NO158229B - System for regulering av bladstigningen hos et antall blader som er anbrakt paa et roterbar nav. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for regulering av stigningen hos et antall blader som er anbrakt på et roterbart nav, hvor systemet omfatter et antall hydrauliske betjeningsaktuatorer som hver er forbundet med hvert sitt blad for styring av dettes stigning, og omfatter videre en reguleringsventil i væskeforbindelse med bladbetjeningsaktuatorene og en hydraulisk væskekilde, og hvor reguleringsventilen omfatter en inngangssleide i væskeforbindelse med den hydrauliske væskekilde, og en foretrukket utførelse, et system for å styre bladene til en innfallsvinkel lik null i forhold til vindretningen (feather control).

I anordninger med blader med regulerbar stigning, såsom flypropeller og vindturbiner, er det ubetinget nødvendig at bladene er i fase eller opprettholder stort sett identiske stig-ningsvinkler. Et system for betjening av store vindturbinblader i en stigningsforandringsprosess under opprettholdelse av enhetlig bladstigningsfase er basert på anvendelse av en glideblokk som roterer med turbinens hovedaksel og er glidbar i akselens lengde-retning. Ved hjelp av et antall kraftige leddkoplinger er glideblokken forbundet med vindturbinbladene som er slik montert på et dreienav at bladene kan dreies om sine egne akser. Gjennom en lagermekanisme er glideblokken også forbundet med et antall fiks-erte betjeningsaktuatorer. Ved justering av bladstigningen blir glideblokken, ved hjelp av betjeningsaktuatorene, flyttet rettlinjet langs akselen, og flytter derved leddkoplingene som i sin tur dreier bladene, hvorved bladenes faseinnstilling bibeholdes grunnet de mekaniske tilkoplinger mellom systemets betjenings-komponenter. Det vil innsees at et slikt tidligere kjent system, foruten å være massivt og kostbart, også krever at hver skovl med tilhørende festeanordninger er i stand til å tåle den totale, utgående kraft fra betjeningsaktuatoren i tilfelle av fastkiling eller utkopling av det annet eller de øvrige av bladene. For å tåle både den utgående kraft fra betjeningsorganet og den normale, aerodynamiske belastning må bladene med tilhørende festeanordninger være temmelig massive, og dette bidrar ytterligere til den bladforsynte anordnings pris og tyngde.

Det er foreslått forskjellige mekaniske stigningsreguler-ingsmekanismer for flypropeller, og eksempler på slike mekanismer er kjent fra US-patentskrift 1.908.894 og 3.163.232. Ifølge det førstnevnte skrift blir propellbladene faseinnstilt ved å tilkop-les en tannhjulstransmisjon som drives av en enkelt elektromotor. I likhet med den tidligere omtalte glideblokkmekanisme vil en slik tannhjulstransmisjon i vesentlig grad medvirke til økning av propellnavets tyngde med derav følgende, betraktelig fordyring av systemet. Ifølge det sistnevnte patentskrift blir bladene under en stigningsreguleringsprosess beveget av en hydraulisk motor ved hjelp av en roterende kam-kjegletannhjulstransmisjon for faseinnstilling av bladene. Et slikt arrangement kan imidlertid også medføre betydelig økning av systemets tyngde og kompliserte beskaffenhet.

Videre vil disse kjente stigningsforandringsanordninger, som er basert på mekanisk faseinnstilling av bladene, vanligvis kreve samtidig nullstilling (feathering) av samtlige blader, når anordningen skal stoppes. Hvis et av bladene blir fastkilt og således ikke kan nullstilles, vil dette medføre risiko for at de øvrige blader heller ikke kan nullstilles.

Det vises også til de kjente reguleringsmekanismer som er omtalt i GB-patentskrift 1.168.314 og 1.185.041, samt i US-patentskrift 4.201.514 og DE off. skrift 2.825.061.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frem-bringe et system for regulering av bladstigning hvor manglene ved den kjente teknikk er eliminert, slik at bl.a. bladstigningsvink-lene kan faseinnstilles ved anordninger som i minimal grad bidrar til systemets tyngde og pris.

Det tas dessuten sikte på at bladstigningsreguleringssystemet ikke skal hindre den individuelle nullstilling av bladene.

Systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at flere tilbakekoblingsleider hver for seg er glidbart anbrakt på og omgir inngangsleiden, og enkeltvis står i væskeforbindelse med en av bladbetjeningsaktuatorene, idet inngangsleiden, som en reaksjon på et mottatt kommandosignal, kan bringes i væskeforbindelse med tilbakekoblingsleidene for overføring av trykkvæske til blad-bet jeningsaktuatorene for styring av disse, idet bladbetjeningsaktuatorenes bevegelse på grunn av trykkvæsketilførselen, gjennom inngangsleiden og tilbakekoblingsleidene bevirker at tilbakekoblingsleidene bringes ut av væskeforbindelse med inngangsleiden, hvorved reguleringsventilen sperrestilles og hindrer ytterligere bevegelse av bladbetjeningsanordningene og derved bibeholder en ønsket bladstigning.

Øvrige trekk ved reguleringssystemet fremgår av kravene 2-11.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgede, skjematiske tegning som viser bladstigningsreguleringssystemet ifølge oppfinnelsen.

Et bladstigningsreguleringssystem 10 ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter et antall hydrauliske betjeningsaktuatorer 15 som hver for seg er utstyrt med et innvendig utgangselement eller et stempel (ikke vist) som gjennom en stempelstang 2 5 er forbundet med underpartier eller rotpartier av ett enkelt blad 20 med regulerbar stigning.

På motsatte sider av betjeningsaktuatorene 15 tilføres og avledes hydraulisk væske på kjent måte, for selektiv forflytting av stemplene og stengene 2 5 med henblikk på innstilling av en forutvalgt stigningsvinkel for bladene 20. Fremføringen av trykkvæske til betjeningsaktuatorene 15 og uttømmingen av trykkvæske fra akturatorene blir, i likhet med bladstigningsfasingen, regu-lert under styring av en betjeningsaktuator-reguleringsventil 30 som innbefatter en inngangsleide 3 5 som langs valgte partier opptas i tilbakekoplingsleider 40. Som det fremgår, er inngangsleiden 3 5 utstyrt med trykkvæskekanaler 45 og 50, hvor kanalen 45 ved inngangsleidens ene ende står i forbindelse med en trykkvæskekilde og -pumpe gjennom en primærsystemtilførselsledning 55, mens kanalen 50 ved den motsatte ende av inngangsleiden står i forbindelse med et utløp gjennom en primærsystemtømmeledning 60. Ledningene 4 5 og 50 innbefatter radiale utløpspartier som utmunner mot inngangsleidens ytterside og hvorav tilførselsutløpene er betegnet 65 og avledningsutløpene med 70.

Et flateparti av inngangselementet er utstyrt med anslag eller felter 75 som avgrenser mellomliggende partier av redusert diameter, som opptas i tilbakekoplingsleidene 40. Som tidligere nevnt, kan inngangsleiden 3 5 beveges glidende i tilbakekoplingsleidene 40, idet anslagene 75 begrenser utstrekningen av denne bevegelse.

Tilbakekoplingsleidene 40 er glidbart anordnet over disse partier av inngangsleiden 35 som opptas i tilbakekoplingsleidene. Tilbakekoplingsleidene er utstyrt med stort sett radiale kanaler 80 og 85 som er innrettet for å bringes i flukt og væskeforbindelse med inngangsleidens 35 utløp 65 og 70. Kanalene 80 er, som vist, gjennom ledninger 90 forbundet med de venstre ender av betjeningsaktuatorene 15, mens kanalene 85 er forbundet med de høyre ender av betjeningsaktuatorene 15 gjennom kanaler 95.

Det vil innsees at selv om betjeningsaktuator-reguleringsventilen 30 er vist i sperrestilling, dvs. at det ikke er oppret-tet forbindelse mellom kanalene i inngangsleiden og tilbakekoplingsleidene, kan ledningene 80 og 90 bringes i væskeforbindelse med kanalen 50 i tilførsels- og tømmeledningen 60, ved enten å føre inngangsleiden noe nedad gjennom tilbakekoplingsleiden, eller å heve tilbakekoplingsleidene en viss strekning langs inngangsleiden. Ved en slik innbyrdes posisjonsinnstilling av inngangsleiden og tilbakekoplingsleidene bringes kanalene 85 og 95 i væskeforbindelse med kanalen 45 og tilførselsledningen 55, hvorved de høyre ender av betjeningsaktuatoren 15 påvirkes av hydraulisk trykkvæske for å øke den innstilte bladstigning, som vist ved de påførte piler. På liknende måte vil ledningene 80 og 90, ved heving av inngangsleiden 35 eller senking av tilbakekoplingsleidene 40 fra de viste stillinger, bringes i væskeforbindelse med tilførselskanalen 45, slik at kanalene 85 og 95 forbin-des med tømmekanalen 50, hvorved de venstre ender av betjeningsanordningene 15 bringes under trykk for å justere bladene i avtakende stigningsretning.

