DE2340012A1

DE2340012A1 - Blattsteigungsverstellvorrichtung fuer verstellpropeller

Info

Publication number: DE2340012A1
Application number: DE19732340012
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-02-21
Also published as: GB1420625A; DE2340012C3; FR2196022A5; JPS49132407A; JPS5617534B2; US3901626A; DE2340012B2

Description

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PATR WTAW

Dipl. ing. B. HOLZEB

AüGSBUHG

R. 860

Augsburg, den 1. August 1973

Rolls-Royce (197D Limited, :U/15 Conduit Street, London W.l, England,

Blattsteigungsverstellvorrichtung für Verstellpropeller

Die Erfindung betrifft eine Blattsteigungsverstellvorrichtung für Verstellpropeller, mit einer hydraulischen Antriebsvorrichtung mit naehgeschalteten Kraftübertragungsmitteln zum Drehen der Propellerblätter um ihre Längsachse, und mit einer Pumpe, die saugseitig an einen Hydraulikflüssigkeitsbehälter angeschlossen und förderseitig mittels

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eines Ventils wahlweise mit der Antriebsvorrichtung verbindbar ist.

Insbesondere handelt es sich um eine Propellerverstellvorrichtung für Gasturbinentriebwerke.

Bei Plugzeug-Gasturbinentriebwerken ist es von größter Wichtigkeit, das Gewicht aller Komponenten so weit wie möglich zu vermindern. Das bedeutet, daß bei Hydrauliksystemen vorzugsweise Hochdruckpumpen und -motoren verwendet werden müssen, wodurch sich jedoch die Dichtungsprobleme bei diesen Systemen vergrößern.

Bei bekannten Anordnungen zur Blattsteigungsverstellung von Verstellpropellern findet zur Erzeugung des Drehmoments zur Steigungsverstellung der Propellerblätter ein innerhalb der sich drehenden Propeller-Nasenhaube angeordneter Hydraulikantrieb Anwendung, welcher mittels einer, an einem feststehenden Teil des Triebwerksgehäuses angeordneten Pumpe mit Druckmittel beaufschlagt wird. Das Druckmittel von der außerhalb des Triebwerks angeordneten Pumpe muß durch eine Übergangsmuffe zu dem innerhalb des Triebwerks angeordneten Hydraulikantrieb geleitet werden,

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weshalb zur Vermeidung übermäßiger Leckverluste an der Muffe der mögliche Druck des Druckmittels beschränkt ist.

Bei Verstellpropellern von Gasturbinentriebwerken ist es außerdem wichtig, einen vom Piloten steuerbaren Motor vorzusehen, der in der Lage ist, beim Auftreten einer Betriebsstörung der Blattsteigungsverstellvorrichtung bei laufendem Triebwerk die Propellerblätter in Segelstellung zu bringen und, wenn das Triebwerk nicht läuft, die Propellerblätter zum Zwecke des Anlassens des Triebwerks aus der Segelstellung zurückzustellen.

Dieser Motor soll vorzugsweise mit einem Hochdruck-Hydraulikantrieb in Verbindung stehen, damit die Größe des Motors klein gehalten werden kann, was jedoch nicht möglich ist, wenn der Hydraulikdruck wegen der Überleitung der Hydraulikflüssigkeit von einem feststehenden Triebwerksteil durch eine Übergangsmuffe zu einem sich drehenden Triebwerksteil begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Blattsteigungsverstellvorrichtung der eingangs dargelegten Art so zu -verbessern, daß ein Betriebsdruck von mindestens 210 kp/cm gewählt werden kann und daß die Leckverluste

