DE19547751A1 - Überdrehzahl-Schutzsystem für eine Fluggasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überdrehzahl-Schutzsystem für eine Welle, insbe­ sondere einer Fluggasturbine mit zumindest einem induktiven Drehzahlfühler und einer Elektronikeinheit zur Kontrolle der Drehzahl der Turbinen-Welle und ggf. zum Einleiten von die Drehzahl reduzierenden Maßnahmen. Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die US 3,834,830 verwiesen.

Elektronische Überdrehzahl-Schutzsysteme werden u. a. an Turbinentrieb­ werken eingesetzt und sollen unzulässig hohe Drehzahlen der Turbinenwel­ len verhindern. Mehrwellen-Turbinentriebwerke sind dabei aus Sicherheits­ gründen für jede Welle mit zwei voneinander unabhängigen sog. Überdreh­ zahl-Schutzschaltkreisen ausgerüstet. Diese Überdrehzahl-Schutzschalt­ kreise sind auch unabhängig von der übrigen elektrisch-elektronischen Triebwerksregelung. Um diese Unabhängigkeit aus Sicherheitsgründen zu gewährleisten, werden die elektronischen Überdrehzahl-Schutzschaltkreise bzw. Schutzsysteme auch separat mit elektrischer Energie versorgt, die von eigenständigen Wicklungen eines Hilfsgenerators bereitgestellt wird. Dies stellt jedoch nicht nur bezüglich des Hilfsgenerators, sondern auch bezüglich der gesamten Verkabelung einen erhöhten Aufwand dar. Insbesondere bei Fluggasturbinen verursacht dies auch eine Erhöhung des Triebwerk-Ge­ samtgewichtes.

Diesbezüglich Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die von der Elektronikeinheit des Überdrehzahl-Schutzsystemes benötigte elektrische Energie vom Dreh­ zahlfühler bereitgestellt wird. Dabei kann auch ein Abschaltventil zur Dreh­ zahl-Reduzierung vom Drehzahlfühler mit elektrischer Energie versorgt wer­ den.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte Prinzipskizze verwiesen. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein Drehzahl-Geberrad bezeich­ net, das entweder direkt an der hinsichtlich ihrer Drehzahl zu überwachen­ den Turbinen-Welle oder auch an einer von der Turbinen-Welle angetriebe­ nen Hilfswelle befestigt sein kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind am Umfang dieses Drehzahl-Geberrades hier nicht gezeigte Impulsgeber vorge­ sehen, die ein induktiver Drehzahlfühler 2 erkennen kann, der in geeigneter Weise nahe des Drehzahl-Geberrades 1 angeordnet ist. Bei Rotation des Geberrades 1 um seine Achse erzeugt der induktive Drehzahlfühler 2 ein sinusähnliches Signal, welches über ein Verbindungskabel 5 einer Elektro­ nikeinheit 3, die auch als Überdrehzahl-Schutzschaltkreis bezeichnet werden kann, zugeführt wird.

In der Elektronikeinheit 3 wird das Signal des Drehzahlfühlers 2 ausgewertet, d. h. es wird die Drehzahl des Geberrades 1 bzw. der zugehörigen Turbinen- Welle ermittelt und mit einem Drehzahl-Grenzwert verglichen. Wird erkannt, daß die Turbinenwellen-Drehzahl diesen Grenzwert erreicht hat, so werden von dieser Elektronikeinheit 3 auch Maßnahmen zur Reduzierung der Turbi­ nenwellen-Drehzahl eingeleitet. Beispielsweise kann hierzu ein Abschalt­ ventil 4 betätigt werden, welches im Kraftstoffversorgungssystem der Flug­ gasturbine bzw. des Turbinentriebwerkes angeordnet ist. Durch Betätigung dieses Abschaltventiles wird die Fluggasturbine nicht weiter mit Kraftstoff versorgt, so daß sich zwangsläufig die Drehzahl der Turbinenwelle verrin­ gert. Wie ersichtlich ist hierzu das Abschaltventil 4 über ein Verbindungska­ bel 6 mit der Elektronikeinheit 3 verbunden.

