DE2301254A1 - Umsteuerbare turbine - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
DipUng. WERNER COHAUSZ · DipUng. WILHELM FLORACK · Dipl-Ing. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Sdiumannstraße 97

Lucas Aerospace Limited

Well Street

GB-Birraingham 10. Januar 1973

umsteuerbare Turbine

Die Erfindung betrifft eine umsteuerbare Turbine, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Turbine in zweckmäßiger Form vorzusehen.

Erfindungsgeniäß ist eine Turbine gekennzeichnet durch ein Gehäuse,
einen Mediumeingang in das Gehäuse, eine im Gehäuse drehbare Velle, eine erste und eine zweite Turbinenläuferschaufelanordnung, die treibend mit der ¥elle verbunden sind, wobei ein Mediumstrom zur ersten bzw. zweiten Gehaufelanordnung zu einer Drehung der ¥elle in entgegengesetzte Eichtungen führt, und ein Ventil zur Bestimmung des Mediuraetrons vom Eingang zu den Läufern, das so angeordnet ist, daß
eine Erhöhung im Mediumstrom zu einer bestimmten der Schaufelanordnungen einhergeht mit einer vorherigen Verringerung im Strom zur
anderen Schaufelanordnung.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

]?ig. 1 ein Schnitt durch eine Gasturbine,

Mg. 2 bis 3 Schnitte an den entsprechenden Linien in Pig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 4 in Fig. 1,

Fig. 5 ein Schnitt durch ein anderen Ausführungsbeispiel der Turbine

und
Fig« 6 ein Schaubild eine«? Einzelheit aus Fig. 5·

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Wa/Ti - 2 -

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Zunächst auf die in Pig. 1 bis 4 gezeigte [Turbine bezugnehmend, hat ein Gehäuse 10 einen Eingang 11, der im Betrieb mit unter Druck stehendem Gas versorgt wird. Im Gehäuse 10 ist eine ¥elle 12 gelagert, an der ein Läufer 13 durch Kerbzähne 14 und eine Schraube 15 befestigt ist. Der Läufer 13 hat eine Anordnung von Axialstrom-ITurbinenschaufeln 16 und außerdem eine Anordnung von Radialstromschaufeln 17. Den Schaufeln 16 bzw. I7 sind Ständerlamellen 18 bzw. 19 zugeordnet. Die Anordnung ist eine solche, daß ein Gasstrom durch die Lamellen 18 und die Schaufeln 16 den Rotor 13 in Richtung entgegengesetzt zum Strom durch die Lamellen 19 und die Schaufeln I7 dreht.

Sin äußerer ringförmiger Kanal 20 steht mit den Lamellen 18 in Verbindung, und ein innerer ringförmiger Kanal 21 steht mit den HLamellen 19 in Verbindung. Die Kanäle 20 bzw. 21 enden in geweiligen Öffnungen 22, 2J in einer zylindrischen Partie 24 des Gehäuses 10. Eine Hülse 25 umgibt die Partie 24 und hat geschlitzte Öffnungen 26. Die Hülse 25 ist in der Partie 24 drehbar und wirkt mit Öffnungen 22, 23 zusammen, um ein Ventil zwischen den betreffenden Kanälen 20, 21 und dem Einlaß 11 zu schaffen. Die Öffnungen 22 sind im Winkel im Abstand zu den Öffnungen 23 angeordnet, so daß die Hülse 25 die Öffnungen 22 verschließt, ehe die Öffnungen 23 geöffnet werden, und umgekehrt.

Die Hülse 25 ist über Zahnräder 27 durch einen Elektromotor 28 drehbar. Der Motor 28 wird von einer Schaltung 29 geregelt, die auf ein Eingangs steuersignal und auf ein Signal von einem Positionswändler 30 anspricht, der über eine Koppel 3I mit der Hülse 25 verbunden ist. Bin Anschlag 32 ist in einem Schlitz 33 in einem der Zahnräder 27 verschiebbar und begrenzt die Drehung der Hülse 25.

Zwischen dem Einlaß 11 und der Ventilhülse 25 befindet sich eine Ventilklappenanordnung 34, bestehend aus einer Scheibe 35» die von einem Kolben 36 bewegbar ist, um den Eingang 11 zu öffnen. Der Kolben 36 ist in eine Richtung zum Schließen des Ventils 34 durch eine Feder 37 gespannt. Der Kolben 36 ist gegen die Feder 37 durch Gasdruck beweg-

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bar, der von einem Yentil J8 geregelt wird,, welches von einem Hubmagneten 40 betätigt wird. Das Ventil 38 ist ein Zweiwegeventil, das zwischen einer Position, in der der Kolben 36 über einen Kanal 39 mit dem Druck im Eingang 11 beaufschlagt wird, und einer Position bewegbar ist, in der der Kanal 39 abgesperrt wird und der Kolben 36 atmosphärischem Druck ausgesetzt wird. Die Erregung des Hubmagneten 40 öffnet damit das Klappenventil 34» vorausgesetzt, daß ausreichend Druck im Eingang 11 vorhanden ist.

