Druckluftturbine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine druckluftbetriebene Turbine. Solche Turbinen können zum Beispiel mit Pumpen gekuppelt sein und zusammen mit diesen in- eine zu fördernde, z. B. flüchtige Flüssigkeit getaucht werden.
Der Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung einer Turbine der genannten Art, die einen Regler aufweist, der es ermöglicht, die Drehzahl der Turbine annähernd konstant zu halten.
Die erfindungsgemässe druckluftbetriebene Turbine besitzt einen Zentrifugalregler, der ein axial bewegliches Steuerorgan zur Steue rung der Zufuhr -von Druckluft zur Turbine aufweist, eine Betätigungsstange für das Steuerorgan, welche längs der Drehachse des Turbinenrotors beweglich ist, sowie minde- stens ein Zentrifugalreglergewicht, welches dazu bestimmt ist, zwecks Betätigung des Steuerorgans die Betätigungsstange axial zu bewegen.
Zweckmässig ist das Steuerorgan ein Kol benschieber, der in einem axial verlaufenden Teil der Einlassleitimg für die Antriebsluft der Turbine arbeitet und zum Zusammenwir ken, mit einer oder mehreren Öffnungen in der Umfangswand dieses Leitungsteils be stimmt ist.
Das oder die Reglergewichte können von Winkelhebeln gebildet sein, die von einem Träger getragen werden, der zusammen mit dem Turbinenrotor um die- Axe des letzteren dreht. Die Winkelhebel sind in diesem Fall zweckmässig um eine tangential zur Umfangs richtung verlaufende Axe drehbar im Träger gelagert, wobei ein Arm des Winkelhebels mehr oder weniger in Richtung der Dreh achse des Turbinenrotors verläuft und ein Reglergewicht bildet,
während sein anderer Arm mehr oder weniger radial einwärts ragt und mit der BetätigL.tngsstange in Eingriff ist.
Zweckmässig sind die Reglergewichte auf der einen Stirnseite des Turbinenrotors an geordnet, während das Steuerorgan auf der andern Rotorstirnseite liegt.
Die Betätigungsstange kann zweiteilig sein, wobei der eine Stangenteil mit dem Turbinenrotor und dem Träger des Regler gewichtes dreht, während der andere Stangen teil am Steuerorgan befestigt und gegen Dre hen gesichert ist. Zwischen den beiden Stan genteilen ist in diesem Fall zweckmässig ein Längslager, z. B. ein Kugel- oder Rollenlager, angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemässen Turbine und eine Variante derselben sind in der beiliegenden Zeichnung darge stellt; es zeigt: Fig.l. in Seitenansicht eine aus Turbine und Pumpe gebildete Vorrichtung, die zum Eintauchen in einen Flugzeug-Brennstoff- tank bestimmt ist, Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung, .
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Tur bine und einen Teil der Pumpe der Vorrich tung, Fig.4 einen Schnitt nach der Linie 4-4. in Fig. 3 und Fig.5 im Längsschnitt einen Teil einer Variante der aus Turbine und Pumpe gebil deten Vorrichtung.
Die beim gezeichneten Beispiel vorgese hene Pumpe 90 ist von der im Schweizer Patent 1\Tr.293230 beschriebenen Bauart, ist jedoch gegenüber der dort in Fig.3 gezeigten Ausführung etwas modifiziert. Die Turbine 100 ersetzt den in der Vorrichtung gemäss dem vorgenannten Schweizer Patent vorgese henen Elektromotor und dient dem Antrieb der Pumpenwelle 14. Zwischen der Pumpen welle und der Turbine sind Zahnräder 52, 56 vorgesehen. Die Drehachse der Turbine liegt normalerweise horizontal.
Die Turbine besitzt zwei Stufen und ist eine Axialströmungs- Luftturbine, durch welche die Luft gegen die Pampe hin strömt. Die Luft strömt vom An-- schliissstück 112 - (Fig.1 und 2) her durch eine Eintiittsleitimg 101 und' gelangt durch Einlassöffnungen 102 in einen konischen Ring raum 103, der zu einer Leitvorrichtung 104 führt.
Die aus der Leitvorrichtung 104 kom mende Luft strömt durch die durch zwei Kränze von Rotorsehaufeln 105, 106 und einen Kranz von Statorschaiüeln 107 gebildeten Kanäle zum Auslass <B>108;</B> dann gelangt die Luft durch einen rund um die Turbinen aussenseite verlaufenden Ringraum 109 in eine Auslassleitung 110, welche die Einlass- leitung 101 umgibt.
