DE2542623C3 - Läufer für Strömungsmaschinen mit verstellbaren Laufschaufeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer für Strömungsmaschinen mit verstellbaren Laufschaufeln, mit einem druckmittelbeaufschlagten Verstei'ikolben, weicher Mitnehmer für die Verstellschsiufeln aufweist, wobei Verriegelungselemente vorgesehen sind, die bei Abfall des Drucks im Druckmittel unter einen festgelegten Wert die Laufschaufeln hinsichtlich ihrer Winkelstellung arretieren.

Bei einem vorbekannten Läufer dieser Art (GB-PS 4 96 038) bestellen die Verriegelungselemente aus im Verstellkolben radial bewegbar gelagerten Klauen, die in ihrer Arretierungssteilung mit in der Zylinderwand gebildeten Arretierungsnuten in Eingriff treten. Die Verriegelungselemente werden durch Federkraft und Fliehkräfte radial nach außen in ihre Arretierungsstellung vorgespannt und werden in entgegengesetzter Richtung mit dem Druckmittel beaufschlagt. Durch gezieltes Absenken des Drucks können daher die Schaufeln in beliebigen Winkelstellungen arretiert werden. Fällt der Druck aufgrund eines Fehlers im Drucksystem unter einen vorgegebenen Wert ab, so erfolgt die Arretierung der Schaufeln in derjenigen Stellung, in der sich die Schaufeln gerade befinden. Dies kann eine Stellung sein, die einen Notbetrieb nicht mehr erlaubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Läufer der angegebenen Gattung so auszubilden, daß bei einem Druckabfall im System mit Sicherheit ein Notbeirieb ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Läufer mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfiridungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierung der Laufschaufeln nur in einer festgelegten Winkelstellung durch Anordnung eines einzigen Anschlages für die Verriegelungselemente erfolgt und daß bei diesem Druckabfall im Druckmittel die Laufschaufeln in die festgelegte Winkelstellung durch Verschieben des

Verstellkolbens mittels Federkraft bringbar sind.

Hierdurch wird erreicht, daß nach Auftreten eines Druckverlustes der Verstellkolben und damit die Laufschaufeln sich unter der Federvorspannung so weit bewegen, bis sich der Verstellkolben an den in einer bestimmten ortsfesten Zwischenlage angeordneten einzigen Anschlag anlegt Je nach Anwendungsfall ist es hierdurch möglich, einen Notbetrieb sicherzustellen. Wird z. B. die Erfindung bei einem Mantelstromgebläse eines Strahltriebwerkes für den Vortrieb eines Flugzeuges benutzt, so sollte bei einem Druckausfall die Schaufelverstellung im Sinne einer die Anstellung vergrößernden Richtung erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese-

hen, daß die Verriegelungselemente bei umlaufendem Läufer bei Druckabfall fliehkraftbelastet arretieren. Auf diese Weise ist es möglich, die Verriegelungselemente allein durch Fliehkraft in ihre Arretierungsstellung zu bewegen, so daß gesonderte Federn oder dergleichen nicht mehr erforderlich sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Stillstand des Läufers und drucklosem Verstellkolben die Verriegelungselemente mittels Federkraft außer Eingriff gehal- ten sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Schaufeln nur dann in ihre Notbetriebsstellung bewegt werden, wenn der Druckausfall von einem Fehler im Drucksystem selbst herrührt; wenn dagegen der Druckausfall durch einen Fehler des Antriebs bedingt ist und daher die Drehzahl des Läufers abfällt, bleiben die Verriegelungselemente unwirksam; der Verstellkolben wird dann durch die Federvorspannung in seine eine Endstellung bewegt, in der die Laufschaufeln des Läufers — z. B. im Falle des oben erwähnten Mantelstromgebläses — ihren kleinsten Luftwiderstand haben.

Der Verstellkolben mittels Federkraft in seine eine Endstellung vorzuspannen, ist bereits grundsätzlich bekannt, vgl. z. B. US-PS 37 92 937. Ausfühmngsbeispiele der Erfindung sind anhand der

ίο Zeichnung beschrieben. In der Zeichrwng zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen mit Laufschaufeln versehenen Läufer und

Fig.2 einen Teilquerschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein beschaufelter Läufer 11 dargestellt, der als Mantelstromgebläse eines Strahltriebwerks für den Vortrieb eines Flugzeuges geeignet ist und durch eine Welle S und einen teilweise gezeigten Motor E angetrieben wird. Der Läufer 11 besitzt eine Nabe 12, in der eine Vielzahl von Laufschaufeln 13 montiert ist. Die Laufschaufeln sind so angeordnet, daß sie durch einen Verstellmotor 15 um ihre Längsachsen 14 gedreht wurden können. Der Verstellkolben 16 ist in zylindrischen Abschnitten 17 und 18, die einstückig mit der

Nabe 12 ausgebildet sind, gleitend gelagert.