Ferner ist eine Ausgangswelle 41 im Gehäuse 10 gelagert, die axial in einer Flucht mit der Velle 12 liegt. Auf die l/eile 4I ist ein Innenzahnkranz 42 durch Kerbzähne aufgesetzt, diereinen Teil eines Untersetzungsgetriebes 43 bildet, welches von der 1/elle 12 angetrieben wird. Die "Wolle 4I trägt ferner zwei Bremsscheiben 44» 45» deren Außenflächen jeweils in Angriff mit Reibscheiben 46» 47 gelangen, die am Gehäuse 10 befestigt sind. Die Scheiben 44» 45 sind zur axialen Bewegung relativ zueinander und zur Velle 4I gelagert. Die Innenflächen der Scheiben 44, 45 sind jeweils in Angriff mit den Keibungsßcheiben 48» 49 bring-bar, die beide drehbar und axial bewegbar den Scheiben 46» 47 gegenüber angeordnet sind.

nebeneinanderliegende Flächen der Scheiben 48, 49 haben fluchtenden zulaufende Ausnehmungen 50, die Kugeln 5I aufnehmen, so daß eine relative Drehung der Scheiben 48, 49 diese auseinanderdrückt, wodurch die Scheiben an den Bremsscheiben 44» 45 auf der einen wie auf der anderen Seite reibend angreifen.

Die Scheiben 48» 49 sind durch eine Kopplung 52 relativ drehbar, die von einem Kolben 53 betätigbar ist. Der Kolben 55 spricht auf einen Gasdruck in einem Kanal 54 an, der mit einem Einlkaß 11 an der liiederdruckseite des Ventils 34 in Verbindung steht. Der Druck im Kanal

54 wird auf den Kolben 53 unter der Steuerung eines Zweiwegeventils

55 zur Einwirkung gebracht, das dem Ventil 38 ähnlich ist und von einem Hubmagneten 56 betätigt wird. BBei einer Erregung des Hubmagne-

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ten 56 bewegt sich der Kolben 53 gegen eine I'eder 57 in die in 3 gezeigte Position* in der die Ausnehmungen 50 in eine Flucht gebracht und damit die Bremsengelöst werden. Wenn der Hubmagnet 56 entregt wird oder wenn kein Druck in dem Kanal 54 vorhanden ist* wird die Bremse angezogen* um die Welle 4I festzuhalten.

Wenn im Betrieb ein Druck auf den Eingang 11 ausgeübt wird und die Hubmagneten 40* 456 erregt sind, wird die Welle 4I in einer Richtung gedreht* die von der Position der Hülse 25 abhängt* Die Welle 4I ist damit ohne weiteres umsteuerbar» wobei der Gasstrom zu einer bestimmten der TurbinenschaufelBnordnüngen 16, I7 progressiv Verringert wird und schließlich .ganz unterbrochen wird, ehe die Hülse 25 einen progressiv größer werdenden Strom zur anderen der Sehaufelanordnungen gestattet .

Ein Ausfall der Gaszufuhr bewirkt ein Sehließen des Ventils 34 und ein Anziehen der Bremse. Ein Entregen des Hubmagneten 40* aus welchem Grunde auch immer, hat den gleichen Effekt* da der Druck im Kanal 54 fällt.

Die andere Ausführung der in Fig. $ tmd. 6 gezeigten Turbine ist allgemein mit der vorstehenden zu vergleichen, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind* jedoch weist der Läufer 13 ziwei Anordnungen Axialstromschaufeln 6O,6i auf, wobei die Anordnung 61 die Anordnung 60 umschließt, wie das im Schaubild in Fig. -6 gezeigt ist. Den betreffenden Schäüfelanordnungen 60* 61 sind Ständerlamellen 62, 63 zugeordEt. Ein Gasstrom durch die Lamellen 62 und die Schaufeln 60 dreht den Läufer I3 in Sichtung entgegengesetzt zu einer Richtung* in der sich der Läufer dreht* wenn der Gasstrom durch die Lamellen 63 und die Schaufeln 61 geht. Die Funktion der Hülse 25 ermöglicht damit eine Änderung der Drehriehtüng und des Leistungsausgängs der Welle 12, wie im ersten Ausführungsbeispiel.

Pätentanepruttche

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Claims (19)