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durch Wegfall der Übergangsmuffe auf ein Minimum vermindert werden können. Außerdem soll eine solche BlattsteigungsverStellvorrichtung so ausgebildet werden, daß sie ein vollständig unabhängiges Hydrauliksystem darstellt» welches in der sich drehenden Nasenhaube des Verstellpropellers angeordnet ist und als vollständige Baugruppe ein- und ausbaubar ist, ohne daß die Hydraulikflüssigkeit abgelassen werden muß, und daß sie mittels eines externen, feststehenden Verstellmotors betätigbar ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Blattsteigungsverstellvorrichtung gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung, die Pumpe, der Hydraulikflüssigkeitsbehälter und das Ventil in einem zusammen mit dem Verstellpropeller um dessen Achse drehbaren Gehäuse angeordnet und fest mit demselben verbunden sind, und daß Mittel zum Antrieb der Pumpe bei
normalem Triebwerksbetrieb sowie wahlweise betätigbare
Hilfsantriebsmittel für die Pumpe vorgesehen sind.

Durch Anwendung einer solchen Anordnung können die Pumpe, die Antriebsvorrichtung und das Ventil für einen Betriebsdruck von 210 kp/cnr ausgelegt werden, und es ist keine Übergangsmuffe zum überleiten von Druckmittel von

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außerhalb nach innerhalb des sich drehenden Gehäuses notwendig.

Der Hydraulikflüssigkeitsbehälter ist vorzugsweise als Ringkammer ausgebildet, deren Außenwandung durch das Gehäuse gebildet und innerhalb derer die Pumpe angeordnet ist·

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Hilfsantriebsmittel für die Pumpe einen Motor auf, der in der Lage ist, die Pumpe bei stehendem Propeller im Sinne einer zum Anlassen des Triebwerks geeigneten Blattsteigungsverstellung oder im Falle eines Triebwerksausfalls anzutreiben.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein

Triebwerk mit Verstellpropeller und einer Blattsteigungsverstellvorrichtung nach der Erfindung, und

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Pig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt

durch die erfindungsgeraäße Blattsteigungsverstellvorrichtung des in Fig, I dargestellten Triebwerks.

Fig. 1 zeigt ein mit einem Verstellpropeller ausgerüstetes Gasturbinentriebwerk mit einem inneren Triebwerk 1, welch letzteres über ein Getriebe 3 den Verstellpropeller 2 antreibt. Der Propeller ist um die Triebwerksachse 4 drehbar. Zusätzlich sind die Propellerblätter um ihre eigenen Längsachsen 5 mittels einer Blattsteigungsverstellvorrichtung drehbar, welche in einem innerhalb des sich drehenden, üblicherweise als Nasenhaube bezeichneten Vorderteil 7 des Triebwerksgehäuse angeordneten Gehäuse 6 untergebracht ist.

Die Propellerblätter 2 sind auf einer Rotorscheibe 10 angeordnet, welche zwei Nabenscheiben 11 und 12 aufweist. Die Rotorscheibe 10 wird über einen Konus 13 angetrieben, der mit einer über das Getriebe 3 angetriebenen Hauptantriebswelle l4 keilverzahnt ist. Die Welle 14 ist in einem Lager 15 drehbar gelagert.

Die Steigungsverstellung der Propellerblätter erfolgt

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jeweils über eine Welle 20, die zwischen den beiden Nabenscheiben 11 und 12 verläuft und mit dem Schaufelfuß des betreffenden Propellerblattes verbunden ist. Die Propellerblätter sind jeweils in einem nicht dargestellten Lager gelagert. Das radial innere Ende der Welle 20 ist mit einem Kegelrad 21 versehen, welches von zwei beiderseits des Kegelrads 21 angeordneten Kegelrädern 22 und angetrieben wird. Die Kegelräder 22 und 23 sind mittels Keilverzahnungen 2k und 25 mit sich gegensinnig drehenden Teilen eines Flügelmotors 30 verbunden, welch letztere die Antriebsvorrichtung darstellt.

