Regeleinrichtung an Brennkraftturbinenanlagen. Diese Erfindung bezieht sich auf eine liegeleinrielitung an Brennkraftturbinenanla- gen mit Kompressor, mindestens einer Brenn kanuner und Turbine, wie sie z. "B. als Strahl triebwerke hei Flugzeuggen verwendet. werden.
Ein bekannter Effekt, welcher bei Luft- Zentrifugalgebliisen auftritt, besteht. darin, (lass bei Reduktion des Luftmassendurehflus- ses auf einen bestimmten Wert ein starkes Ab sinken des Druckes oder starke Sehwankun- gen des F < irderdruekes auftreten, welcher Ef fekt als Pumpen bekannt. ist. Dieser Effekt liänrit zum mindesten teilweise von der Dichte der Luft ab, welche durch den Kompressor strömt.
Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung besitzt Mittel, die die Brennstoffpumpe so regeln, dass eine von der Luftansa.ugtempera- tur im Kompressor abhängige Grenzdrehzahl, oberhalb welcher im Luftkompressor ein Pumpen eintritt, nicht überschritten wird.
Die Regeleinriehtung soll also erst dann wirksam werden, wenn Gefahr besteht, dass im Kompressor das Pumpen eintritt. So wird beispielsweise ein Strahltriebwerk, wel ches eine gewisse kritische Fluggeschwindig keit noch nieht erreicht hat, auf übliche Weise, z. B. mittels einer Drossel, reguliert.. Die er- findims;emässe Regeleinrichtung soll jedoch verhindern, < lass eine Geschwindigkeit erreicht wird, wo das Pumpen eintritt.
Dies kann auf verschiedene Arten ver- wirklieht, werden. Wenn die Regelmittel einen Zentrifuga.lmechanismus oder einen andern h#-draulischen Mechanismus, dessen Wirkung vom Quadrat der Drehzahl der Brennkraft- turbine abhängt, aufweisen und von einer Feder betätigt werden, kann die -#V irkung dieser Feder durch eine von einem Bimetall streifen erzeugte Kraft.
oder durch irgend welche andern dehnbaren oder verformbaren Mittel, welche auf Temperaturänderungen in direkter Abhängigkeit von T reagieren, beein- flusst werden.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes dargestellt.
Fig.l ist eine schematische Seitenansicht im Schnitt einer Brennstoffpumpe mit va riabler Fördermenge; Fig. 2 bis 4 sind schematische Teil-Seiten- schnitte, welche drei abgeänderte Ausfüh rungsformen der Erfindung darstellen.
Die in Fig. 1 gezeigte Pumpe besteht aus einem drehbaren Körperteil a., welcher in einem Gehäuse b angeordnet ist, wobei um seine Axe herum eine Mehrzahl Bohrungen c angebracht sind, in welchen je ein hin- und hergehender Kolben d eingebaut. ist.
Der Kör perteil a wird auf irgendeine geeignete Art von der Brennkraftturbinenanlage (nicht ge zeigt) aus angetrieben, welche von der Pumpe mit flüssigem Brennstoff versorgl,@werden soll, wobei die Brennkammer durch einen Zentri- ftigal- oder einen andern Kompressor (nicht gezeigt), der von der Turbine aalgetrieben wird, mit Luft versorgt wird. Während der Rotation des Körperteils a werden die Kol ben d durch eine Schrägscheibe e in der einen Richtung bewegt und in der entgegengesetz ten Richtung durch Federn f.
Die letzteren sind in den Bohrungen c angeordnet und dienen dazu, eine Endfläche des Körperteils in Berührung mit einem Sitz g am Gehäuse b zu halten. Der Sitz g hat eine Öffnung lt, welche mit der Eintrittsöffnung i im Gehäuse b in Verbindung steht, sowie eine andere Öffnung ,j, welche mit einem Flüssigkeitsaus- lass 1e im Gehäuse in Verbindung steht.
Um die oben beschriebene Pumpe in Ab hängigkeit der Drehzahl zu regeln, ist der Körperteil a noch als Zentrifugalpumpe aus gebildet. Zu diesem Zweck ist der Körper teil a mit einer Axialbohrimg ui versehen, welche auf der einen Seite durch einen Durch- la.ss <I>n</I> im Sitz g mit dem Einlass<I>i</I> in Verbin dung steht lind auf der andern Seite mit einer Mehrzahl radialer Bohrungen o im Kör perteil in Verbindung steht.
