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Elektrische Steuervorrichtung für Anlasser-Gasturbinen Die Erfindung
betrifft eine elektrische Steuervorrichtung für Anlasser-Gasturbinen, die von einem
in einer Brennkammer verbrennenden Gemisch aus flüssigem Brennstoff und einem die
Verbrennung beeinflussenden Medium beaufschlagt werden.
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Die Entwicklung der Gasturbine und der Strahltriebwerke bringt neue
Probleme in der Konstruktion von Anlassern mit sich. Solche Kraftmaschinen unterscheiden
sich von den üblichen Brennikraftkolbenmaschinen dadurch, daß sie, um an.gel-assen
werden zu können, auf eine Mindestdrehzahl für einen selbständigen Betrieb gebracht
werden müssen, während (der Kolbenmotor beim Anwerfen mit einer sehr geringen Drehzahl
anspringt.
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Das schwierige Anwerfen der Gasturb in:e.ntriebw erke sowie die gedrängte
Konstruktion der Flugzeuge, für welche solche Triebwerke bestimmt sind, haben zur
Folge, daß die üblichen elektrischen Anlasser wegen des Gewichtes und des Umfanges
oder nötigen Batterien unpraktisch sind. Ein turbinenartiger Anlasser, für welchen
eine kleine, mit einer hoben Drehzahl laufende Turbine verwendet wind, scheint zweckmäßig
zu sein, um .die schweren,, in Frage kommenden Bedingungen zu erfüllen, @da .er
klein ist und keine umfangreichen Batterien erfordert. Es ist eine Anlasser-Turbine
mit .einem drehzahlabhängigen Schalter bekannt, der j-eidoch auf ein Ventil einwirkt,
das die komprimierte Luft von dem Einlaß des Anlassers an !dem Anlasser vorbei zum
Auslaß führt, wenn die Turbine ;die vorgeschriebene Dreh; zahl erreicht hat. Hierdurch
ergaben sich im Betrieb erhebliche Verluste.
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Chemische Produkte und feste Treibmittel, wie ein langsam brennendes
Pulver, sind ebenfalls bekannt, um Gase zum Antreiben der Turbine zu erzeugen. Diese
Mittel sind jedoch unzweckmäßig wegen der umfangreichen Sicherheitsmaßnahmen, @di.e
nötig sind, um die erzeugten Gase abzufangen und zu steuern,, Außerdem ist das Aufbewahren
der chemischen Produkte oder des Pulvers nicht ohne Gefahr.
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Deshalb wurde bekanntlich durch Verbrennung eines Gemisches von Brennstoff
und Luft ein zur Erzeugung von Gasen geeignetes Mittel geschaffen,, mit welchem,die
ob enerwähnten Nachteile vermieden werden. Dabei wird der gleiche Brennstoff wie
für die Gasturbine oder das Strahltriebwerk verwendet. Bei einer Vorrichtung zur
Verbrennung von Brennstoff in Luft darf die Verbrennungsdauer nicht zu groß werden,
damit keine Beschädigung der Turbine eintritt.
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Bisher wurde die Dauer der Verbrennung durch verschiedene Arten von
elektrischen Zeitschaltw.erken begrenzt, die nach einer vorbestimmten Zeitdauer
den Zufluß der Luft und des Brennstoffes unterbrechen. Dieses Verfahren weist,den
Nachteil auf"daß das Zeitschaltwerk, sobald es einmal eingeschaltet worden ist,
sein volles Programm durchsteuert, umabhängig davon, ob in der Brennkammer die Zündung
stattgefunden hat oder nicht. Die Zündkerze oder sonnstige Zündvorrichtung wird
ebenfalls für den vollen Arbeitskreislauf, d. h. für das volle Programm, erregt.
Ferner weisen solche Vorrichtungen den Nachteil auf, d@aß sie gegen Schwingungen
und Stöße höchst empfindlich sind.
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Um Rundfunkstörungen in den Hochspannungszündkrieisen auf ein Mindestmaß
zu verringern, ist es nötig, die Dauer der Erregung des Stromkreises zu begrenzen
oder sonst umständliche Filter und Abschirmungen vorzusehen. Sobald in einem geschlossenen
Verbrennungsraum eine Zündung stattgefunden hat, erhält die Verbrennung sich weiter
von selbst, wobei es wünschenswert ist, den Hochspannungszündlkreis sofort nach
der Zündung zu unterbrechen.
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Die Erfindung schafft eine elektrische Steuervorrichtung für eine
Anlasser-Gasturbine durch Anordnung .eines von einem handbetätigten Anlaßschalter
einzuschaltenden Speiserelais, das Stromkreise schließt und die Zufuhr von Brennstoff
zur Brennkammer unmittelbar und die eines die Verbrennung beeinflussen-,den Mediums
zu der Brennkammer mittelbar steuert, wobei eine auf den an der Turbineneinlaßseite
herrschenden Druck ansprechende Schaltvorrichtung vorgesehen ist, die bei Merschreiten
eines vorgegebenen
Druckes den handbetätigten Anlaßschalter überbrückt
und damit die Erregung des Relais unabhängig vom handbetätigten Anlaßschalter aufrechterhält.