1. Patentansprüche

   l1 ./Durbine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, einen Mediumeingang in das Gehäuse, eine im Geh&use drehbare vJelle, eine erste und eine zweite Turbinenläufers chaufelanordnung, die treibend mit der Uelle verbunden sind, wobei ein Hediumstrom zur ersten bzw. zweiten Schaufelanordnung zu einer Drehung der Uelle in entgegengesetzte Richtungen führt, und ein Yentil
   zur Bestimmung des Mediumstroms vom Eingang zu den Läufern, das so angeordnet ist, daß eine Erhöhung im Mediumstrom zu einer bestimmten der
   ochaufclanordnungen einhergeht mit einer vorherigen Verringerung im Strom zur anderen Schaufelanordnung.
2. 2. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen'ersten ringförmigen Kanal zwischen der ersten Schaufelanordnung und dem Yentil und einen zweiten ringförmigen Kani zwischen der zweiten Schaufelanordnung und dem Yentil, vobei einer der ringförmigen Kanäle den anderen der ringförmigen Kanäle umschließt.
3. J. [Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaufelanordnung durch Axialströmturbinenschaufein gebildet ist und die zweite Schaufelanordnung durch Radialstromturbinenschaufeln gebildet ist
4. 4. Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide
   Bchaufelsnordnungen durch .'xialstromturbinenschaufein gebildet sind.
5. 5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Öffnungen in einem Teil des Gehäuses vorgesehen sind,
   durch das Medium zur ersten bzw. zweiten Schaufelanordnung fließt, wobei das Yentil ein Verschlußglied aufweist,.das so bewegbar ist, daeß wahlweise die öffnungen freigelegt werden.
6. 6. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied durch eine mit Öffnungen versehene Hülse gebildet ist, die den Gehauasbeil umschließt.

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7. 7· Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse dem Gehäuseteil gegenüber drehbar ist«
8. 8. Turbine nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch ein Zahnradvorgelege, das mit der Hülse kämmt, und durch ein Stellglied zum Antrieben des Zahnradvorgeleges.
9. 9. Turbine nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung der relativen Drehung zwischen der Hülse und dem Gehäuseteil.
10. 10. Turbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichne't, daß das Stellglied ein Elektromotor ist und daß Mittel zur Lieferung eines ersten elektrischen Signals vorgesehen sind, das von den relativen WinkelStellungen der Hülse und des Gehäuseteils abhängt.
11. 11. Turbine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuerschaltung, die auf das erste elektrische Signal und auf ein Eingangssteuersignal derart anspricht, daß ein Ausgangssignal für den Motor erzeugt wird.
12. 12. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein zweitess Ventil zwischen dem Eingang und dem erstgenannten Ventil, erste Vorspannmittel, die das zweite Ventil in Sichtung auf eine geschlossene Stellung drücken, einen gegen die Vorspannmittel bewegbaren Kolben zum Öffnen des zweiten Ventils und ein Steuerventil, das zwischen einer ersten Position, in der der Kolben mit dem Druck im Eingang beaufschlagt wird,,lind einer zweiten Position bewegbar ist, in der der Kolben mit atmosphärischem Druck beaufschlagt wird. ' '" , " "'" ""'"' ^Λ ^ '
13. 13. Turbine nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Feder, die das Steuerventil in seine zweite Position drückt.
14. 14· Turbine nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein elektromagnetisches Stellglied, das so erregbar ist, daß das Steuerventil gegen die Feder in seine erste Position bewegbar ist.

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15. 15. Turbine nach einem der Ansprüche 12 Isis I4, gekennzeichnet durch eine Ausgangswelle, eine Brems anordnung zur Arretierung der Drehung der Welle, zweite Torspannmittel, die die Bremsanordnung zum Arretieren der Velle beaufschlagen, einen weiteren Korben, der gegen die zweiten Yorspannmittel "bewegbar ist, derart, daß die Bremsanordnung die Welle freigibt, und ein weiteres Steuerventil, das zwischen einer ersten Position, in der der weitere Kolben mit einem Brück in Sichtung stromabwärts von dem zweiten Tentil beaufschlagt wird, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der der weitere Kolben mit atmopährisehem Druck beaufschlagt wird.
16. 16« Turbine nach Anspruch I5, gekennzeichnet durch eine Feder, die das weitere Steuerventil in seine zweite Position vorspannt.
17. 17· Turbine nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein weiteres elektromagnetisches Stellglied, das so erregbar ist, daß das weitere Steuerventil gegen seine Jeder in seine erste Position bewegbar ist.
18. 18. Turbine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsanordnung eine erste Scheibe, die auf der Weife sitzt^ einen ReibungBring am Gehäuse und Mittel zum Brücken der Scheibe und des Eeibüngsrings in Angriff aneinander in Erwiderung auf die Voröpannmittel für die Bremsanordnung aufweist*
19. 19. Turbine nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine zweite Scheibe auf der Welie, die im äsialen Abstand zur ersten Scheibe angeordet ist, einen weiteren Eeibungsring am Gehäuse, der auf einer Seite der zweiten Scheibe sitzt, die von der ersten Scheibe abgewandt ist, und Mittel zum Aüseinakferspännen der ersten und der zweiten Scheibe und zum Spannen derselben in reibenden Angriff mit dem Sing bzw. dem weiteren Ring.

    20* Turbine naßh Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum AuseinanderSpannen der Scheiben durch eine dritte und vierte Scheibe zwi-Böhen der ersten und der zweiten Scheibe gebildet sind, die axial in

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    einer Flucht damit liegen, wobei nebeneinanderliegende Flächen der dritten und der vierten Scheibe Rampenflächen haben und Teile zwischen den Rampenflächen im Singriff stehen, wobei die dritte und die vierte Scheibe durch die Bremsvorspannmittel relativ drehbar sind, derart, daß ein Angreifen an der ersten bzw. zweiten Scheibe erfolgt*

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