Die Flüssigkeit fliesst vom Einlass. <I>i</I> durch die Bohrung m,, wo sie durch die Zentrifugalkraft durch die radialen Bohrungen o ins Innere des Pum- pengehäuses b um den Körperteil a herum ge schleudert wird. In einem Ende des Pumpen gehäuses b ist ein Zylinder p mit geschlos senen Enden vorgesehen. Im Zylinder p be findet sich ein durch eine Feder r belasteter Kolben q; von einer Seite des genannten Kol bens aus erstreckt sich durch eine Bohrung im Gehäuse b am innern Zylinderende eine Stange s, die mit der Schrägscheibe e, verbun den ist..
Der innere Teil des Zylinders p, das ist. derjenige Teil auf der Kolbenstangenseite des Kolbens q, steht durch eine Bohrtrog t in freier Verbindung mit dem Austritt )c, und dieser Teil des Zylinders steht auch durch einen gedrosselten Durchgang 1i mit dem an dern oder äussern Teil des Zylinders in Ver bindung, der die Feder r enthält.
Das äussere Ende des Zylinders p ist. mit. einer engen Öff nung v -versehen, welche an ihrem äussern Ende einen Sitz für ein, am einen Ende des Hebels x sitzendes Abschlussglied iu bildet, welcher Hebel an einer Stelle zwischen seinen Enden am äussern Ende des Zylinders lenkt ist, wobei er durch eine Feder Y belastet SArd, die bestrebt. ist, das Abschlussglied auf seinem Sitz zu halten.
Der Hebel x befindet sich in einer Kammer z, welche am anliegen den Ende des Gehäuses b gebildet oder be festigt ist; diese Kammer steht. in Verbindung mit dem Pumpeneinlass i. Die andere Seite der Kammer z ist durch ein St.euer-Dia- phra.gma 2 begrenzt, welches in seinem Zen trum einen Anschlag 3 aufweist, der am vom Abschlussglied r#.., entgegengesetzten Ende des Hebels x anfliegt. Auf der äussern Seite und zum Teil vom Dia.phragma ? begrenzt, befin det sich eine weitere Kammer 4.
Diese letz tere Kammer steht durch einen Durehlass ä in Verbindung mit der oben erwähnten Zentri- fugalpumpe. Das Diaphragma 2 ist ebenfalls durch eine Feder 6 belastet, welche mvischen Haltestüeken 7, 8 angeordnet ist und von die sen umhüllt wird. Die letzteren sind am Dia phragma bzw. an der Aussenseite der Kammer 4 befestigt.
Angenommen, die Schrägscheibe c befinde sich in der grössten Schräglage, das heisst in der Stellung, in welcher der Kolbenhub am grössten ist. Die Schrägscheibe e wird dann so lange in dieser Stellung bleiben, als sieh der Druck in der Kammer 4 (weleher auf das Steuer-Diaphragma 2 wirkt) unterhalb eines bestimmten Wertes befindet. 1n diesem Zu stand befindet sich das Abschlussglied 2c, in seiner geschlossenen Stellung, mid die Flüs sigkeitspressungen auf beiden Seiten des Kol bens q sind gleich.
Wenn aber der auf das Diaphragma 2 mrirli:ende Druel; einen bestimm ten @@Tett. überschreitet, dann wird das Dia- ;lied ic, von seinem phragma das Abschluss-- Sitz abheben.
Der Flüssigkeitsdruck im äu ssern Teil des Zylinders wird jetzt fallen und der Kolben q wird durch den Flüssigkeits- dr-Licli:
in dem innern Teil des Zylinders ent gegen der Wirkung der Feder r verschoben, wodurch er die Sehrä-Seheibe c so weit in Richtung zur Verringerung des Kolbenhubes verschmenkt, bis ein neuer Gleichgewiehtszu- stand erreicht wird.
Aus dem Vorausgegangenen sieht nian, dass die Stellung der Schrägscheibe e vom Flüs- sigkeitsdritek in der Kammer 4 abhängt, -Lind da dieser Druck von der Pumpendrehzahl ab hängt, so wird der letztere durch die Dreh zahl der Turbine bestimmt, welche auch die Pumpe und den oben erwähnten Luftkom- pressor antreibt.
Bei einer Ausführung der Erfindung, wie in Fig.1 gezeigt, wird die Feder 6, welche auf das Steuerdiaphragma 2 wirkt, von einem biegsamen Binietallstreifen 10 unterstützt.
Dieser letztere ist in der Kammer 72 enthal ten und durch eine Stange 11 mit dem Dia- phragnia verbunden, wobei die Kammer 12 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, so dass die erforderliche Betätigung des Dia phragmas 2 nicht, nur von der normalen jN'ir- kung der Flüssigkeit in der Kammer 4 und der Wirkung der Feder 6 abhängt, sondern auch von der Lufttemperatur.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung reagiert direkt. auf den Einfluss der atmosphärischen Temperatur, indem eine Temperaturänderung auf den Bimet.allstreifen 10 und deshalb auf das Diaphragma 2 wirkt.