Daher macht auch umgekehrt ;der Druckabfall in der Brennkammer die Relais stromlos
und schaltet .die Vorrichtung aus.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Benutzung eines
auf einen Druckanstieg in der Brennkammer ansprechenden Schalters, wobei der Druckanstieg
durch die Verbrennung des Brennstoffces und des die Verbrennung beeinflussenden
Mediums verursacht wird und die Erregung des Ziindstrornkreises unterbricht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich ausführlicher
aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in welcher eine Ausführungsformder
Erfindung beispielsweise dargestellt ist.
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Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt eine elektrische Steuervorrichtung
nach der Erfindung in schematischer Darstellung zusammen mit einer Anlaßvorrichtung.
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In :der Zeichnung ist der Anlasser mit 1 bezeichnet und besteht aus
einer Turbine 2; die durch ein Untersetzungsgetriebe 3 mit der Anlaßwelle 4 verbunden
ist. Die Anlaßwelle 4 kann mit der anzulassenden (nicht gezeigten) Kraftmaschine
in üblicher Weise verbunden sein. Einzelheiten der Turbine 2, des L:ntersetzungsgetriebes
3 und der Anlaßwelle 4 sind weggelassen worden, da deren Konstruktion nicht zur
Erfin-Jung gehört.
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Der Brennkaminerraum 5 ist mit der Turbine 2 durch Düsen 6 verbunden.
Eine Druckluftqtielle 7 ist durch eine Leitung 8, ein druckgesteuerts Reduzierventil
9, .die Leitung 10 und die Drossel 11 finit 'der Brennkammer 5 verbunden. Eine Brennstoffquelle
12 ist durch die Leitung 13, das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 14, die Leitung
15 und die Brennstoffdüse 16 mit der Brennlcamnmer 5 verbunden. Eine Zündkerze bzw.
Zündvorrichtung 17 ist vorgesehen, um das Brennstoff- und Luftgemisch im Raum 5
zu zünden.
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Die Druckluftquelle 7 ist ebenfalls durch die Leitung 18, ein Druckreduzierventil
19, die Leitung 20, ein elektromagnetiscb gesteuertes Ventil 21 und die Leitung
22 mit dein Brennstoffsammler 12 verbunden. Das druckgesteuerte Ventil _9 ist ebenfalls
mit 'der Leitung 22 verbunden, so daß es bei Öffnung des Ventils 21 infolge des
Druckanstieges der Luft in der Leitung 22 über einen vorbestimmten Wert geöffnet
wird, so Jaß Luft von der Leitung 8 durch die Leitung 10 und die Drossel 11 zur
Brennkammer 5 strömen kann.
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Der Sammler 12 besitzt eine Brennstoffkaimner 24 und eine Luftkaminen
25. Die Abschnitte 24 und 25 sind durch eine elastische dichtschließende Scheidewand
26 voneinander getrennt. Die Luft gelangt durch Leitung 22 in die Luftkammer 25.
Die Brennstoffkammer 24 ist durch die Leitungen 13 und 27, durch da.: Absperrventil
28 und die Leitung 29 mit der (nicht gezeigten) Brennstoffanlage des Flugzeuges
verbunden.
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Ein elektrischer Druckschalter 30 wird durch den in der Brennkammer
5 herrschenden Druck betätigt. Der Schalter 30 besitzt Schaltglieder 31 und 32.
die für gewöhnlich die offene Stellung einnehmen. Wenn die Schaltglieder 31 und
32 die geschlossene Stellung einnehmen, liegen sie an den Kontakten 33 und 34 an.
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Ein Druckknopfschalter 36 schließt bei Betätigung 4ie Kontakte 37
und 38. Der Kontakt 37 ist durch den Leiter 39 mit einer Stromquelle, z. B. einer
Batterie 40, verbunden, von welcher ein Pol geerdet ist. Der Kontakt 38 ist durch
einen Leiter 41 mit Schaltgliedern 42 und 43 des Relais 44 verbunden. Die Schaltglieder
42 und 43 liegen für gewöhnlich an den Kontakten 45 bzw. 46 an. Der Kontakt 45 ist
durch einen Leiter 47 mit der Zündspule 48 verbunden. von der der Leiter 49 zur
Zündkerze 17 führt. Die Zündspule 48 ist mittels Leiter 50 geerdet.
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Der Kontakt 46 ist durch den Leiter 51 finit einem Pol des Flielikraftschalters
52 verbunden. Der Schalter 52 ist durch das Getriebe 53 mit der Turbine 2 verbunden
und für gewöhnlich geschlossen. Wenn die Drehzahl der Turbine 2 einen vorbestimmten
Wert übersteigt, so wird der Schalter 52 geöffnet. Der andere Pol des Schalters
52 isst durch den Leiter 54 mit dein einen Ende der Steuerwicklung 55 des Relais
56 verbunden. Das andere Ende der Wicklung 55 ist durch eine Verbindung 57 geerdet.