Der Plügelmotor 30 weist ein mit einer ersten Flügelreihe verbundenes Außengehäuse 31 und ein mit einer zweiten Flügeltfeihe verbundenes Innengehäuse 32 auf. Die beiden Flügelreihen und die Gehäuse bilden zusammen zwei Reihen von Kammern, die zum Zwecke der Drehung der Flügel mit öl füllbar oder entleerbar sind, so daß die beiden Gehäuse zum Zwecke der Drehung der Propellerblätter gegensinnig angetrieben werden. Die Drehrichtung der Propellerblätter zur Änderung ihres Anstellwinkels hängt davon ab, welche der beiden Kammerreihen jeweils mit öl gefüllt wird. Derartige Flügelmotoren sind bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 664 763 beschrieben. Der Flügelmotor ist

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im Gehäuse 6 angeordnet und an den Durchtrittsstellen der die Keilverzahnungen 2k und 25 tragenden Wellenstümpfe 35 und 36 durch das Gehäuse sind Dichtungen 33 vorgesehen.

Das öl wird den jeweils betreffenden Kammern des Flügelmotors durch ein schematisch dargestelltes Dreiwegeventil 40 zugeleitet. Dieses Ventil kann von beliebiger Bauart sein; ein geeignetes Ventil ist beispielsweise in der ÜS-PS 3 69O 788 beschrieben. Das Ventil ist jedoch vorzugsweise ein Servoventil, bei welchem eine Drehbewegung in eine lineare Folgebewegung umgesetzt wird.

Ein derartiges Ventil ist ein Spindelventil mit einer mittigen Spindel, die sich innerhalb des inneren Flügelmotorgehäuses bewegt. Die Konstruktion ist so gewählt, daß das Innengehäuse des Flügelmotors das Außengehäuse des Ventils ist. Bezüglich der Umfangsrichtung geschränkte, langgestreckte Schlitze in der Ventilspindel verbinden eine von einer Pumpe kommende ölzufuhrleitung und im Innengehäuse des Flügelmotors angeordnete Einlaßöffnungen derart, daß öl in eine Kammerreihe einströmt. Weitere schräg verlaufende Schlitze verbinden gleichzeitig eine Ablaßleitung mit öffnungen des Innengehäuses des Flügel-

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motors, so daß die jeweils andere Kammerreihe entleert wird. Im Betrieb werden bei axialer Bewegung der Spindel die ölzufuhrleitung bzw, die Ablaßleitung und die öffnungen des Flügelmotor-Innengehäuses derart in Verbindung gebracht, daß jeweils eine Kammerreihe des Flügelmotors mit öl gefüllt und die andere Kammerreihe entleert wird. Dadurch entsteht eine Drehung des Flügelmotorgehäuses, welche die Verbindung zwischen den öffnungen des Flügelmotor-Innengehäuses und der Schlitze der Ventilspindel wegen des schrägen Verlaufs der Schlitze zu unterbrechen sucht. Die Ventilsteuerung ist in Fig. 2 nicht im einzelnen dargestellt, da sie sich an einem mit Bezug auf die Schnittebene der Fig. 2 in Umfangsrichtung des Propellers versetzten Stelle befindet und an einer anderen Stelle durch den Antriebskonus 13 hindurchführt. Die Ventilsteuerung besteht aus einer Mutter 41, die über eine Welle 42 mit der Spindel verbunden ist. Bei Drehung eines Hebels 43 über den Steuerknüppel oder durch einen Elektromotor wird die Mutter 4l gedreht, die mit einem Gewinde auf einem feststehenden Rohr zusammenwirkt und daher eine Axialbewegung der Welle hervorruft. Dem Ventil 40 wird öl von einer Pumpe 50 über eine Rohrleitung 46 zugeleitet. Die öffnungen des Flügelmotor-Innengehäuses sind bei 47 und 48 dargestellt und die ölablaßleitung ist bei 49 angedeutet. Aus dem Flügelmotor abgelassenes

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öl gelangt in das Gehäuse 6 und wird, wie nachstehend beschrieben, zur Pumpe zurückgeleitet_β

