어시스템이 날개를 그 종축 주위의 선회이동으로 구동시키기에 적합한 적어도 하나의 유압액튜에이터, 날개를 정상의 피치변경조절을 위해 선회구동시키기 위하여 액튜에이터에 들어가는 제1의 유압공급원 및 날개를 수평조절(가속되고 최대의 날개피치)을 위해 구동시키기 위하여 액튜에이터에 들어가는 제2의 유압공급원을 지닌다. 유체를 액튜에이터로 공급하는 것을 제어하고 액튜에이터로 부터의 배출을 위한 장치가 제공되며 이러한 장치는 정상의 날개피치 조절을 위해 이러한 공급 및 배출을 제어하는 제1제어 밸브와 날개의 수평조절을 위해 이러한 공급과 배출을 제어하는 제2제어밸브를 지니어 수평조절중에 제2유압공급원으로부터 액튜에이터에 공급되는 유체와 액튜에이터로부터 배출되는 유체가 제1의 유압공급원과 제1제어장치 모두와 격리되어 있어서 수평조절 중에 제1제어장치 또는 제1유압공급원으로의 오작동에 의한 이러한 공급과 배출의 장해가 제거된다. 본 양호한 실시예에서, 제1의 유압공급원은 유체를 서보 작동 제1의 제어밸브로 배출하는 펌프를 지닌다. 제2의 유압공급원이 간헐적으로 작동되는 충전용펌프에 의해서 유체로 가압되는 적어도 하나의 어큐뮬레이터를 지니며 제2의 제어밸브가 액튜에이터로의 인입구와 연결된 제1의 서보밸브와 액튜에이터로부터의 배출구와 연결된 제2의 서보밸브를 지닌다. 제1의 서보밸브가 수평조절을 위해 제1의 제어밸브와 유압유체사이의 연결을 차단하고 제2의 서보밸브가 액튜에이터 배출유체와 제1의 제어밸브 사이의 연결을 차단한다. 제1 및 제2의 서보밸브가 제1의 유압공급원의 액튜에이터인입구 및 배출구를 차단하기 때문에 상기 공급원의 오작동으로 인하여 수평조절중에 액튜에이터의 작동이 방해되지 못한다.
제1도를 참조하면, 가변피치 풍동터어빈 날개가 도번(10)과 (15)로 개략적으로 도시되고 날개가 동기발전기와 같은 어떠 부하에 기계적으로 연결된 회전가능한 허브(도시안됨) 위에 동축상으로 위치되는 것을 알수 있다. 날개(10) 및 (15)는 액튜에이터(20) 내지 (35)에 의해서 그 종축주위에 회전가능한 다양한 가변피치를 지닌다. 액튜에이트는 그곳으로 부터 돌출한 피스톤 로드(50)을 지니는 왕복동피스톤(45)를 수용하는 이중작동 유압 시린더(40)을 지니고 로드는 타이바아(55)에 의해서 동시의 균일한 이동을 위해 연결된다. 타아바아는 링크(40)을 지니고 로드는 타이바아(55)에 의해서 동시의 균일한 이동을 위해 연결된다. 타이바아는 링크(65)와 자형 고리(70)를 통하여 날개에 연결된 슬라이드 블록(60)에 연결되고 베어링(73)위의 슬라이드 블록에 대해 회전한다. 따라서, 액튜에이터 피스톤 및 타이바아(55)의 왕복이동이 풍동터어빈 허브와 함께 회전하면서 슬라이드 블록(60)의 왕복이동을 야기시키며 이러한 왕복이동이 슬라이드블록과의 링크연결에 의해서 날개(10) 및 (15)의 회전으로 전환된다. 날개(10) 및 (15)가 날개를 선회시키는 다수의 액튜에이터와 같이 기계적으로 연결되어 도시되었으나, 본발명의 제어시스템은 날개가 하나 또는 그 이상의 액튜에이터에 의해서 각기 구동되는 풍동터어빈에도 똑같이 적합하다.
날개(10) 및 (15)위의 화살표에 의해서 표시된것 같이 날개(10)이 피치증가 방향으로 즉 시계방향으로 제1도에 도시되는 것 같이 회전하고 날개(15)는 피치가 증가할 때 반시계 방향으로 회전한다. 따라서, 날개의 피치가 증가되고 날개가 수평조절되려면 액튜에이터(40)의 피스톤(45)가 왼쪽으로 이동하고, 라인(75)-(90)을 통하여 오른쪽으로 부터 가압된다. 피스톤의 이러한 이동은 물론 피스톤과 액튜에이터의 왼쪽 단부사이의 유체를 라인(95)-(110)을 통하여 배출시킨다. 날개 피치를 감소시킬 필요가 있을 때는, 작동자는 라인(95)-(110)을 통하여 가압되거나 라인(75)-(90)을 통하여 배출되어 피스톤을 오른쪽으로 밀어붙친다.