Der Turbinenrotor 115 sitzt auf dem einen Ende einer Welle 116, während auf dein an- Bern Ende der Welle 116 ein Zahnrad 52 sitzt. Die Welle 116 ist in einem Kugellager 117 und einem Rollenlager 118 gelagert.
An der Rotorwelle 116 ist zwischen dem Zahnrad 52 und dem Lager 117 ein ringför- c uriges Gehäuse 120 befestigt, -das mit Lagern für zwei einander diametral gegenüberlie gende Winkelhebel 121 versehen ist. Jeder die ser Hebel 121 ist -um eine Achse 122 drehbar, die sich tangential zur Umfangsrichtung er streckt.
Der Arm 121a des Winkelhebels er streckt sich mehr oder weniger in Axialrich- tung, bildet ein Fliehgewicht eines Zentri- fugalregl.ers und ist in eine äussere Endlage schwenkbar, in welcher er mit einer Innen fläche 123 des Gehäuses 120 zusammenwirkt. ; Der andere Arm 1.21b des Winkelhebels er streckt sich mehr oder weniger radial ein wärts gegen die Welle 116.
Die Rotorwelle 116 ist hohl. Innerhalb der Welle 116 ist der eine Teil 125 einer zweitei-, lugen Betätigungsstange 125, 136 eines Steuer organs 144 verschiebbar angeordnet. Diese Stange besitzt im Bereich der Hebel 121 einen Anschlag 126, an welchen die mehr oder weni ger radial einwärtsragenden Arme 121b der Hebel 121 angreifen.
Die Anordnung ist da bei derart, dass die Arme 121a der Hebel bei ihrem Auswärtssehwenken die Stange in Axialricht-Lang von der Pumpe wegstossen (in Fig. 3 nach rechts) ; die Stange wird dabei durch den Turbinenrotor hindurchgeschoben. Auf dem rechten Ende des Stangenteils 125 sitzt der innere Laufring 130 eines Kugel lagers fest, das auch Schubkräfte aufnehmen kann. Der äussere Laufring <B>131</B> dieses Lagers wird von einem Gehäuse <B>132</B> fest getragen.
Das Gehäuse ist durch Federn 133, welche sich zwischen dem Gehäuse 132 und Veranke- rungsstiften am Turbinengehäuse erstrecken, gegen Drehen gesichert. Anderseits sind das Gehäuse 132 und der äussere Laufring 131, soweit dies der innere Laufring 130 und die Rollkörper zulassen radial beweglich. Das Gehäuse 132 ist praktisch dicht geschlossen und mit Fett hoher Verflüssigungstempera tur gefüllt. An seiner rechten Endseite trägt das Gehäuse 132 einen Teil 134 aus Hartmate rial, der gegen einen Kopf 135 am einen Ende des andern Teils 136 der Betätigungsstange 125, 136 anliegt.
Diese Anordnung gestattet ein Rotieren des Stangenteils 125 mit dem Turbinenrotor, während der andere Stangen teil 136 stationär gehalten wird.
Der nichtrotierende Stangenteil<B>136</B> der Betätigungsstange ist in einer Hülse 140 ver schiebbar, Die Hülse 140 ist in einem nicht- drehenden, axial einstellbaren Teil 141 des Turbinengehäuses angeordnet, welcher Teil auf der von der Pumpe abgekehrten Stirn seite des Turbinenrotors angeordnet ist. Der Teil 136 trägt an seinem von der Pumpe ab gekehrten Ende einen Kolbenschieber 144, der in einem axial gerichteten Rohrteil 142 der Lufteinlassleitung verschiebbar angeordnet ist.
In der Umfangswand dieses Rohrteils 142 sind die durch den Kolbenschieber 144 steuerbaren Öffnungen 102 vorgesehen.. Die Öffnungen 102 führen schräg nach aussen gegen den Raum 103 hin. Die Vorderfläche 143 des Kolbenschiebers ist der Schräglage der öff- nungen 102 entsprechend konisch ausgebildet. Beim Schliessen des Schiebers 144 bewegt sich dieser von der Pumpe weg nach aussen (in Fig. 3 nach rechts). Den Stangenteil 136 um geben zwei Schraubenfedern 145, 146, welche den Kolbenschieber 144 belasten.