Die Pumpe 50 ist eine Zahnradpumpe und für einen Betriebsdruck von etwa 210 kp/cm ausgelegt. Sie kann daher ebenso wie der Flügelmotor verhältnismäßig klein sein. Die Pumpe ist im Gehäuse 6 angeordnet und wird über ein Getriebe 51 von einer Welle 52 angetrieben, die aus einem durch den Antriebskonus 13 hindurchragenden Gehäusevorsprung herausragt, über eine Leitung 53 wird ein kleiner Teil des von der Pumpe kommenden Öls zur Schmierung der Lager des Getriebes abgezweigt.

Die Pumpe ist innerhalb eines Hydraulikflüssigkeitsbehälters 54 an der radial äußeren Wandung des Gehäuses 6 angeordnet und da das Gehäuse infolge einer Verbindung 55 mit der Nabenscheibe 11 der Rotorscheibe sich schnell dreht, ist das in den Pumpeneinlaß strömende öl im Betrieb infolge der Fliehkraft vorverdichtet.

Im Betrieb wird auch das im Gehäuse befindliche öl durch die Fliehkraft zur radial äußeren Wandung hin gedrückt und es ist daher am Behältereinlaß nur ein kleines feder-

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belastetes Kugelventil 56 erforderlich, damit das öl in den Behälter hineinströmen kann. Die Federbelastung ist so gewählt, daß das Ventil bei laufendem Triebwerk infolge der auf die Kugel wirkenden Fliehkraft stets geöffnet ist, jedoch bei sinkender Drehzahl schließt. Der Hydraulikflüssigkeitsbehälter ist daher stets vollständig gefüllt. Das vom Dreiwegeventil kO abgelassene öl oder in das Gehäuse 6 ausleckendes öl bildet auf der radial inneren Wandung des Hydraulikflüssigkeitsbehälters eine dünne Schicht und strömt durch das Ventil 56 in den Behälter hinein. Infolgedessen hat das öl praktisch keine Möglichkeit, durch die verschiedenen Dichtungen aus dem Gehäuse auszulecken·

Die Welle 52 wird durch ein Zahnrad 57 angetrieben, welches mit einem Zahnrad 58 auf einer Welle 59 außerhalb des Gehäuses 6 in Eingriff steht. Während des normalen Triebwerksbetriebs ist die Welle 59 so verriegelt, daß sie bezüglich der Welle 52 feststeht. Da die Welle 52 und das Zahnrad 57 zusammen mit dem Gehäuse 6 um die Triebwerksachse rotieren, rollt das Zahnrad 57 auf dem Zahnrad 58 ab und treibt das Getriebe 51 an.

Damit die Propellerblätter auch bei stehendem Triebwerk drehbar sind, ist die Welle 59 mittels eines elektrischen

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Hilfsmotors 6θ drehbar, der am Haupttriebwerkgehäuse montiert ist. Die Welle 59 ist in einem Lager 6i drehbar gelagert« Diese Notwendigkeit kann in zwei möglichen Fällen auftreten. Der erste Fall tritt auf, wenn Gegengewichte verwendet werden, um den im Betrieb auf die Propellerblätter wirkenden Zentrifugaldrehmomenten entgegenzuwirken. In diesem Falle neigt das Triebwerk zum Anhalten, wenn die Propellerblätter in der Segelstellung stehen, was das Anlassen des Triebwerks schwierig macht· Es ist in diesem Falle daher notwendig, die Propellerblätter aus der Segelstellung herausdrehen zu können. Der Pilot wählt lediglich über das Ventil 4o kleine Steigung und betätigt dann den Motor 60, so daß die Pumpe angetrieben wird und öl zum Flügelmotor fördert· Der zweite mögliche Fall ist ein Triebwerksausfall, bei welchem es zur Verminderung des "Windmühlen"-Widerstands des Propellers notwendig ist, die Propellerblätter in Segelstellung zu stellen. Wenn keine Gegengewichte benützt werden, versuchen die auf die Propellerblätter wirkenden Zentrifugaldrehmomente diese auf kleine Steigung zu stellen, so daß der Motor 60 ebenfalls in der Lage sein muß, die Schaufeln in diesem Falle in Segelstellung zu drehen. Zu diesem Zweck wählt der Pilot über das Dreiwegeventil 40 große Steigung und beim Auslaufen