라인(90)을 통한 라인(75)가 라인(120) 및 제1의 제어밸브(125)에 연결되는 제1의 주 라인(115)에 연결된다. 유사하게, 배출라인(95)-(110)이 제1의 제어밸브(125)에 연결되는 제2의 주 라인(130)에 모두 연결된다.
제1의 제어밸브(125)가 주 공급라인(135)로 부터의 유체의 공급을 제어하고, 이러한 공급유체는 체크밸브(140)을 통하여 밸브(125)속으로 공급되어 배출구(145)로 배출된다. 제1의 제어밸브(125)는 3개의 밸브 중 하나의 밸브요소부를 조절하는 전기적, 유압적 또는 상응한 제어기(도시안됨)에 의해서 작동된다. 도시된 것과 같이 밸브요소부가 제1 및 제2의 주 유체라인(120) 및 (130)과 주 공급라인(135) 및 배출구(145) 사이의 연결이 차단되는 정지위치로 조절된다. 제2의(최상부에 도시된) 위ㅊ에서, 제1의 주 라인(120) 및 라인(75)-(90)이 액튜에이터(20)-(35)를 피치증가방향 즉 수평조절방향으로 가압시키기 위해 주 공급라인(135)에 연결되고 제2의 주 라인(130) 및 라인(95)-(110)이 액튜에이터의 왼쪽단부를 배수하기 위해 배출구에 연결된다. 제3의(최하부에 도시된) 위치에서는, 제2의 주유체라인(130)이 주공급라인(135)에 연결되고 라인(120)을 통한 제1의 주유체라인(115)가 날개피치 감소를 위해, 작동자(20)-(35)를 가압시키고 배출시키기 위하여 배출구에 연결된다.
정상의 날개피치 조절을 위한 유체가 전기모터(155)에 의해서 구동되고 오일탱크(160)로부터 유체를 흡입하는 펌프(150)을 지니는 제1의 유압 공급원에 의해서 공급된다. 양호한 실시예에서는, 경제적인 목적을 위해 펌프(150)이 일정한 변위의 다용성을 지니고 펌프의 출력이 정상의 피치조절을 위한 액튜에이터 작동에 요구되는 유량에 관계된다. 일정한 시스템 요소부의 고압에 의한 영향을 방지하기 위해 고압시 릴리이프 밸브(160)를 통하여 배출될 수 있다.
날개의 수평조절을 위해, 유체의 높은 유량은 액튜에이터(20 내지 35)에 의해서 요구될 때, 본 발명의 제어시스템에 있어서는 양호한 실시예에서 어큐뮬레이터(165 내지 180)을 지니는 제2의 유압공급원이 제공된다. 어큐뮬레이터는 날개의 수평조절이 요구되지 아니할 때에는 충전펌프(185)에 의해서 충전된다. 충전펌프는 전기모터(190)에 의해서 구동되고 오일탱크(195)로부터 유체를 흡입한다. 이 펌프는 수평조절 어큐뮬레이터의 고압충전을 위해서 높은 배출압력으로 되고 라인(200)을 통해서 어큐뮬레이터를 충전시키는 펌프는 그속에 릴리이프밸브(205) 및 무부하밸브(210)를 위치시킨다. 도시되듯이, 무부하밸브(210)는 수평조절 어큐뮬레이터가 완전히 충전될 때 배출되도록 배출구에 펌프(180)를 연결시킨다. 그러나, 어큐뮬레이터의 변경이 요구되면 밸브(210)는 펌프 배출구가 수평조절 어큐뮬레이터에 연결되는 충전(오른쪽에 도시된) 위치로 오도록 압력스위치(215)에 의해서 조절된다. 어큐뮬레이터(165) 및 (170)는 라인(200)을 통하여 충전 펌프로 직접 연결되고 어큐뮬레이터(175) 및 (180)는 라인(200) 및 (220)을 통하여 펌프출력부에 연결된다.
수평조절 어큐뮬레이터(165) 및 (170)는 라인(230)의 압력감소밸브(225)를 통하여 배출된다. 밸브(225)가 어큐뮬레이터(165) 및 (170)에 의해서 공급된 유압유체의 압력을 시스템의 나머지 부분의 밸브와 어큐뮬레이터와 일치하는 값으로 감소시킨다. 또한, 날개 수평조절 조건을 제외한 모든 조건하에서 어큐뮬레이터(165) (170)로부터 유체의 배출을 방지하는 서보제어 수평조절밸브(235)가 라인(230) 속에 위치된다. 이러한 수평조절 조건하에서는, 유압 파일럿유체가 개방조건으로 밸브를 유지시키기 위하여 라인(240)을 통하여 밸브(235)에 공급된다. 유사한 방법으로, 어큐뮬레이터(175) 및 (180)이 라인(245)를 통하여 배출시키고 압력감소밸브(250) 및 서보제어 수평조절밸브(255)가 수평조절 조건중에 라인(260)을 통하여 공급되는 파일럿 유체의 공급에 의해서 열린채로 유지된다.
