DE1264868B - Anlasser fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES //WIWt PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F02c

Deutsche Kl.: 46f-13

1264 868
B 738221 a/46 f
10. Oktober 1963
28. März 1968

Diese Erfindung betrifft ein zum Andrehen von Gasturbinentriebwerken bestimmtes Anlaßturbinentriebwerk, kurz »Anlaßtriebwerk«. Es ist bekannt, derartige Anlaßtriebwerke durch spezielle Druckmedia in Gang zu bringen, z. B. mittels Preßluft oder mittels der einer Kartusche entstammenden Verbrennungsgase. Auch das hydraulische Ingangsetzen des Anlaßtriebwerkes ist bekannt, und hierauf bezieht sich die Erfindung.

Es besteht vorliegend die Aufgabe, bei einem Anlaßtriebwerk der genannten Art dafür zu sorgen, daß es möglichst von Energiequellen außerhalb der Anlaßanlage unabhängig ist, auf jeden Fall aber unabhängig bezüglich der hydraulischen Flüssigkeit für das Ingangsetzen, sowie bezüglich des Zündstromes. Es soll das Anlaßtriebwerk diesbezüglich von dem Fahrzeug, das das zu startende Gasturbinentriebwerk trägt, völlig unabhängig sein.

Die Erfindung besteht erstens darin, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die nach dem Ingangkommen des Anlaßtriebwerkes die von dem nun als Pumpe laufenden Flüssigkeitsmotor geförderte Druckflüssigkeit in den Druckspeicher leiten und diesen aufladen. Der hydraulische Motor, der das Anlaßtriebwerk zunächst in Gang bringt, dient demnach in vorteilhafter Weise zwei Zwecken.

Zweitens ist zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgesehen, daß der für das Zünden des Anlaßtriebwerkes erforderliche Zündstrom von einem Generator erzeugt wird, der während der Ingangsetzung des Anlaßtriebwerkes durch die Kraft des Flüssigkeitsmotors angetrieben wird.

Die Erfindung besteht nicht in dem erst- oder zweitgenannten Merkmal als solchem, wohl aber in deren Vereinigung bei einem Anlaßtriebwerk der eingangs genannten Art. Die Förderung der Druckflüssigkeit in den Druckspeicher erfolgt zweckmäßigerweise unter Zuhilfenahme eines Umschaltventils, das bei Ingangkommen des Anlaßtriebwerkes durch den sich in dessen Brennkammer aufbauenden Druck betätigt bzw. umgesteuert wird.

Die Verwirklichung der obigen Aufgaben und die Eigentümlichkeiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen noch deutlicher, von denen

Fig. 1 eine schematische Zeichnung des Anlaßsystems darstellt und

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 bei einer anderen Stellung des Umschaltventils.

Das Anlaßtriebwerk besteht aus einer Kompressorturbineneinheit und einer freien Nutzturbine, der eigentlichen Anlaßturbine. Durch einen Lufteinlaß 11

Anlasser für Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

8000 München 15, Mozartstr. 23

Als Erfinder benannt:

John Fergusson, Utica, N. Y.;

Dennen Bunger, Whitesboro, N. Y. (V. St. A)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 11. Oktober 1962 (229 888)

wird von einem Radialkompressor 13 Luft in den gekrümmten ringförmigen Einlaßkanal 15 der ringförmigen Brennkammer 17 gesaugt. In der Brennkammer wird die komprimierte Luft mit Brennstoff aus den Sprühdüsen 19 und 21 gemischt und durch die Zündkerze 23 gezündet. Die Verbrennungsgase gelangen aus der Brennkammer 17 in die gekrümmte Auslaßleitung 25, von wo sie durch die Turbine 27, die mit dem Kompressor 13 die Kompressorturbineneinheit bildet, strömen. Die Kompressorturbineneinheit besitzt eine axial nach links verlaufende Hohlwelle

29. Von der Turbine 27 gelangt das Gas zur eigentlichen Anlaßturbine, einer frei laufenden Radialturbine 31. Von der Radialturbine 31 verläuft eine massive Welle 33 nach links, die von der koaxialen Welle 29 der Kompressorturbineneinheit umgeben ist.

Die Hohlwelle 29 dient als Lager für die Welle 33, wobei z. B. eine übliche Luftlagerung verwendet wird. Die Hohlwelle 29 trägt auf der rechten Seite ein Zahnrad 35, das mit einem Antriebsritzel 37 im Eingriff steht. Das· Antriebsritzel 37 ist durch eine Scheibenkupplung 39 mit einem Flüssigkeitsmotor 41 verbunden. Am linken Ende 43 der Welle 33 befindet sich ein Getriebe, das aus einer Untersetzungseinrichtung 47 und einer Freilaufkupplung 49 besteht. Die Freilaufkupplung 49 ist mit einem Keilwellenstück 51 verbunden, damit das Anlaßtriebwerk mit dem anzudrehenden Gasturbinentriebwerk verbunden werden kann.