Die Reguliermittel sind so ausgebildet, dass eine von der Luft temperatur abhängige Grenzdrehzahl nicht überschritten wird, denn beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl steigt der Druck in der Kammer -1 so hoch, da.ss das Absehlussglied iv die Öffnung v freigibt, so dass die Schräg scheibe e im Sinne einer Verkleinerung dei- Fördermenge der Pumpe verstellt wird, was eine Verkleinerung der Drehzahl mit sich bringt.. Diese Grenzdrehzahl ist, wie ersieht lieh, von der Lufttemperatur abhängig.
hlin weiteres Beispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist. eine Pumpe mit ver änderbarer Fördermenge, wie sie oben be- schrieben ist, verwendet. Ein Teil dieser Pumpe ist gezeigt, wobei die gleichen Be zugszeichen verwendet sind, wie in Fig. 1, je doch mit dem Index 1.
Die Öffnung v1 im äussern Ende des Zylinders p1 wird durch einen Hebel x1 gesteuert, der in Abhängig keit vom Einlass- und Austrittsdiaick des liompressors 13 bewegt wird, welch letzterer von der Turbine angetrieben wird und zur Förderung von Luft in die Brennkammer dient.
Der Hebel x1 ist an einer Stelle zwi- sehen seinen Enden am Diaphragnla 14 be festigt, das als Drehpunkt für den Hebel dient und zugleich die Trennwand für die beiden Kammern 15, 16 bildet. Die Kammer 15 ist mit einem Einlass 17 versehen, weleher den Sitz für das Abschlussglied ivl am anliegen den Ende des Hebels x' bildet, wobei er durch ein Rohr oder einen Durchgang 18 mit der Bohrung v' im äussern Ende des Zylinders p1 verbunden ist.
Die Kammer 15 kann auch zum Anschluss an den Pumpeneinlauf einge- riehtet sein. In der andern Kammer 16 be findet sich ein ztveiter Hebel 19, der an einer Stelle zwischen seinen Enden gelagert ist.
Die Kammer 16 enthält auch eine Druekfeder 20, welche auf das eine Ende des zweiten Hebels 19 wirkt, sowie eine evakuierte Dose 21, welche auf das andere Ende des Hebels der Feder ent;-e,-endrüekt. Zwischen das federbelastete Ende des zweiten Hebels 19 und das benaeh- barte Ende des ersten Hebels x1 ist.
ein An- sehlagSst.ück 22 eingefügt, unter dessen Ver mittlung der Hebel x1 unter Einwirkung der Feder 20 das Absehlussglied ivl gegen seinen Sitz drückt, wodurch der Durehfluss von Flüssigkeit durch die Öffnung v1 unterbun den ist.
An der Kammer 16 ist eine rnter- ka.miner 23 befestigt, die an einer Seite durch ein flexibles Diaphragma. 24 begrenzt wird, welch letzteres als Trennwand zwisehen der Kammer und der Unterka.ininer dient.
Diese Unterkammer 23 ist über ein Rohr oder einen Durehgang 25 zum Anschluss an den Austritt des Kompressors 13 ein-eriehtet, und ein Di stanzstück 26 ist zwischen dein Dia.phragma 24 und dem ersten Hebel x1 angeordnet, an einer Stelle, die näher am Drehpunkt dieses Hebels liegt als das oben erwähnte Ansehlag- stiieh 22.
Die Anordnung ist derart, dass der Kompressor- Austrittsdruck über das Dia- phragina und das zugehörige Distanzstiiek derart auf den ersten Hebel übertragen wird, dass das Absehluss-lied ivl entgegen der Wir- kun- der Feder 20 von seinem Sitz abgehoben wird.
Die Kammer 16 ist. durch ein Rohr oder eine Verbindung 27 mit dem Einlass des Kompressors 13 verbunden, so dass die eva- kierte Dose 21 bei fallendem Ansaugdruck die Wirkung der Feder 20 auf den ersten Hebel x1 verringert bzw. bei steigendem An saugdruck erhöht.
Das Anschlagstück 22 zwischen den Hebeln x2, 19 ist durch ein Verbindungsstiick 28 mit einem beliebigen Einstellmechanismus 29 ver bunden, mittels welchem das Anschlagstück von und zum Hebeldrehpunkt verschoben wer den kann. Sobald der Hebel x' infolge von Veränderungen des Kompressoreinlass- oder Austrittsdruckes nicht. mehr im Gleichgewicht ist, wird die Brennstoffpumpe entsprechend nachreguliert.