Der einfach wirkend ausgebildete Verstellkolben 16 ist in der Zeichnung nach links bewegbar, so daß die Laufschaufeln 13 durch Kurbelzapfen 19 in einer den Anstellwinkel verkleinernden Richtung verstellt wer den. Eine solche Bewegung wird mittels des Flüssig keitsdruckes erzielt, der der Kammer 20 an der rechten Seite des Verstellkolbens 16 zugeführt wird. Diese Bewegung verläuft entgegen der Wirkung der Vorspanneinrichtung, die aus einer Schraubenfeder 21 und

fco Gegengewichten 22 besteht, die an den Laufschaufeln befestigt sind. Die Feder 21 und die Gegengewichte 22 erzeugen eine Vorspannung im Sinne einer Vergrößerung des Anstellwinkels, die Drehmomente um die

Schaufellängsachse ausgleicht, die aus einem zentrifugalen Verwinden der Laufschaufeln während der Rotation des Läufers resultieren. Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 20 unter einen vorgegebenen Wert fällt, kann der Verstellkolben 16 die Laufschaufeln 13 mittels der Kurbelzapfen 19 in die Segelstellung überführen.

Der zylindrische Abschnitt 18 ist mit einem Anschlag 23 in Form einer Schulter in der gezeigten vorgegebenen Stellung versehen, und der Verstellkolben 16 ist mit Verriegelungselementen 24 in Form von Druckstempeln ausgestattet, die sich in Führungen 25 befinden, die in Radialrichtung im Kolben angeordnet sind. Jede Führung ist mit einer Schulter 26 versehen, und eine Schraubenfeder 27 ist zwischen jeder Schulter 26 und einer Endseite 28 eines am entsprechenden Verriegelungselement gebildeten Absatzes angeordnet

In der Zeichnung sind die Verriegelungselemente 24 in ihrer zurückgezogenen Stellung gezeigt, in der sie durch unter Druck stehende Flüssigkeit gehalten werden, die von einer außerhalb des Läufers angeordneten Druckqucüc der Kammer 20 zugeführt wird. Diese Flüssigkeit kann durch entsprechende öffnungen 29 an die Endseiten 28 der VerriegelungselemeEte 24 gelangen.

Diese Flüssigkeit wird der Kammer 20 von einer Motorpumpe P und mittels des Ventils V, das durch einen auf Geschwindigkeit ansprechenden Zentrifugalregler G betätigt wird, und mittels der Flüssigkeitsleitung T, die mit der Motorausgangswelle 5 in Verbindung steht, zugeführt Wenn die Verriegelungselemente 24 in ihren dargestellten zurückgezogenen Stellungen gehalten werden, findet die fliehkraftgeregelte Neigungsverstellung der Laufschaufeln 13 in einem normalen Bereich statt, in dem der Schaufelanstellwinkel für Reisegeschwindigkeit etwa 40" beträgt

Wenn bei einer solchen Betätigung wahrend des Fluges der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 20 wegen irgendeiner Betriebsstörung unter den vorgegebenen Wert abfällt, fällt der Druck auf die Flächen 28 ebenfalls, und die auf die Verriegelungselemente 24 einwirkende Fliehkraft IaBt sie sich in Radialrichtung nach außen in ihre Betriebsstellungen gegen die Wirkung der Schraubenfedern 27 bewegen. Bei einem derartigen Druckverlust in der Kammer 20 wird der Verstellkolben 16 durch die Feder 21 und die Gegengewichte 22 in der Zeichnung nach rechts gedrückt, so daß die Laufschaufeln 13 in einer die Anstellung vergrößernden Richtung verstellt werden. Wenn daher nicht die durch die Druckstempel gebildeten Verriegelungselemente 24 und die Schulter 23 vorhanden wären, würden die Laufschaufeln in die Segelstellung bewegt werden. Der Vcrstellkolbtin 16 kann sich jedoch bei einer derartigen Betriebsstörung nur so weit (in der Zeichnung) nach rechts bewegen, bis die ausgefahrenen Verriegelungselemente 24 mit der Schulter 23 in Eingriff gelangen. Die Laufschaufeln 13 werden dann auf einem vorgegebenen Anstellwinkel, bei dieser Ausführungsform 45°, arretiert. In dieser Stellung hat der Läufer die richtige Anstellung für einen kontinuierlichen Vortrieb des Flugzeugs. Wenn beispielsweise das Absinken des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 20 auf ein mechanisches Versagen der Pumpe P, die die Druckflüssigkeit zuführt, zurückzuführen ist und der Antriebsmotor Eselbst noch vollständig in Betrieb ist, kann sich das Flugzeug noch in zufriedenstellender Weise mit Reisegeschwindigkeit weiterbewegen, wobei die Laufschaufeln auf diesem fuien Anstellwinkel von 45° gehalten werden.