Diese Fe dern sind zwischen einer Platte 147 mit sphä rischer Sitzfläche für- den Kopf 135 der Be tätigungsstange und Abstützflächen am Teil 141 eingespannt. Der Teil 141 ist, wie bereits. erwähnt, axial einstellbar, was durch: Ein- und Ausschrauben dieses Teils 141 in bzw. aus dem Turbinengehäuse erfolgen kann, wodurch die Spannung der Federn 145, 146 veränder bar ist.
Die beiden Federn 145, 146 drücken den Kolbenschieber gegen seine Offenlage. Beim vorliegenden Beispiel sind die Federn 145, 146 zum Beispiel so stark, dass sie ein Bewegen des Kolbenschiebers 144 unter der Wirkung der Reglergewichte verhindern, so lange die Drehzahl des Turbinenrotors kleiner als etwa 14800 T.[1VIin, ist. Erst nach Über schreiten dieser Drehzahl beginnt sich der Kolbenschieber 144 in seine Schliesslage zu bewegen. Der Schliessvorgang des Schiebers erstreckt sich über einen Bereich von einigen hundert T.IMin., wobei dieser Bereich gross genug ist, um das Auftreten von Schwingun gen zu verhindern.
Ist die mit der Turbine gekuppelte Pumpe als Brennstoffpumpe eines Flugzeugstrahl triebwerkes vorgesehen, so wird die Druckluft zum Antrieb der Turbine dem Kompressor des Triebwerkes entnommen. Solche Druckluft be- sitzt normalerweise eine relativ hohe Tempera tur (z. B. mehr als 200 C); in diesem Fall müssen besondere Vorkehren zur Gewährlei stung der Schmierung des die Ringe 130, 131 aufweisenden Längslagers getroffen sein.
Es hat- sich gezeigt, dass, wenn ein geeignetes Schmierfett im Lagergehäuse vorhanden ist, die in den Fig.1 bis 4 gezeigte Vorrichtung auch bei Temperaturen im Lager um 160 bis 180 C befriedigend arbeitet, obwohl es natür lich vorzuziehen ist, die Temperatur tiefer als 100 C zu halten. Dies kann erreicht werden durch Kühlen eines Teils der Luft und - Zu-, führung dieses Teils der Luft zum Lager.
Fig.5 zeigt eine Detailvariante der be; schriebenen Vorrichtung, welche sich für den Betrieb mit etwas höheren Lagertemperaturen (z. B. 180-200 C) eignet, vorausgesetzt, dass ein geeignetes Schmieröl verwendet wird.
Bei diesem Beispiel gelangt von den Getriebezahn rädern verspritztes, aus einem Sumpf im Ge triebegehäuse entnommenes Öl durch eine Öffnung 150, einen in einem ortsfesten Kör per 153 gebildeten Durchlass 151 und eine Öffnung 152 in einen Raum 154 zwischen dem Körper 153 und der innern Seite der hohlen Welle-<B>116.</B> Der Körper 153 ist mit Schraubengewinde 155 versehen so dass bei rotierender Welle 116 das Öl längs des Gewin des in Fig. 5 nach rechts gefördert wird.
Nach dem Verlassen der Gewindegänge strömt' das Öl einwärts durch die Öffnungen 156 in das Innere des Körpers 153 und dann längs eines rohrförmigen Teils 157 der Betätigungsstange 1.35, 136; 157 des nicht gezeigten Kolbenschie bers ins Innere des Lagers 158, aus welchem es langsam wieder herausgeschafft wird.
Zur Beeinflussung der längs des Stangenteils 157 in diesem fliessenden Ölmenge und somit zur Beeinflussung des Ölverlustes ist der Hohl raum des Stangenteils 157 über einen Teil sei ner Länge mit axial liegenden Drähten 159 gefüllt, die den Querschnitt dieses Hohlrau mes verengen.
Bei einer weiteren -nicht gezeichneten Va= riante der beschriebenen Konstruktion ist zur Herabsetzung der Temperatur des mittels der Ringe 130,<B>131</B> . gebildeten Längslagers dieses- Lager auf der in Fig. 3 linken Seite des La gers 117 angeordnet.