Hver tilbakekoplingsleide innbefatter en tapp eller kam-følger 100 som opptas i en kamsliss 105 i ét kamelement 110 som er svingbart opplagret ved 115. I den viste og foretrukne utfør-elsesform er kamelementet 110 anordnet som en vinkelhevarm, hvor kamslissen 105 befinner seg i den ene ende mens den motsatte ende er forbundet med det tilhørende turbinblad gjennom en leddkopling eller en koplingsstang 120.

Når inngangsleiden 35 senkes, hvorved de høyre ender av betjeningsaktuatorene 15 bringes under trykk for å øke bladstigningen, vil den øvre koplingsstang 120 trekkes mot høyre under innvirkning av den resulterende bladvridningsbevegelse, mens den nedre koplingsstang 120 skyves mot venstre, hvorved kamelementene 110 dreies og skyver tilbakekoplingsleidene nedad langs inngangsleiden, til sperrestillingen, slik at fortsatt justering av bladstigningen opphører. På liknende måte vil heving av inngangsleiden 35, for å bringe de venstre ender av betjeningsaktuatorene 15 under trykk, resultere i at bladene dreies i avtakende stigningsretning, hvorved den øvre koplingsstang 120 skyves mot venstre, mens den nedre koplingsstang 120 trekkes mot høyre. Under innvirkning av disse koplingsstangbevegelser dreies kamelementene 110, hvorved tilbakekoplingsleidene 40 løftes langs inngangsleiden 35, til nullstillingen, og avbryter bladstigningsjusteringen.

Selv om det er vist mekanisk forbindelse mellom bladene og tilbakekoplingsleidene, vil det innsees at tilbakekoplingsleidene kan styres av hydrauliske eller elektriske anordninger som påvirkes av bladstigningsforandringsbevegelse, uten at det avvikes fra oppfinnelsens prinsipp.

Det vil derfor innsees at bladene faseinnstilles hydraulisk som følge av den innbyrdes innstilling av inngangs- og tilbake-koplingsreguleringsventilsleidene istedenfor av mekaniske leddkoplinger som forbinder selve bladene. Der er følgelig åpenbart at bladstigningsreguleringssystemet ifølge oppfinnelsen kan ha vesentlig lavere vekt og betinge atskillig lavere omkostninger enn de kjente bladfaseinnstillingsmekanismer som er basert på anvendelse av glideblokker, tannhjulstransmisjoner eller koniske kamdrev.

Inngangsleiden 35 beveges ved egnete midler, som i den foretrukne utførelsesform består av en hydraulisk ventilstyreanordning 12 5 med et utgangselement eller stempel 130 som er svingbart forbundet med den ene ende av en koplingsstang eller hevarm 135 hvis annen ende er svingbart forbundet med inngangsleiden 35. Hevarmen 135 er ved 140 opplagret i en stilling som er stasjonær under normale driftsforhold. Ved frem- og tilbakegående bevegelse av styreanordningens stempel 130 svinges hevarmen 135 om leddtappen 140, hvorved styreventilinngangsleiden 35 beveges i frem- og tilbakegående retning. Ventilstyreanordningens 12 5 beve-gelser styres av en servoventil 145 som selektivt forbinder motsatte ender av styreanordningen 125 med hovedtilførsels- og ut-løpsledninger henholdsvis 55 og 60 på en eller annen kjent måte. Servoventilen 145 betjenes i sin tur av en egnet elektrisk eller væskemekanisk kontroller 150. I den foretrukne versjon er kontrolleren 150 av elektrisk type og koplet til servoventilen 145 via strømledninger 155. Kontrolleren velger den ønskede bladstigningsvinkel i avhengighet av forskjellige signaler 170 som er basert på de rådende driftsforhold for den bladforsynte anordning. Hvis denne anordning er en flypropell, kan disse driftsforhold innbefatte lufthastighet og motorhastighet. Hvis anordningen består av en vindturbin, kan på liknende måte de inngående signaler 160 innbefatte slik driftsparcimetre som rådende vindhastighet, effektuttak fra vindturbinen og liknende. Et tilbakekoplingssignal overføres til kontrolleren 150 via en egnet elektrisk tilbakekoplingsanordning, såsom en lineært variabel forskyvningsomformer ("linear variable displacement transformer" - LVDT) 165 som er forbundet med kontrolleren via strømledninger 170. På kjent måte innbefatter for-skyvningsomformeren en bevegelig kjerne som ved hjelp av en koplingsstang 175 er forbundet med et av kamelementene 110. Forflytting av omformerkjernen medfører variasjon av utsignalene fra om-formeren, som angir forskyvningen av kamelementet 110 og følgelig den reelle forandring av bladstigningen.

