DE1281270B - Combined de-icing and pressurized fluid cooling device for a blade rotor - Google Patents
Combined de-icing and pressurized fluid cooling device for a blade rotorInfo
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Description
Kombinierte Enteisungs-und Druckflüssigkeitskühl-Einrichtung für einen Schaufelrotor Die Erfindung betrifft eine kombinierte Enteisungs- und Druckflüssigkeitskühl-Einrichtung für einen Schaufelrotor mit einer Nabenhaube, die entweder Teil einer Rotornabe ist oder von der Rotornabe getragen wird, und einer durch die Nabe verlaufenden Druckflüssigkeitsleitung für warme Druckflüssigkeit.Combined de-icing and hydraulic fluid cooling device for one Blade rotor The invention relates to a combined de-icing and hydraulic fluid cooling device for a vane rotor with a hub cap that is either part of a rotor hub is or is carried by the rotor hub, and one passing through the hub Hydraulic fluid line for warm hydraulic fluid.
Der Ausdruck »Schaufelrotor« bezieht sich auf Propeller, Windmotoren, Gebläse, Verdichter u. dgl. Da ein Eisansatz an vorspringenden Teilen eines Flugzeuges dessen Flugeigenschaften beeinträchtigen kann, ist es bekannt, vorspringende Teile von Flugzeugen zu enteisen. Bei einer bekannten Enteisungseinrichtung wird Luft, die in ein in Flugrichtung offenes Rohr eingedrückt wird, innerhalb des Flugzeuges durch einen Wärmeaustauscher geführt. Die erwärmte Luft strömt dann durch ein Rohr nach vorn zu einem Propeller des Flugzeuges. Im Bereich des Propellers gelangt die erwärmte Luft in einen Ringkanal, der in einen entgegengesetzt gerichteten Ringkanal des Propellers eingreift. An den Ringkanal des Propellers sind verschiedene Verteilerrohre angeschlossen, über welche die warme Luft zur Propellernase und zu den Propellerschaufeln führbar ist. Die warme Luft wird, nachdem sie an den von ihr zu bestreichenden Flächen vorbeigeströmt ist, nach außen abgeleitet.The term "blade rotor" refers to propellers, wind motors, Blower, compressor and the like. There is an accumulation of ice on projecting parts of an aircraft whose flight characteristics can affect it is known projecting parts to de-ice from aircraft. In a known de-icing device, air is which is pressed into a pipe that is open in the direction of flight, inside the aircraft passed through a heat exchanger. The heated air then flows through a pipe forward to a propeller of the aircraft. In the area of the propeller, the heated air in an annular channel, which in an oppositely directed annular channel of the propeller engages. There are various distribution pipes on the ring channel of the propeller connected, through which the warm air to the propeller nose and the propeller blades is feasible. The warm air is after it has passed the surfaces to be coated has flowed past, diverted to the outside.
Bei einer anderen bekannten Enteisungseinrichtung, die bei Verdichtern für Gasturbinentriebwerke zum Einsatz kommt, wird die erwärmte Luft über mehrere Kanäle zu einem zentralen Verteiler innerhalb der Nasenspitze des Verdichters geführt. Nachdem die erwärmte Luft dann zwischen der doppelwandigen Nasenhaube entlanggeströmt ist, wird sie über Auslaßöffnungen nach draußen abgeführt.In another known de-icing device, that of compressors for gas turbine engines is used, the heated air is over several Channels led to a central manifold inside the nasal tip of the compressor. After the heated air has flowed along between the double-walled nasal hood is, it is discharged to the outside via outlet openings.
Nachteilig ist bei diesen bekannten, mit erwärmter Luft arbeitenden Einrichtungen, daß die erwärmte Luft exzentrisch zur Triebwerksachse zur besonders eisansatzgefährdeten Nasenhaube geführt wird. Dies bedingt recht aufwendige Leitungssysteme, welche das Triebwerk, sei es ein Gasturbinentriebwerk oder ein Kolbenmotor, schwerer werden lassen.The disadvantage of these known ones that work with heated air Facilities that the heated air is eccentric to the engine axis for special nasal hood at risk of ice build-up. This requires quite complex piping systems, which makes the engine, be it a gas turbine engine or a piston engine, heavier be let.