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Das Relais 56 besitzt ein Paar Schaltglieder 58 und 59. die normalerweise
die offene Stellung einnehmen. Das Schaltglied 58 schließt bei Betätigung die Kontakte
60 und 61. und das Schaltglied 59 schließt die Kontakte 62 und 63. Die Kontakte
60 und 62 sind durch den Leiter 64 mit der Batterie 40 verbunden. Der Kontakt 61
ist durch den Leiter 65 mit der einen Klemme des Elektromagnetventils 21 verbunden.
Die andere Klemme des Ventils 21 ist durch den Leiter 66 geerdet. Der Kontakt 61
ist ebenfalls durch den Leiter 67 mit der einen Klemme des Elektromagnetventils
14 verbunden, dessen andere Klemme durch den Leiter 68 geerdet ist. Der Kontakt
63 ist durch den Leiter 69 mit den Kontakten 33 und 34 des Schalters 30 verbunden.
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Das Schaltglied 31 des Schalters 30 ist durch den Leiter 70 mit dem
Leiter 51 verbunden. Das Schaltglied 32 des Schalters 30 ist durch den Leiter 71
finit dem einen Ende der Wicklung, 72 des Relais 44 verbunden. Das andere Ende der
Wicklung 72 ist durch den Leiter 73 geerdet. Ein Kontakt 74 des Relais 44 ist ebenfalls
mit den Leiter 71 verbunden.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Wenn der Druckknopfschalter 36 geschlossen
wird, dann fließt ein Strom von der Batterie 40 und durch die Schaltglieder 42 und
43 zur Zündspule 48 und zur Wicklung 55 des Relais 56. Durch die Erregung des Relais
56 werden die Schaltglieder 58 und 59 betätigt und schließen die zugehörigen Kontakte
60. 61 bzw. 62, 63. Hierdurch wird ein Stromkreis geschlossen, der von der Batterie
40 ausgeht und die Elektromagnetventile 14 und 21 öffnet. Durch das Öffnen des Ventils
21 wird die Luftkammer des Breniistoffsaniinlers beaufschlagt und das druckgesteuerte
Ventil 9 betätigt, welche# Luft in die Brennkaininer einläßt. Die Kontakte 33 und
34 -des Schalters 30 werden ebenfalls an Spannung gelegt.
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Wenn Jie Zündung in der Brennkaminen 5 stattfindet, so steigt der
Druck rasch an und schließt die Kontakte 33 -und 34 des Schalters 30. Hierdurch
wird der Druckknopfschalter 36 überbrückt und die Wicklung 55 durch den Druckschalter
30 und den Fliehkraftschalter 52 erregt. Durch das Schließen des Schalters 30 wird
auch die Wicklung 72 des Relais 44 erregt. das den Schaltarm 42 vorn Kontakt 45
abzieht und den Schaltarm 43 mit dem Kontakt 74 in Berührung bringt. Durch Öffnen
des Schalters 42, 45 wird die Zündung ausgeschaltet. Der Schalter 43. 74 Überbrückt
den Druckknopfschalter 36 während des ganzen Anlaßvorganges. Falls der Schalter
36 während des Anlassens in der geschlossenen Stellung gehalten wird, kann ein neue:
Anlasen erst dann stattfinden. wenn der Schalter 36 geöffnet wird.
Sobald
der Anl.aßvorgang entweder durch Verbrennung des Brennstoffvorrates im Sammler oder
durch öffnung des Fli-eh'kraftschalters beendet ist, wird die Wicklung 55 stromlos,
so daß das Relais 56 abfällt. Hierdurch werden die Elektromagnetventile 14 und 21
stromlos und schließen sich, wodurch die Luft- und Brennstoffzufuhr unterbunden
wird. Wenn das Ventil 21 geschlossen ist, so wird ,die Leitung 22 mit ,der Atmosphäre
verbunden und,der Druck aus dem Ventil 9 und der Luftkammer 25 des Sammlers 12 abgielassen.
Infolge Ablassens des in der Steuerleitung zum druckgesteuerten Ventil 9 herrschenden
Druckes schließt jetzt der Druck der Luftzuführungsleitun:g 8 das Ventil 9 und unterbindet
die Luftzufuhr.
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Die Wicklung 72 wird auch s,tronnlo.s, und ddte Schaltglieder 42 und
43 kehren in ihre normale Stellung zurück.
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Beim Ablassen des Luftdruckes aus der Luftkammer 25 des Sammlers 12
wird die Brennstoffkammer 24 durch die Leitung 29 und das Absperrventil 28 mit Brennstoff
aus dem Brennstoffbehälter -des Flugzeuges neu gefüllt.
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Während die dargestellte Vorrichtung für die Steulerung eines Brennkraftanlassers
verwendet wird, so eignet sie sich auch für beliebige Verbrennungsvorrichtungen,
bei welchen die Zündung abzustellen ist, wenn sie nicht mehr benötigt wird.
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Wenn, auch nur eine einzige Ausführungsform der Erfindung dargestellt
und beschrieben wurde, so, versteht es sich von selbst, d:aß sich verschiedene Änderungen
an der Ausbildung und gegenseitigen Anordnung der Teile für den Fachmann ohne weiteres
ergeben und im Rahmen -der Erfindung vorgenommen werid,en können.