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des Triebwerks wird der Motor 60 durch den Piloten betätigt, so daß der Öldruck in der Antriebsvorrichtung aufrechterhalten wird.

Die Erfindung beinhaltet also eine Blattsteigungsverstellvorrichtung, welche infolge der Verwendung von unter hohem Druck stehendem Druckmittel klein und kompakt ist und durch die Anordnung der Pumpe innerhalb des sich drehenden Gehäuses das Problem der Überleitung von unter hohem Druck stehendem öl aus einer externen Pumpe durch eine Übergangsmuffe löst.

Außerdem wird infolge des an der radial äußeren Wandung des sich drehenden Gehäuses angeordneten Hydraulikflüssigkeitsbehälter sämtliches Lecköl automatisch in den Behälter zurückgeleitet und es herrscht innerhalb des Gehäuses praktisch kein Öldruck. Infolgedessen kann das sich drehende Gehäuse wirksam abgedichtet werden und das gesamte Hydrauliksystem, d.h. die Pumpe, der Hydraulikbehälter, der Flügelmotor und das Dreiwegeventil können als komplette Baugruppe ohne Ablassen des Öles in den Propeller eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden.

Zur Vereinfachung der letztgenannten Konstruktion

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sind alle Verbindungen von Teilen zwischen dem Inneren und dem Äußeren des rotierenden Gehäuses als Keilverzahnungen ausgeführt und alle Dichtungen als Gleitdichtungen ausgebildet.

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Claims

Patentansprüche

(!,jBlattsteigungsverstellvorrichtung für Verstellpropeller, mit einer hydraulischen Antriebsvorrichtung mit nachgeschalteten Kraftübertragungsmitteln zum Drehen der Propellerblätter um ihre Längsachsen, und mit einer Pumpe, die saugseitig an einen Hydraulikflüssigkeitsbehälter angeschlossen und förderseitig mittels eines Ventils wahlweise mit der Antriebsvorrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (30), die Pumpe (50), der Hydraulikflüssigkeitsbehälter (5¹O und das Ventil (¹IO) in einem zusammen mit dem Verstellpropeller um dessen Achse drehbaren Gehäuse (6) angeordnet und fest mit demselben verbunden sind, und daß Mittel (51* 52, 57) zum Antrieb der Pumpe bei normalem Triebwerksbetrieb sowie wahlweise betätigbare Hilfsantriebsmittel (59* 60) für die Pumpe vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der .Hydraulikflüssigkeitsbehälter (5H) als Ringkammer ausgebildet ist, deren Außenwandung durch das

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Gehäuse (6) gebildet und innerhalb welcher die Pumpe (50) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Antrieb der Pumpe (50) bei normalem Triebwerksbetrieb ein Zahnrad (57) und eine damit verbundene Welle (52) aufweisen, welche zusammen mit dem Gehäuse (6) um die Propellerachse umlaufen, und daß das genannte Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad (58) in Eingriff steht, welches bei normalem Triebwerksbetrieb nicht drehbar ist.
4« Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das genannte weitere Zahnrad (58) wahlweise von den Hilfsantriebsmittein (60) angetrieben oder am Drehen gehindert wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsantriebsmittel einen Elektromotor (60) aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) lösbar mit dem Propeller verbunden ist, derart, daß die gesamte

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Blattsteigungsverstellvorrichtung als gesonderte Baugruppe aus- und einbaubar ist.

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