Bei einer weiteren bekannten Enteisungseinrichtung dient als Wärmeübertragungsmittel eine erwärmte Flüssigkeit. Diese erwärmte Flüssigkeit, welche öl sein kann, wird mittels einer Pumpe durch eine Rohrschlange gedrückt, die einen Abgasstutzen umschließen kann. Das durch die Rohrschlange fließende erwärmte öl gelangt dann zu den zu erwärmenden Teilen, beispielsweise der Nase des Flugzeuges. In diese Nase sind eine Anzahl von Rohren eingelegt, durch die das erwärmte öl dann zu einem Sammelpunkt zurückströmt. Auch bei dieser Enteisungseinrichtung ist es nicht möglich, die erwärmte Flüssigkeit bei einem umlaufenden Propeller diesem zentral zuzuführen. Deshalb ist auch die mit erwärmtem öl arbeitende Enteisungsvorrichtung aufwendig, sobald auch der Propeller mit erwärmt werden soll.In another known de-icing device, a heated liquid is used as the heat transfer medium. This heated liquid, which can be oil , is pressed by means of a pump through a pipe coil that can enclose an exhaust gas nozzle. The heated oil flowing through the pipe coil then reaches the parts to be heated, for example the nose of the aircraft. A number of tubes are inserted into this nose, through which the heated oil then flows back to a collection point. With this de-icing device, too, it is not possible to supply the heated liquid centrally to a rotating propeller. Therefore, the de-icing device working with heated oil is expensive as soon as the propeller is also to be heated.
Bei Propellermotoren und Gastriebwerken ist es notwendig, das zur Schmierung oder zu Stellzwecken benötigte öl ständig zu kühlen. Die Abkühlung wird dabei für gewöhnlich in besonderen ölkühlern vorgenommen.With propeller engines and gas engines, it is necessary to constantly cool the oil required for lubrication or adjustment purposes. The cooling is usually carried out in special oil coolers.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einerseits eine Enteisungseinrichtung für ein Flugzeug zu vereinfachen und andererseits einen besonderen Kühler für warme Druckflüssigkeit entbehrlich zu machen.It is the object of the invention, on the one hand, to provide a deicing device to simplify for an airplane and on the other hand a special cooler for warm ones To make hydraulic fluid dispensable.
Die gestellte Aufgabe ist bei einer kombinierten Enteisungs- und Druckflüssigkeitskühl-Einrichtung für einen Schaufelrotor mit einer Nabenhaube, die entweder Teil einer Rotornabe ist oder von der Rotornabe getragen wird, und einer durch die Nabe verlaufenden Druckflüssigkeitsleitung für warme Druckflüssigkeit dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung ein in der Druckflüssigkeitsleitung befindliches Druckminderventil nahe der inneren Oberfläche eines Nasenabschnitts der Nabenhaube derart angeordnet ist, daß die aus dem Druckminderventil austretende Flüssigkeit zuerst auf den Nasenabschnitt der Nabenhaube auftrifft, dann an der inneren Oberfläche des Nasenabschnitts abzentrifugiert wird und danach wieder in den Druckflüssigkeitskreislauf gelangt.The task at hand is for a combined de-icing and hydraulic fluid cooling device for a vane rotor with a hub cap that is either part of a rotor hub is or is carried by the rotor hub, and one passing through the hub Hydraulic fluid line for warm hydraulic fluid solved in that according to the Invention one located in the hydraulic fluid line Pressure reducing valve so arranged near the inner surface of a nose portion of the hub cap is that the liquid exiting the pressure reducing valve hits the nose portion first strikes the hub cap, then centrifuged off on the inner surface of the nose portion and is then returned to the hydraulic fluid circuit.