Bladstigningsreguleringssystemet ifølge oppfinnelsen kan

innbefatte et nullstillingssystem 180, for å styre bladene til en innfallsvinkel = 0 i forhold til vindretningen. Dette system omfatter en nullstillingsventil 185 med et stempel med en forsenk-ning 190 som via leddtappen 140 er svingbart forbundet med hevarmen 135. Stempelet 190 er forspent nedad (i retningen for øket stigning eller omstilling) ved hjelp av en fjær 195 som er anbrakt mellom spolen og ventilhusets øvre ende. Stempelet fasthol-des i stasjonær stilling under motvirkning av forspenningen i fjæren 195 ved hjelp av hydraulisk trykkvæske som ledes gjennom tilførselsledningen 55 og ledningen 200 og som fremføres til et nedre parti av stempelet rett overfor det som ligger an mot fjæ-

ren 195. Det fremgår således at dersom væsketrykket går tapt vil fjæren 195 tvinge stempelet 190 nedad og derved forflytte styreventilinngangsleiden 35 nedad i retningen for økende stigning eller bladomstilling. Nullstillingsstyresystemet kan også tilkop-les en sekundær trykkvæskekilde 205 som står i forbindelse med nullstillingsventilen 185 via en ledning 210 og med en servostyrt reguleringsventil 215 via en ledning 222. Reguleringsventilen 215 står også i væskeforbindelse med en bladbetjeningsaktuator 225 som enten kan være en separat betjeningsmekanisme, utelukkende for anvendelse ved nullstilling av bladene eller en av de betje-ningsmekanismer som tjener for normal bladstigningsjustering. Hvis det kreves bladnullstilling, vil hydraulisk væske, ved betjening av ventilen 215, fremføres fra sekundærkilden 205 til nullstillingsventilen 185 gjennom ledningene 222 og 230, hvor ledningen 230 innbefatter forsenkningen 235 i stempelet 190. Denne trykkoverføring til nullstillingsventilen vil, i samvirk-ning med den normale forspenning i fjæren 195, påføre stempelet en nedadgående bevegelse under motvirkning av det hydrauliske væsketrykk mot stempelets nedre sideflate. Under innvirkning av stempelets nedadgående bevegelse bringes betjeningsaktuatoren 225 under trykk gjennom ledningene 210, det forsenkede parti 235 av stempelet 190, ledningen 230 og reguleringsanordningen 215. Denne trykkpåvirkning av sylinderen 220 resulterer i påfølgende nullstilling av bladene.

Selv om det er vist et enkelt nullstillingssystem, er det innlysende at det kan anordnes flere omstillingssystemer (ett for hvert blad). Da bladene er hydraulisk koplet istedenfor mekanisk, vil bladene kunne nullstilles uavhengig av hverandre og følgelig uavhengig av alle eventuelt fastlåste blader, uten hensyn til bladfaseinnstillingen.

Claims (11)

1. System for regulering av stigningen hos et antall blader (20) som er anbrakt på et roterbart nav, hvor systemet omfatter et antall hydrauliske betjeningsaktuatorer (15) som hver er forbundet med hvert sitt blad (20) for styring av dettes stigning, og omfatter videre en reguleringsventil (30) i væskeforbindelse med bladbetjeningsaktuatorene (15) og en hydraulisk væskekilde, og hvor reguleringsventilen (30) omfatter en inngangssleide (35) i væskeforbindelse med den hydrauliske væskekilde, karakterisert ved flere tilbake-koblingssleider (40) hver for seg er glidbart anbrakt på og omgir inngangssleiden (35), og enkeltvis står i væskeforbindelse med en av bladbetjeningsaktuatorene (15), idet inngangssleiden (35), som en reaksjon på et mottatt kommandosignal, kan bringes i væskeforbindelse med tilbakekoblingssleidene (40) for overføring av trykkvæske til bladbetjeningsaktuatorene (15) for styring av disse, og idet bladbetjeningsaktuatorenes bevegelse på grunn av trykkvæsketilførselen gjennom inngangssleiden (35) og tilbakekoblingssleidene (40) bevirker at tilbakekoblingssleidene (40) bringes ut av væskeforbindelse med inngangssleiden (35), hvorved reguleringsventilen sperrestilles og hindrer ytterligere bevegelse av bladbetjeningsanordningene og derved bibeholder en ønsket bladstigning.

2. Reguleringssystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at inngangssleiden (35) er utformet med to innvendige kanaler (45, 50) som er tilkoblet den primære hydrauliske væskekilde og primærutløpet (55, 60) og som innbefatter utløpspartier (65, 70) som utmunner mot yttersiden av inngangssleiden, og at hver av tilbakekoblingssleidene (40) innbefatter to innvendige kanaler (80, 85) som hver for seg står i væskeforbindelse med bladbetjeningsanordningene (15) og som selektivt kan bringes i flukt med inngangselementkanalene (45, 50) .