Anstatt, wie in Fig.2 gezeigt, auf den Hebel x' zu wirken, kann der Kompressorein- la.ss- und Auslassdruck auch auf zwei eva kuierte Dosen wirken, welche in geeignetem Abstand von dessen Drehpunkt am Hebel be- festigt sind, oder sie können auch über zwei Diaphragmas oder Kolben auf den Hebel wirken.
Auch beim Beispiel nach Fig.2 ist er sichtlich, dass eine Grenzdrehzahl nicht über schritten wird, weil der Kompressor 13 bei Erreichen dieser Drehzahl einen so hohen Druck erzeugt., dass das Abschlussglied wl den Durclrfluss durch die Öffnung v' freigibt, so dass die Fördermenge der Pumpe und damit die Drehzahl verkleinert wird.
Der vom Kom pressor 13 erzeugte Druck ist aber nicht nur von der Drehzahl abhängig, sondern auch von der Temperatur der angesaugten Luft, so class die Grenzdrehzahl von der Lufttem peratur abhängig ist.
Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt. Bei diesem Beispiel wird eine veränder bare Brennstoffpumpe gleicher Art verwen clet,wie die in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen, wobei ein Teil dieser Pumpe gezeigt ist und die gleichen Bezugszeichen ver wendet werden, wie in Fig.1, jedoch mit dem Index z.
Bei diesem Beispiel ist zur Steuerung des Flüssigkeitsdurchflusses durch die Öffnung v= im äussern Ende des Zylinders p= ein in einer zylindrischen Kammer 31 ver- schiebbarer Kolben 30 vorgesehen, welche Kammer in einem Hohlkörper 32 gebildet ist.
Der Kolben 30 wird von einer Stange 33 gehalten, welche sieh durch beide Enden der Kammer 31 erstreckt, wobei sie am. einen Ende eingerichtet ist, um einen Einlass 17= abzuschliessen, durch welchen Fliissi,-#-lzeit von der Öffnung z,= in einen von der eenamiten Kammer abgetrennten Teil des Hohlkörpers 32 eintreten kann.
Die menannte Öffnung und der Einlass sind durch ein Rohr oder Ver- bindungsstüelz 182 miteinander verbunden.
Der Kolben 30 ist durch eine Feder 34 be lastet, welche am zum Einlass 17 entgegen- gesetzten Ende der Kolbenstange wirkt und bestrebt ist, die Kolbenstange in der Rielrtnng- zum Schliessen des Einlasses zu bewegen. Die Wirkung der Feder 34 wird von einem Bi metallstreifen 3 5 oder einer andern -7leieh- artigen Vorrichtung unterstützt, welche von der Lufttemperatur beeinflusst wird und auf das gleiche Ende der Kolbenstanze 33 wirkt, wie die Feder.
Die Enden der Kammer 31 stehen durch Öffnungen 36 mit: entgeg_ enge setzten Seiten einer variablen Öffnung 37 in Verbindung, welche im Körper 32 angeordnet ist und von wo der Brennstoff aus einem mit der Förderleitung 28 in Verbindung ste henden Durchgang mir Bremskammer fliesst. Die beiden Seiten des Kolbens 30 sind daher verschiedenen Flüssigkeitsdrüeken ausgesetzt, welche vom Querschnitt der Offining 37 ab hängen.
Dieser Querschnitt. ist mittels eines konischen Zapfens 39 veränderbar, welcher unter dem Einfluss einer Feder 40 Lind einer luftleeren Dose 41 axial verschiebbar ist. Die Feder 40 wirkt über einen Kolben 42, wel eher am Zapfen ausgebildet oder befestimt ist, auf den konischen Zapfen in der Rieb- tung, um. den Querschnitt der Öffnung zu verkleinern.
Der Kolben ist. verschiebbar in der Kammer 43 im Körper 32 und die Feder ist im äussern Endteil dieser Kammer ang#e- ordnet. Das innere Ende der Kammer 43 ist durch einen verengten Durehgan;, 44 mit einem Raum 45 verbunden, durch welchen flüssiger Brennstoff vom Einlass 17= zum einer Aiislass 46 fliessen kann mittels welchem der Körper mit dem Punipeneinlal;
') verbunden werden kann. Der konische Zapfen 39 ist mit radialen Öffnungen .17 und einer Atialboh- rung 48 versehen, wodurch das innere Ende der Kampier 43 mit der veränderlichen Öff- imna 37 verbunden ist. Der Zapfen 39 wird durch eine Stange 49 gesteuert, welche an die evakuierte Dose -11 angeschlossen ist..