Wenn jedoch das Absinken des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer 20 auf ein Versagen des Motors selbst zurückzuführen ist, beginnen Läufer und Maschine abzufallen, wobei die Laufschaufeln anfangs diese Stellung mit fester Neigung einnehmen. Wenn der Läufer unter eine vorgegebene Geschwindigkeit abfällt, nimmt die auf die Verriegelungselemente 24 einwirkende Fliehkraft ab, und die Verriegelungselemente werden

lu durch die Federn 27 in den Verstellkolben 16 zurückgezogen. Der Verstellkolben 16 kann dann durch die Schraubenfeder 21 und die Gegengewichte 22 (in der Zeichnung) weiter nach rechts über die durch die Schulter 23 vorgegebene Stellung hinaus bewegt werden, bis der Verstellkolben an den rechten äußeren Rand 30 des Zylinders anstößt In dieser Stellung des Kolbens befinden sich die Laufschaufeln 13 nunmehr in Segelstellung (Anstellwinkel 85°), in der sie den geringsten Luftwiderstand hervorrufen.

Nach Reparatur des Motors und erneutem Starten werden durch den Wiederaufbau des "iüssigkeitsdrukkes in der Kammer 20 über den vorgegebenen Wert die Verriegelungselemente 24 unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors im Verstellkolben 16 in der zurückgezogenen Stellung gehalten, und der Verstellkolben 16 bewegt die Laufschaufeln mittels des auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandlers in einer die Neigung verkleinernden Richtung.

Die Grenze der Kolbenbewegung in der die Neigung

jo verringernden Richtung, bei dieser Ausführungsform 10°, wird durch das Anstoßen des linken Endbereiches des Verstellkolbens 16 an die Endwand des zylindrischen Abschnittes 17 der Nabe 12 gebildet

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 gleicht der

J5 Läufer prinzipiell dem in F i g. 1 gezeigten Läufer; jedoch ist anstelle der Druckflüssigkeitszufuhr vom Motor über eine Leitung die Nabe als in sich geschlossene Einheit ausgebildet, so daß sie ein Flüssigkeitsreservoir 113, das mit der Nabe roteren kann, und eine Pumpe 114 zum Liefern von Druckflüssigkeit für den Verstellmotor 115 umfaßt Das Gehäuse 116 Jer Pumpe kann zusammen mit dem Läufer rotieren, und die Welle 117 des Läufers der Pumpe erstreckt sich durch die Ausgangswelle S'des Motors E' und ist an ihrem (in der Zeichnung) rechten Ende an der nichtrotierenden Motoreinheit befestigt. Auf diese Weise wird durch die Rotation des beschaufelten Läufers die Pumpe in Betrieb gesetzt, die über eine Leitung 118 Flüssigkeit von dem Reservoir 113 abziehen und unter Druck der Kammer 120 des Verstellkolbens 115 zuführen kann. Eine derartige Druckflüssigkeitszufuhr wird durch den auf Geschwindigkeit ansprechenden Fliehkraftwandler (7'und das diesem zugeordnete Ventil V gesteuert. Sowohl der Fliehkraftwandler als auch das Ventil sind an der Nabe montiert.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Verriegelungselemente im Verstellkolben zur Neigungsverstellung automatisch rückzieh- und ausfahrbar. Bei alternativen Ausführungsformen kann es

ho jedoch auch wünschenswert sein, die Verriegelungselemente in mindestens einer Richtung der Radialbewegung durch elektromagnetische Einrichtungen, durch Steuereinrichtungen mittels unabhängigem Strömungsmitteldruck oder durch geeignete mechanische Einrich-

b'< tungen zu steuern.

Obgleich in jeder Jer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Vorspanneinrichtung eine Feder und Geeeneewichte umfaßt, können bei Alternativ-

ausführungsformen nur eine Feder oder allein Gegengewichte vorgesehen werden. Die Feder braucht keine mechanische Feder zu sein; in bestimmten Ausführungsformen kann sie die Form einer hydraulischen Federvorrichtung annehmen.

Zwar besitzt der zum Antrieb des Läufers dienende Motor in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einen hin- und hergehenden Kolben; der Motor kann jedoch auch bei anderen Ausführungsformen durch einen Rotationskolbenmotor oder eine Gasturbine ersetzt werden.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Verstellkolben hin- und hergehend ausgebildet, er kann jedoch auch als Drehkolben ausgebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Läufer für Strömungsmaschinen mit verstellbaren Laufschaufeln, mit einem druckmittelbeaufschlagten Verstellkolben, welcher Mitnehmer für die Verstellschaufeln aufweist, wobei Verriegelungselemente vorgesehen sind, die bei Abfali des Drucks im Druckmittel unter einen festgelegten Wert die Laufschaufeln hinsichtlich ihrer Winkelstellung arretieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierung der Laufschaufeln (13) nur in einer festgelegten Winkelstellung durch Anordnung eines einzigen Anschlages (23) für die Verriegelungselemente (24) erfolgt und daß bei diesem Druckabfall im Druckmittel die Laufschaufeln (13) in die festgelegte Winkelstellung durch Verschieben des Verstellkolbens (16) mittels Federkraft bringbar sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente (24) bei umlaufendem Läaiir(ll)bei Druckabfall fliehkraftbelastet arretieren.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stillstand des Läufers (11) und drucklosem Verstellkolben (16) die Verriegelungselemente (24) mittels Federkraft außer Eingriff gehalten sind.