An Stelle des vorangehend beschriebenen Längslagers kann ein Teil der Betätigungs stange des Steuerorgans mit einer Spitze oder einem sphärischen Ende ausgebildet sein, das gegen eine ebene Endfläche am andern Stan genteil anliegt.
Air turbine. The present invention relates to a compressed air-powered turbine. Such turbines can, for example, be coupled to pumps and, together with these, form a pump to be conveyed, e.g. B. volatile liquid are immersed.
The purpose of the invention is to create a turbine of the type mentioned which has a regulator which makes it possible to keep the speed of the turbine approximately constant.
The compressed air-operated turbine according to the invention has a centrifugal regulator which has an axially movable control element for controlling the supply of compressed air to the turbine, an actuating rod for the control element which is movable along the axis of rotation of the turbine rotor, and at least one centrifugal regulator weight which is intended for this purpose is to move the actuating rod axially for the purpose of actuating the control member.
The control member is expediently a piston slide valve which works in an axially extending part of the inlet duct for the drive air of the turbine and which is intended to cooperate with one or more openings in the peripheral wall of this duct part.
The regulator weight or weights can be formed by angle levers which are carried by a carrier which rotates together with the turbine rotor about the axis of the latter. In this case, the angle levers are expediently rotatably mounted in the carrier about an axis running tangentially to the circumferential direction, one arm of the angle lever extending more or less in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor and forming a controller weight,
while his other arm protrudes more or less radially inwards and is in engagement with the actuating rod.
The regulator weights are expediently arranged on one end face of the turbine rotor, while the control element lies on the other end face of the rotor.
The actuating rod can be in two parts, one rod part rotating with the turbine rotor and the support of the controller weight, while the other rod part is attached to the control member and secured against rotation. Genteilen between the two Stan in this case, a longitudinal bearing, z. B. a ball or roller bearing arranged.
An embodiment of the turbine according to the invention and a variant thereof are shown in the accompanying drawings, Darge; it shows: Fig.l. a side view of a device formed from a turbine and pump, which is intended to be immersed in an aircraft fuel tank, FIG. 2 is a top view of the device.
Fig. 3 is a longitudinal section through the turbine and part of the pump of the device Vorrich, Fig.4 is a section along the line 4-4. in Fig. 3 and Fig.5 in longitudinal section part of a variant of the turbine and pump gebil Deten device.
The in the drawn example vorgese Hene pump 90 is of the type described in Swiss Patent 1 \ Tr.293230, but is slightly modified compared to the embodiment shown there in Figure 3. The turbine 100 replaces the electric motor provided in the device according to the aforementioned Swiss patent and serves to drive the pump shaft 14. Gears 52, 56 are provided between the pump shaft and the turbine. The turbine axis of rotation is usually horizontal.
The turbine has two stages and is an axial flow air turbine through which the air flows against the Pampe. The air flows from the connecting piece 112 - (FIGS. 1 and 2) through an inlet duct 101 and passes through inlet openings 102 into a conical annular space 103 which leads to a guide device 104.
The air coming from the guide device 104 flows through the channels formed by two rings of rotor blades 105, 106 and a ring of stator blades 107 to the outlet 108; then the air passes through a channel that runs around the outside of the turbine Annular space 109 into an outlet line 110 which surrounds the inlet line 101.
The turbine rotor 115 sits on one end of a shaft 116, while a gear 52 sits on the other end of the shaft 116. The shaft 116 is mounted in a ball bearing 117 and a roller bearing 118.
An annular housing 120 is fastened to the rotor shaft 116 between the gear 52 and the bearing 117, which is provided with bearings for two angle levers 121 diametrically opposite one another. Each of these levers 121 is rotatable about an axis 122 that extends tangentially to the circumferential direction.
The arm 121a of the angle lever extends more or less in the axial direction, forms a flyweight of a centrifugal regulator and can be pivoted into an outer end position in which it interacts with an inner surface 123 of the housing 120. ; The other arm 1.21b of the angle lever it stretches more or less radially inwards against the shaft 116.
The rotor shaft 116 is hollow. Within the shaft 116 of one part 125 of a two-part, peep actuating rod 125, 136 of a control organ 144 is slidably arranged. In the area of the lever 121, this rod has a stop 126 on which the more or less radially inwardly projecting arms 121b of the lever 121 engage.