Die letztere ist in einer Unterkaninier 50 montiert, welche mit einer Öfhiuinb 51 versehen ist, rin die lose der @ltniosl>häi-e auszusetzen. Die an der Dose -11 befestigte Stan#e 49 erstreckt. sich durch das äussere Ende der Kammer -13 und läuft dann in ein Loch 521 im äussern Ende des konischen Zapfens 39 hinein.
Das innere Ende der Stange dient zum Schliessen des anliegenden l,.iides der Axialbohrung .1S im Zapfen, wenn der letztere infolge der Ein wirkung der Flüssigkeitspressung auf die in nere Seite des Kolbens 12 in die erforder liche Stellung bewegt wird.
Auch bei diesem Beispiel ist die Drehzahl naeli oben begrenzt, denn mit. der Drehzahl wiielist aueli die durch die Leitung 38 geför derte Brennstoffmenge. Wird die Menge zu gross, so wird die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens 30 so gross, da13 der Durehfluss durch -t#* freigegeben wird, was, wie in den obigen Beispielen eine Verkleinerung der Fördermenge und damit der Drehzahl bewirkt.
Diese Grenzdrehzahl ist aber auch liier infolge der Wirkung des Binnetallstreifens 35 von der Lufttemperatur abhängig.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig.1 gezeigt, in welcher analoge Teile mit den glei chen Bezugszeichen mit dem Index 3 versehen sind. Bei diesem Beispiel ist ein Diaphragina 30:' vorgesehen, das zum Unterteilen einer Kammer 31: inn Körper<B>321</B> in zwei Abteile dient..
Inn Zentrum ist das Diaphragma <B>30'</B> an eine axiale 8tange33' angeschlossen, welche durch die Enden der Kammer<B>311</B> läuft, wo bei sie an ihrem einen Ende eingerichtet ist, uni den Einlass 17s abzuschliessen, der mit der oben erwähnten Öffnung in Verbindung steht.
Das Diaphragma. 30 ist mit einer Feder 34f iielastet, welche bestrebt ist, die Stange 33 in der Richtung zum Schliessen des Einlasses 17'' zu bewegen, sowie durch die. evakuierte Dose 53, welche dem Atmosphärendruck aus gesetzt ist, wobei sie auf das vom Einlass ent- o -e- ng setzte Ende der Stan-,e wirkt.
Der n ce zDe <B>kn</B> flüssige Brennstoff vom Pumpenaustritt 38 fliesst durch das federbelastete Ventil 59, das vorn Pumpenförderdruck beeinflusst wird, zur Breinikanimer, wobei es derart ausgebildet ist, dass die öffniulg zwischen ihm und sei nem Sitz 60 sieh in einer Weise verändert, welche mit. dem auf das Ventil wirkenden Flüssigkeitsdruck in Wechselbeziehung steht.
Der Zweck dieses Ventils besteht darin, den Punipenclruck gleich einer linearen Funktion des Flüssigkeitsdurchflusses zu machen. An einer Stelle zwischen der Pumpe und dem Ventil 59 steht die Leitung<B>38'</B> in Verbin dung mit einer gedrosselten Überströmöffnung 51 im Hohlkörper<B>321</B> und diese Überströmölf- nung steht durch eine variable Öffnung 373 in V erbindung finit. einem Raum 55.
Der ge nannte gedrosselte Durchgang mid Raum sind durch Öffnungen 36f auf entgegengesetzten Seiten des Diaphragmias <B>301</B> mit der Kam mer 31f verbunden und der genannte Raum steht in Verbindung mit, einer Öffnung 56, durch welche der Körper mit dem Pumpen einlass verbunden werden kann.
Der Quer schnitt der Öffnung 373 ist mittels der Nadel 57 veränderbar, welche durch ein Bourdon- Rohr 58 oder eine andere von der Lufttem peratur abhängige Vorrichtung axial ver schiebbar ist. Man sieht also, da.ss das Dia phragma 30f vom Atmosphärendruck sowie vom Flüssigkeitsdruck, der direkt. denn Flüs- sigkeitsdurchfluss proportional ist., beeinflusst wird.
Ähnlich, wie beim Beispiel nach Fig. 3, wird die Durchflussmenge dazu benützt, auf den beiden Seiten der -Membrane 303 einen verschiedenen Druck zu erzeugen zwecks Be einflussung der Brennstoffpumpe, wenn die Drehzahl bzw. die Durchflussmenge zu gross wird. Der Einfluss der Lufttemperatur er folgt hier auf die variable Öffnung 37f.