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An der Welle 33 ist ein Fliehkraftregler 53 und an Die Leitung 125 führt über ein handbetätigbares der Hohlwelle 29 ein Fliehkraftregler 55 befestigt. Anfahrventil 127 zur Zuführleitung 113 des Flüssig-Die Fliehkraftregler 53 und 55 sind über ein Rohr 57 keitsmotors 41. Wenn das durch eine Feder vorge- bzw. eine Stange 58 mit einem Hydraulikventil 60 spannte normalerweise geschlossene Anfahrventil derart mechanisch verbunden, daß der durch eine 5 127 offen ist, kann die Hydraulikflüssigkeit vom Feder vorgespannte Kolben 59 des Hydraulikventils Druckspeicher 119 in den Flüssigkeitsmotor 41 strö-60 bei einer bestimmten Drehzahl nach unten ge- men und ihn antreiben, wodurch die Hohlwelle 29 drückt wird und das Hydraulikventil 60 sich dabei und der Kompressor 13 gedreht werden. Die über den öffnet. Ein Brennstoffventil 61 ist über ein thermisches Druckspeicher 119 angetriebene Welle ist über die Absperrventil 62 mit einem Sperrventil 63 und einem 10 Zahnräder 35 und 131 mit einem elektrischen Gene-Sperrventil 64 verbunden. Das lecksichere Sperrven- rator 129 verbunden, der über eine Leitung 133, in til 64 liegt in der Hauptbrennstoffleitung 67, während der ein Schalter 79 und eine Signallampe 134 liegen, das Sperrventil 63 in der Anlaßbrennstoffleitung 69 an einem Induktor 135 und der Zündkerze 23 eine liegt. Eine Leitung 71 führt vom Boden der ringför- Zündspannung erzeugt. Bei geschlossenem Schalter migen Brennkammer 17 zu einem Stellmotor 73, der 15 95 liefert der Generator 129 außerdem über die Leieinen Schalter 79 öffnet. Eine zweite Leitung 75 mit tung 96 Strom für die Magnetspule 97.
einem Fühler 76, der die Verbindung zu dem thermi- Bei der in der F i g. 2 gezeigten Stellung der Regelschen Absperrventil 62 herstellt, führt zu einem ande- elemente befindet sich das Anlaßtriebwerk in seiner ren Stellmotor 77, der mit einem Umschaltventil 81 Außerbetriebsstellung, in der das Anfahrventil 127 verbunden ist. ' 20 geschlossen, das Umschaltventil 81 gedreht, der KoI-

Die Brennstoffleitung 67 erhält den Brennstoff von ben 59 des Hydraulikventils 60 nach unten und der

der Brennstoffpumpe 83, die durch die Leitung 85 Kolben 99 des Brennstoffventils 61 nach oben bewegt

von dem nicht gezeigten Brennstofftank des Fahr- ist.

zeugs gespeist wird. Die Brennstoffpumpe 83, deren Der Druckspeicher 119 steht normalerweise noch Druck durch ein nicht gezeigtes Reglerventil und eine 25 von einem früheren Andrehvorgang unter Druck, so Umgehungsleitung geregelt wird, wird durch ein daß das Anlaßtriebwerk jederzeit angedreht werden Zahnrad 87 angetrieben, das mit einem Zahnrad 89 kann; andernfalls wird der Druckspeicher durch die der Welle 29 im Eingriff steht. Das Zahnrad 89 kämmt Pumpe 117 von Hand aufgeladen. Das Manometer außerdem mit einem Zahnrad 91, das mit einer 124 zeigt den zugehörigen Druck an. Da die Zuführ-Schmiermittelpumpe 93 verbunden ist. Links von der 30 leitung 122 zum Druckspeicher 119 mit einem Ventil Schmiermittelpumpe 93 befindet sich ein Stromkreis versehen ist, könnte auch eine geeignete Gasquelle 96 mit einem Schalter 95 und einer Magnetspule 97. zur Druckerzeugung verwendet werden. Zum Andre-Die Magnetspule 97 ist derart angeordnet, daß sich hen des Anlaßtriebwerkes öffnet der Pilot das nordie Stange 58 und der Kolben 59 des Hydraulikven- malerweise geschlossene Anfahrventil 127, wodurch tils 60 abwärts bewegen, wenn der Schalter 95 ge- 35 der Flüssigkeitsmotor 41 in Gang gesetzt wird. Der schlossen wird, so daß die unter Druck stehende Flüssigkeitsmotor 41 treibt dann den Kompressor 13, Hydraulikflüssigkeit durch eine Leitung 58 in den die Brennstoffpumpe 83, den elektrischen Generator Zylinder des Brennstoffventils 61 fließen kann. Dar- 129 und die Schmiermittelpumpe 93 an. Über das aufbin bewegt sich der Kolben 99 nach oben, wo- Umschaltventil 81, das sich in der in F i g, 1 gezeigten durch die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffleitung 40 Stellung befindet, strömt Hydraulikflüssigkeit in den 67 unterbrochen und das Anlaßtriebwerk ausgeschal- Behälter 107, wobei das Sperrventil 111 in der Leitet wird. tung 109 geschlossen ist; außerdem gelangt Hydrau-