The arrangement is such that the arms 121a of the levers push the rod away from the pump in the axial direction when they pivot outwards (to the right in FIG. 3); the rod is pushed through the turbine rotor. On the right end of the rod part 125, the inner race 130 of a ball bearing sits firmly, which can also absorb shear forces. The outer race <B> 131 </B> of this bearing is firmly supported by a housing <B> 132 </B>.
The housing is secured against rotation by springs 133, which extend between the housing 132 and anchoring pins on the turbine housing. On the other hand, the housing 132 and the outer race 131 are radially movable to the extent that the inner race 130 and the rolling elements permit. The housing 132 is practically tightly closed and filled with high liquefaction temperature grease. On its right end side, the housing 132 carries a part 134 made of hard material which rests against a head 135 at one end of the other part 136 of the actuating rod 125, 136.
This arrangement allows the rod portion 125 to rotate with the turbine rotor while the other rod portion 136 is held stationary.
The non-rotating rod part 136 of the actuating rod can be displaced in a sleeve 140. The sleeve 140 is arranged in a non-rotating, axially adjustable part 141 of the turbine housing, which part is on the face facing away from the pump Turbine rotor is arranged. The part 136 carries at its end facing away from the pump a piston valve 144 which is arranged displaceably in an axially directed pipe part 142 of the air inlet line.
The openings 102 controllable by the piston valve 144 are provided in the peripheral wall of this tubular part 142. The openings 102 lead obliquely outwards towards the space 103. The front surface 143 of the piston valve is designed conically in accordance with the inclined position of the openings 102. When the slide 144 is closed, it moves outward away from the pump (to the right in FIG. 3). The rod part 136 to give two coil springs 145, 146 which load the piston valve 144.
These springs are clamped between a plate 147 with a spherical seat surface for the head 135 of the actuating rod and support surfaces on part 141. Part 141 is like already. mentioned, axially adjustable, which can be done by: screwing this part 141 into or out of the turbine housing, whereby the tension of the springs 145, 146 can be changed.
The two springs 145, 146 press the piston valve against its open position. In the present example, the springs 145, 146 are so strong that they prevent the piston valve 144 from moving under the action of the regulator weights as long as the speed of the turbine rotor is less than approximately 14800 T. [1VIin. Only after this speed is exceeded does the piston valve 144 begin to move into its closed position. The closing process of the slide extends over a range of a few hundred T.IMin., This range being large enough to prevent the occurrence of vibrations.
If the pump coupled to the turbine is provided as a fuel pump for an aircraft jet engine, the compressed air to drive the turbine is taken from the engine's compressor. Such compressed air normally has a relatively high temperature (eg more than 200 C); in this case, special precautions must be taken to guarantee the lubrication of the rings 130, 131 having longitudinal bearing.
It has been shown that if a suitable lubricating grease is present in the bearing housing, the device shown in FIGS. 1 to 4 also works satisfactorily at temperatures in the bearing around 160 to 180 ° C., although it is of course preferable to lower the temperature than 100 C. This can be achieved by cooling part of the air and feeding that part of the air to the warehouse.
5 shows a detailed variant of the be; described device, which is suitable for operation at slightly higher storage temperatures (e.g. 180-200 C), provided that a suitable lubricating oil is used.
In this example, spattered from the transmission gears, oil extracted from a sump in the transmission housing passes through an opening 150, a passage 151 formed in a stationary body by 153 and an opening 152 into a space 154 between the body 153 and the inner side of the hollow shaft 116. The body 153 is provided with screw threads 155 so that when the shaft 116 rotates, the oil is conveyed to the right along the thread in FIG. 5.
After leaving the threads, the oil flows inwards through the openings 156 into the interior of the body 153 and then along a tubular part 157 of the actuating rod 1.35, 136; 157 of the piston slide, not shown, into the interior of the bearing 158, from which it is slowly removed again.
To influence the amount of oil flowing along the rod part 157 and thus to influence the oil loss, the hollow space of the rod part 157 is filled over part of its length with axially lying wires 159 which narrow the cross section of this hollow space.
In another variant of the construction described, which is not shown, the temperature is reduced by means of the rings 130, 131. Longitudinal bearing formed this bearing on the left in Fig. 3 of the bearing 117 is arranged.
In place of the longitudinal bearing described above, part of the actuating rod of the control member can be formed with a tip or a spherical end that rests against a flat end face on the other Stan genteil.