어큐뮬레이터(165) 내지 (180)으로 부터의 유체를 제1의 제어밸브(125)및 펌프(150)로부터 격리시키기 위하여, 본 발명의 시스템은 제1의 주 라인(115)의 마주보는 분기관에 위치된 피치 고정밸브(265)는 정상의 날개피치 조절작동 중에 라인(275)를 통해 그곳에 공급되는 파일럿 유체에 의해서 열린체로 유지되고 피치고정밸브(270)은 이러한 정상조건 중에 라인(280)을 통하여 그곳에 공급되는 파일럿 유체의 에해서 열린채로 유지된다. 열렸을때 피치고정밸브(265) 및 (270)이 각각 라인(75) 내지 (90)을 통한 액류에이터의 공급 및 배출을 위해 그곳을 지나 2방향으로 흐르게 한다. 그러나, 날개수평조절 중에는 파일럿 유체압력이 그 피치고정밸브로 부터 제거됨으로써 액류에이터로 부터의 흐름이 저지되며 따라서 제1의 제어밸브(125)와 펌프(150)로부터 어큐뮬레이터의 유체를 격리시킨다.
서보제어 블록 체크밸브(285)가 제2의 주 라인(130)에 위치되며 정상의 날개피치 조절의 조건하에서 밸브를 열린채로 유지시키도록 라인(290)을 통하여 파일럿 유체가 공급되어서 밸브가 라인(95) 내지 (110)을 통한 액튜에이터에의 공급 및 배출을 위해 그곳을 통과하는 2방향의 흐름을 허락한다. 수평조절 조건하에서는 파일럿 유체압력이 블록체크밸브(285)로부터 제거되어 제1의 제어밸브(125)의 오작동으로 인한 바람직하지 않은 제2의 주 라인의 가압에 의한 방해없이 액류에이터로부터 배출되게 한다.
라인(95) 내지 (110)과 연결되는 라인(300)에 위치된 수평조절 배출밸브(295)가 이러한 라인 및 배출구 사이의 유체연결을 제공한다. 배출밸브(295)가 정상조건 중에 펌프(150) 및 제1의 제어밸브(125)로부터의 유체가 라인(300)을 통한 유체의 조기배출의 위험없이 날개의 피치를 증가시키기 위해 라인(95) 내지 (110)을 통해 액류에이터에 공급되게 폐쇄된다. 그러나, 수평조절 중에 배출밸브(295)가 라인(305)을 통해 그롯에 공급되는 파일럿 유체에 의해서 열린조건으로 유지되어 예를들어 제1의 제어밸브(125)의 오작동에 의해 제2의 주라인(130)으로 주입되는 유체에 의한 액류에이터 배출방해가 저지된다.
밸브(235),(265) 및 (295)는 라인(200) 및 (315)을 통하여 어큐뮬레이터(165) 내지 (175)에 연결된 수평조절 방향제어밸브(310)에의해서 제어된다. 유사하게, 밸브(225),(270) 및 (285)가 라인(220)을 통하여 어큐뮬레이터(175) 및 (180)에 연결된 다른 수평조절방향 제어밸브(320)에 의해서 제어된다. 도시된것 같이, 블록체크밸브(285) 및 피치고정밸브(265) 및 (270)이 상기에 설명된 방법으로 제1의 제어밸브(125)를 선택적으로 위치시켜서 액튜에이터의 정상적인 공급 및 배출을 위해 수평조절밸브(235)(255)를 통하여 이러한 밸브로 가해지는 연결된 어큐뮬레이터의 파일럿 압력에 의해서 열린채로 유지되어 정상의 날개피치 조절을 하도록 수평조절 방향제어밸브(310)(32)이 조정된다. 정상 조건하에서, 수평조절제어밸브(310) 및 (320)이 수평조절밸브(235) 및 (255) 및 수평조절 배출밸브(295)의 파일럿 유체공급라인을 배출구에 연결시켜서 이러한 밸브를 통하여 하나의 방향으로 흐르게 한다. 따라서, 수평조절밸브(235) 및 (255)가 수평조절 어큐뮬레이터로 부터 이곳을 흐르는 유압유체의 흐름을 차단시키도록 유지되고 수평조절 배출밸브(295)는 액류에이터로부터 이곳을 흐르는 흐름을 차단시키도록 유지된다.