Die Hydraulikflüssigkeit gelangt von dem als likflüssigkeit zum Kolben 59 des geschlossenen Pumpe arbeitenden Flüssigkeitsmotor 41 über die Hydraulikventils 60. Der Brennstoffdruck wird von Leitung 101 zu dem Umschaltventil 81, das in der 45 der Brennstoffpumpe 83 in Abhängigkeit von der gezeichneten Stellung die Hydraulikflüssigkeit über Drehzahl des Kompressors 13 erzeugt, und der Brenndie Leitung 103 zu dem in Sperrstellung gezeichneten stoff strömt durch das normalerweise offene Absperr-Hydraulikventil 60 hindurchläßt. Von dort führt eine ventil 62, das auf eine bestimmte Temperatur in der Leitung 98 in den Raum unterhalb des Kolbens 99 Brennkammer 17 anspricht. Während dieses ersten des normalerweise offenen Brennstoffventils 61. Die 50 Abschnitts des Andrehvorgangs ist der Brennstoff-Hydraulikflüssigkeit strömt vom Umschaltventil 81 druck genügend groß, um das Absperrventil 63 zu außerdem über die Leitung 105 in einen Behälter 107, öffnen, wodurch lediglich die Startdüse 21 mit Brennvon dem eine Leitung 109 über ein Reglerventil 111 stoff versorgt wird. Während dieses Abschnitts fließt zur Zuführungsleitung 113 des Flüssigkeitsmotors 41 ein elektrischer Strom durch den normalerweise geführt, so daß sich vom Flüssigkeitsmotor 41 zum Be- 55 schlossenen druckabhängigen Schalter 79 über die halter 107 und zurück zum Flüssigkeitsmotor 41 ein Signallampe 134, die Magnetspule 135 zur Zündkerze geschlossener Kreislauf ergibt. Eine Zweigleitung 115 23. Sobald durch die Startdüse 21 Brennstoff in die führt von der Leitung 109 des Behälters 107 über vom Kompressor 13 gelieferte, niedrig komprimierte eine Handpumpe 117 zu einem hydraulischen Druck- Luft eingespritzt wird, erfolgt die Zündung, und es speicher 119. Im Druckspeicher 119 befindet sich 60 entstehen Verbrennungsgase. Der hydraulische unterhalb einer flexiblen Membran 123 eine Gaskam- Druckspeicher 119 ist so ausgelegt, daß er den Anmer 121 mit einer durch ein Ventil schließbaren.Zu- trieb in der Zeit bis zum Beginn des zweiten Abführleitung 122. Der Druckspeicher 119 kann über Schnitts des Andrehvorgangs übernimmt. Zu diesem eine Handpumpe 117 oder aber von dem von der Zeitpunkt hat die Kompressorturbineneinheit eine TurbinelS angetriebenen Flüssigkeitsmotor 41 auf- 65 Drehzahl erreicht, bei der sich die Verbrennung selbst geladen werden. Die im Druckspeicher gespeicherte unterhält.

Druckenergie reicht dazu aus, das Anlaßtriebwerk Bei dem dieser Drehzahl entsprechenden Vefbren-

anzudrehen. nungsdruck öffnet sich der Schalter 79, und die Signal-

lampe 134 erlischt, worauf der Pilot das Anfahrventil 127 schließt und der nun als Pumpe laufende, von der Kompressorturbineneinheit angetriebene Flüssigkeitsmotor 41 den Druckspeicher 119 wieder auflädt. Wenn der Pilot zu Beginn des zweiten Abschnitts des Andrehvorgangs das Anfahrventil 127 nicht schließt, kann sich im hydraulischen Druckspeicher 119 kein Druck aufbauen. Zu Beginn des zweiten Abschnitts des Andrehvorgangs öffnet der Verbrennungsdruck den Schalter 79, unterbricht damit den Zündkreis, wodurch die Zündkerze 23 ausgeschaltet wird, und verstellt über den Stellmotor 77 automatisch das Umschaltventil 81, so daß der Flüssigkeitsmotor 41 aus dem Behälter 107 Hydraulikflüssigkeit ansaugt und in den hydraulischen Druckspeicher 119 pumpt. Der Stellmotor 77 könnte auch so geschaltet sein, daß er das Anfahrventil 127 automatisch schließt.