3. Reguleringssystem i samsvar med krav 2, karakterisert ved at inngangssleiden (35) innbefatter anslag (75), hvor innbyrdes nærmestliggende anslag avgrenser et parti av inngangssleiden anordnet i en av tilbakekoblingssleidene (40), og at ytterflaten av hvert av de opptatte partier er utstyrt med to avtapningsutløp (70) og et kildeutløp (65) som er slik plassert innbyrdes at den ene av de to tilbakekoblingselementkanaler (80, 85) vil bringes i flukt med et av avtapningsutløpene (70) når den andre tilbakekoblingselementkanal bringes i flukt med kildeutløpet (65).

4. Reguleringssystem i samsvar med krav 3, karakterisert ved at reguleringsventilsinngangssleiden og -tilbakekoblingssleidene (35, 40) kan innstilles rettlinjet langs hverandre, at hver av tilbakekoblingssleidene (40) er forbundet med en kamfølger (100), og at hver tilbakekoblingssleide er forbundet med et kamelement (110) som er koblet til et tilhørende blad (20) og som befinner seg i inngrep med en av kamfølgerene (100), slik at justering av bladstigningen medfører dreiebevegelse av kamelementet (110) og rettlinjet bevegelse av tilbakekoblingssleiden (40) langs inngangssleiden (35).

5. Reguleringssystem i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at inngangssleiden (35) innstilles av en ventilstyreanordning (125) som er tilkoblet inngangssleiden via et forbindelseselement (135), og at det er anordnet et nullstillingsstyresystem (180) med en nullstillingsventil (185) som er tilkoblet forbindelseselementet, for innstilling av inngangssleiden for styring av bladbetjeningsaktuatoren (15) ved blad-nullstillingen.

6. Reguleringssystem i samsvar med krav 5, karakterisert ved at forbindelseselementet innbefatter en arm (135), og at ventilstyreanordningen (125) og nullstillingsventilen (185) innbefatter rettlinjet drevne utgangselementer (130) som er svingbart forbundet med armen (135), slik at reguleringsventilsinngangssleiden (35) tilbakestilles rettlinjet ved aktivisering av utgangselementene.

7. Reguleringssystem i samsvar med krav 6, karakterisert ved at nullstillingsventilen (185) innbefatter et utgangsstempel (190) som er forspent i sin bevegelsesretning og som under normale forhold, når det ikke kreves at bladene (20) nullstilles, bibeholdes i uaktivisert tilstand under innvirkning av hydraulisk væsketrykk fra primærkilden.

8. Reguleringssystem i samsvar med krav 7, karakterisert ved at nullstillingsstyresystemet (180) videre omfatter en sekundærkilde (205) for hydraulisk trykkvæske og en nullstillingsreguleringsventil (215) som står i væskeforbindelse med sekundærkilden (205), nullstillingsventilen (185) og i det minste én nullstillings-betjeningsaktuator (225) som er innrettet til å bevege bladene (20) ved en nullstilling, idet nullstillingsreguleringsventilen, under forhold som krever nullstilling av bladene (20), leder hydraulisk væske fra sekundærkilden (205) til nullstillingsventilen (185), under motvirkning av væsketrykket fra primærkilden (55), for betjening av nullstillingsventilen og overføring av hydraulisk væske fra sekundærkilden (205) til nullstillings-betjeningsaktuatoren (225) .

9. Reguleringssystem i samsvar med krav 8, karakterisert ved at nullstillingsbetjeningsaktuatoren (225) innbefatter en betjeningsaktuator som er atskilt fra de betjeningsaktuatorer (15) som beveger bladene (20) under stigningsforandringen, og som kan nullstille bladene uten hensyn til bladenes innbyrdes fasestilling.

10. Reguleringssystem i samsvar med krav 6, karakterisert ved at reguleringsventilstyreanordningen (12 5) omfatter et hydraulisk styreorgan hvis utgangselement (130) innbefatter et frem- og tilbakebevegelig stempel (130) som kan innstilles selektivt i ventilstyreanordningen (125) ved overføring av trykkvæske til denne fra primærvæskekilden.

11. Reguleringssystem i samsvar med krav 10, karakterisert ved at trykkvæske overføres og avledes fra ventilstyreanordningen (125) ved selektiv tilkobling av styreanordningen (125) til primærvæskekilden og utløpet ved hjelp av en servostyrt ventil (145).