날개의 수평조절이 요구될 때, 수평조절방향 제어밸브(310) 및 (320)가 작동되어(그 밸브요소부가 오른쪽으로 이동된다) 수평조절밸브(235) 및 (255) 및 수평조절 배출밸브(295)가 파일럿 유체로 가압되어서 어큐뮬레이터로 부터 액튜에이터로 유체를 배출시키는 라인(230) 및 (245)를 개방하고 액튜에이터로 부터의 직접적인 배출을 위해 라인(300)을 개방시킨다. 이와같이 제2의 제어밸브(235,255,265,270,285,295,310,320)를 구성하는 밸브 중 방향제어 밸브(310,320)의 작동이 피치고정밸브(265,270) 및 블록체크 밸브(285)로 부터 파일럿 압력을 제거하여 액튜에이터의 공급 및 배출을 제1의 제어밸브(125) 및 펌프(150)으로부터 격리 시킨다. 따라서, 이러한 장치 중 하나가 날개수평조절 중에 유체의 바람직하지 않은 누수로 인하여 망가지더라도 액튜에이터(20) 내지 (35)의 공급 및 배출의 어떠한 방해도 저지된다.
본 발명의 제어시스템이 정상의 크기보다 큰 날개피치 조절을 실행하도록 액튜에미터로 공급되기 위해 그 제1의 유압공급원에 부가된 제3의 유압공급원을 지닌다. 도면을 참조하면, 이러한 제3의 유압공급원은 수평조절 어큐뮬레이터가 충전되는 하나 또는 그 이상의 피치변경 어큐뮬레이터(350)을 지닌다.
본 발명의 제어시스템은 타이바아(55) 멈춤부(370)에 연결되는 돌출부(365)로 구성된 수평조절 고정부(360)를 지닌다. 도시된 것과 같이, 돌출부(365)는 유압래치통(380)측에 위치되는 피스톤(375)으로부터 연장하여 구성된다. 어큐뮬레이터로부터 파일럿 유체를 공급하는 것은 수평조절방향 제어밸브(310) 및 라인(385)를 통하여 시린더(380)에 의해서 제공되고, 파일럿 유체가 타이바아로부터 멀리 피스톤과 돌출부를 가압시켜서 타이바아의 자유이동을 허락한다. 그러나, 수평조절 조건하에서는 수평조절방햐으 제어밸브(310)이 작동할 때, 파일럿 유체공급에 의해 돌출부가 스프링(390)에 의해서 멈춤부(370)와 결합하게 가압됨에 따라 차단되어 날개를 수평조절위치로 기계적으로 구속한다.
본 발명의 본 양호한 실시예가 도시되고 설명되었으나, 당업자는 첨부된 청부범위내에서 본 발명의 정신과 영역을 벗어남이 없이 여러가지 변경을 할 수 있다.

Claims (1)

  1. 제1유압공급원인 펌프(150)와, 날개피치를 조절하기 위하여 유압유체의 유입에 따라 세로축에 대하여 날개를 선회운동시키는 적어도 하나의 유압액튜에터(20,25,30,35)와, 정상날개피치 조절용 유압액튜에이터(20,25,30,35)에 유압의 공급을 제어하는 제1제어밸브(125)를 구비한 풍동터어빈 날개피치 제어시스템에 있어서, 날개의 수평조절시 제1유압공급원인 펌프(150)와 무관하게 유압액튜에이터(20,25,30,35)에 유압을 공급하는 적어도 하나의 제2유압공급원인 어큐뮬레이터(165,170,175,180)와, 제1유압공급원인 펌프(150)나 제1제어밸브(125)의 오작동으로 인한 날개의 수평조절시 유압액튜에이터(20,25,30,35)에의 유압 공급장해나 유압 작동자로부터의 유압 배출장해를 방지할 수 있도록 날개의 수평조절중 유압작동자에서의 배출유체로부터 제1유압공급원인 펌프(150)와 제1제어밸브(125)를 분리시키고 그 제1유압 공급원인 펌프(150)와 제1제어밸브(125)로부터 제2유압공급원인 어큐뮬레이터(165,170,175,180)를 분리시키고 있는 동안 제2유압공급원인 어큐뮬레이터(165,170,175,180)로부터 유압작동자(20,25,30,35)에로의 유체의 유입을 제어하기 위하여 제1유압공급원인 펌프(150)와 제2유압공급원인 어큐뮬레이터(165,170,175,180)에 연결된 수평조절용 제2제어밸브(235,255,265,270,285,295,310,320)를 구비하게 된 것을 특징으로 하는 풍동터어빈 날개피치 제어시스템.
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