Während des zweiten Abschnitts des Andrehvorgangs ist der Brennstoffdruck groß genug, um das Absperrventil 64 zu öffnen, so daß jetzt über die Brennstoffdüse 19 eine größere Brennstoffmenge eingespritzt und die maximale Leistung erzielt wird.

Bei einer bestimmten Drehzahl der Welle 33, bei der das Anlaßtriebwerk abgeschaltet werden soll, betätigt der Drehzahlregler 53 das Hydraulikventil 60, so daß Hydraulikflüssigkeit in das Brennstoffventil 61 fließt und die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird. Der Hydraulikdruck hält das Hydraulikventil 60 in seiner unteren Stellung, so daß das Brennstoffventil 61 geschlossen bleibt.

Die Verbrennung wird somit beendet, der Brennstoffdruck sinkt in dem Maße ab, wie sich die Turbine verlangsamt, und die Absperrventile 63 und 64 schließen sich. Wenn kein Verbrennungsdruck mehr vorhanden ist, nimmt das Umschaltventil 81 wieder die in F i g. 1 gezeigte Stellung ein, und das Brennstoffventil 61 öffnet sich, da die Hydraulikflüssigkeit in den Behälter 107 strömt und der Kolben 59 des Hydraulikventils 60 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Der Andrehvorgang kann durch Schließen des Schalters 95 verkürzt werden. Zusätzliche Sicherheit ist dadurch vorgesehen, daß bei einer bestimmten Drehzahl des Kompressors 27 der Fliehkraftregler 53 das Hydraulikventil 60 betätigt und das Brennstoffventil 61 schließt. Hat das anzudrehende Gasturbinentriebwerk die Startdrehzahl erreicht, wird es durch die Freilaufkupplung 49 ausgekuppelt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zum Andrehen von Gasturbinentriebwerken bestimmtes Anlaßturbinentriebwerk (kurz »Anlaßtriebwerk«), welches seinerseits mittels eines von einem hydraulischen Druckspeicher gespeisten Flüssigkeitsmotors in Gang gesetzt wird, dadurchgekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die nach dem Ingangkommen des Anlaßtriebwerkes (z. B. unter Zuhilfenahme eines Umschaltventils 81, das vom sich in der Brennkammer 17 aufbauenden Druck umgesteuert wird) die von dem nun als Pumpe laufenden Flüssigkeitsmotor (41) geförderte Druckflüssigkeit in den hydraulischen Druckspeicher (119) leiten und diesen aufladen, wobei der für das Zünden des Anlaßtriebwerks erforderliche Zündstrom von einem Generator (129) erzeugt wird, welcher während der Ingangsetzung des Anlaßtriebwerkes durch die Kraft des Flüssigkeitsmotors (41) angetrieben wird.

2. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (83) des Anlaßtriebwerkes während der Ingangsetzung des letzteren durch die Kraft des Flüssigkeitsmotors (41) angetrieben wird.

3. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Generator (129) als auch die Kraftstoffpumpe (83) kraftschlüssig mit der Welle (29) der Kompressor-Turbinen-Einheit (13, 27) in Verbindung stehen.

4. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Umschaltventil (81) ein Mehrwegeventil ist, welches auf den von der sich selbst unterhaltenden Verbrennung herrührenden Druck in der Brennkammer (17) anspricht und den Ausgang des Flüssigkeitsmotors (41) auf den Druckspeicher (119) schaltet.

5. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zündvorrichtung (23, 129) ein druckempfindlicher Schalter (73) vorgesehen ist, der mit der Brennkammer (17) verbunden ist und den elektrischen Generator (129) bei einem Druck, der von der sich selbst unterhaltenden Verbrennung in der Brennkammer (17) herrührt, abschaltet.

6. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffzufuhr ein normalerweise geöffnetes Brennstoffventil (61) vorgesehen ist, welches sich über eine hydraulische Steuerung schließt, wenn eine vorbestimmte Drehzahl der eigentlichen Anlaßturbine (31) erreicht ist.

7. Anlaßtriebwerk nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein in der Verbindung zwischen dem Druckspeicher (119) und dem Flüssigkeitsmotor (41) angeordnetes offen- und schließbares Anfahrventil (127).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1022 423,
1041740, 1045 731;
USA.-Patentschrift Nr. 2 980173.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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