Zur Ausführung der beschriebenen Operationen bzw. zur Ausübung seiner Funktion benötigt die Elektronikeinheit 3 elektrische Energie. Diese wird er­ findungsgemäß vom induktiven Drehzahlfühler 2 bereitgestellt, so daß es nicht erforderlich ist, die Elektronikeinheit 3 von extern mit elektrischer Ener­ gie zu versorgen. Der Drehzahlfühler 2 liefert bei Rotation des Geberrades 1 nämlich nicht nur ein sinusförmiges Signal, sondern tatsächlich kann bei ent­ sprechender Dimensionierung der einzelnen Elemente der Drehzahlfühler 2 auch als Wechselstromgenerator fungieren. Dies bedeutet in anderen Wor­ ten, daß der Signalstrom des Drehzahlfühlers 2 die elektrische Energie dar­ stellt, mit der die Elektronikeinheit 3 versorgt und betrieben wird. Somit kann auch das Abschaltventil 4 direkt vom Drehzahlfühler 2 mit elektrischer Ener­ gie versorgt werden. Dies ist durchaus möglich, wenn man bedenkt, daß die größte elektrische Leistung nur dann benötigt wird, wenn das Abschaltventil 4 betätigt werden soll, also dann, wenn das Drehzahl-Geberrad 1 mit sehr hoher Drehzahl rotiert. Eine derart hohe Drehzahl des Geberrades 1 im Be­ reich seiner Grenzdrehzahl löst gleichzeitig beim Drehzahlfühler eine hohe Impulsfolge aus, was - bei entsprechender Dimensionierung desselben - eine ausreichend hohe elektrische Energiebereitstellung zur Folge hat. Ins­ besondere liegt auch eine ausreichend hohe Energiemenge vor, da übli­ cherweise aus Redundanzgründen mehrere Drehzahlfühler 2 je Welle bzw. je Geberrad 1 vorgesehen sind. Es wurde somit erkannt, daß in denjenigen Betriebszuständen beispielsweise der Fluggasturbine, in denen das elektro­ nische Überdrehzahl-Schutzsystem eine Funktion ausüben muß, im Über­ drehzahl-Schutzsystem selbst eine ausreichende Energiemenge zur Aus­ führung dieser Funktion erzeugt wird. Somit ist keine externe Energieversor­ gung des elektronischen Überdrehzahl-Schutzsystemes bzw. der Elektro­ nikeinheit 3 erforderlich. Der eingangs genannte Hilfsgenerator, der bislang mittels separater Wicklungen die Energie für ein elektronisches Überdreh­ zahl-Schutzsystem erzeugt hatte, kann somit wegen Entfall dieser separaten Wicklungen einfacher gestaltet werden, auch können bislang benötigte Ver­ bindungskabel zwischen diesem Hilfsgenerator sowie dem Überdrehzahl- Schutzsystem ersatzlos entfallen. Dies bedeutet eine Erhöhung der Zuver­ lässigkeit sowie eine Gewichts- und Kostenreduzierung. Wie ersichtlich sind nunmehr lediglich die beiden Verbindungskabel mit den Bezugsziffern 5 und 6 erforderlich, wobei über das Verbindungskabel 5 sowohl das Signal des Drehzahlfühlers 2 als auch die von ihm erzeugte elektrische Energie über­ tragen wird. Selbstverständlich muß die Elektronikeinheit 3 in geeigneter Weise gestaltet werden, d. h. in dieser Elektronikeinheit 3 müssen Maß­ nahmen vorgesehen sein, mit Hilfe derer die vom Drehzahlfühler 2 bereitge­ stellte elektrische Energie in brauchbarer Weise umgewandelt wird. Jedoch ist die hierfür benötigte, für den Fachmann einfach entwickelbare Schalt­ kreis-Gestaltung nicht Inhalt der vorliegenden Erfindung. Selbstverständlich sind auch Abwandlungen möglich, so insbesondere hinsichtlich der Maß­ nahmen zum Reduzieren der Turbinenwellen-Drehzahlen, d. h. anstelle des Abschaltventiles 4 kann auch ein geeigneter anderer Operator vorgesehen sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (2)

1. Überdrehzahl-Schutzsystem für eine Welle insbesondere einer Flug­ gasturbine, mit zumindest einem induktiven Drehzahlfühler (2) und einer Elektronikeinheit (3) zur Kontrolle der Drehzahl der Turbinen- Welle und ggf. zum Einleiten von die Drehzahl reduzierenden Maß­ nahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Elektronikeinheit (3) benö­ tigte elektrische Energie vom Drehzahlfühler (2) bereitgestellt wird.

2. Überdrehzahl-Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschaltventil (4) zur Drehzahl-Re­ duzierung vom Drehzahlfühler (2) mit elektrischer Energie versorgt wird.