Die in der durch die Nabe verlaufenden Druckflüssigkeitsleitung strömende warme Druckflüssigkeit erwärmt damit die Nabenhaube so weit, daß sich an ihr kein Eis bilden kann. Andererseits wird die warme Druckflüssigkeit jedoch so weit abgekühlt, daß sie, ohne noch einen besonderen Kühler durchlaufen zu müssen, wieder in den Flüssigkeitskreislauf eingeführt werden kann.The hydraulic fluid line flowing through the hub warm hydraulic fluid heats the hub cap so far that no Ice can form. On the other hand, however, the warm hydraulic fluid is cooled down to such an extent that that they can be returned to the Liquid circuit can be introduced.
Die zum Einsatz kommende Druckflüssigkeit ist üblicherweise Öl, das innerhalb der Nabe des Rotors umläuft. Da die Druckflüssigkeit längs der inneren Oberfläche der Nabenhaube radial abzentrifugiert wird, erfolgt außerdem bei diesem Abzentrifugieren eine Trennung von Druckflüssigkeit und Luft; die Druckflüssigkeit kann damit von Luft befreit in den Druckflüssigkeitskreislauf zurückgeführt werden.The hydraulic fluid used is usually oil that circulates within the hub of the rotor. Since the pressure fluid is centrifuged off radially along the inner surface of the hub cap, a separation of pressure fluid and air also takes place during this centrifugation; the hydraulic fluid can thus be returned to the hydraulic fluid circuit, free of air.
Wenn im folgenden von »öl« gesprochen wird, so versteht es sich von selbst, daß damit auch andere Flüssigkeiten gemeint sein können. When "oil" is spoken of in the following, it goes without saying that other liquids can also be meant.
Die Druckflüssigkeitsleitung erhält ihr Drucköl von einer Pumpe, die außerhalb des Schaufelrotors angeordnet sein kann. Im allgemeinen ist dann auch ein Behälter, aus dem die Flüssigkeit von der Pumpe entnommen wird und in den die abzentrifugierte Flüssigkeit wieder gelangt, außerhalb des Rotors angeordnet. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine das Öl fördernde Pumpe innerhalb der Nabe des Rotors anzuordnen und vom Schaufelrotor antreiben zu lassen. Der ölbehälter, aus dem die Pumpe das Öl absaugt, kann dabei von ringförmiger Gestalt sein und von oder innerhalb der Nabe gebildet sein.The pressure fluid line receives its pressure oil from a pump which can be arranged outside of the blade rotor. In general, a container from which the liquid is removed by the pump and into which the centrifuged liquid returns is then also arranged outside the rotor. According to an advantageous embodiment of the invention, however, it is also possible to arrange a pump conveying the oil within the hub of the rotor and to have it driven by the vane rotor. The oil container from which the pump sucks the oil can be of an annular shape and be formed by or within the hub.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung stimmt die Achse der Druckflüssigkeitsleitung mit der Drehachse des Rotors überein. Die Druckflüssigkeitsleitung ist dann ein zentrales Rohr, das axial durch die Rotornabe verläuft. Die Ventilkörperachse des Druckminderventils liegt dann ebenfalls in der Drehachse des Rotors, so daß die Flüssigkeit, die vom Druckminderventil abgegeben wird, auf die Mitte des Nasenabschnitts der Nabenhaube auftrifft. Gerade dort würde sich am ehesten Eis bilden. Das abzentrifugierte Öl fließt durch eine Drainageleitung zurück, die ebenfalls durch die Nabe verläuft und das zentrale Rohr umgibt.In a further embodiment of the invention, the axis of the hydraulic fluid line coincides with the axis of rotation of the rotor. The hydraulic fluid line is then a central tube that runs axially through the rotor hub. The valve body axis of the pressure reducing valve then also lies in the axis of rotation of the rotor, so that the liquid which is discharged from the pressure reducing valve impinges on the center of the nose section of the hub cap. This is where ice is most likely to form. The centrifuged oil flows back through a drainage line, which also runs through the hub and surrounds the central tube.
Vorzugsweise ist die Nabenhaube doppelwandig ausgeführt. Das vom Druckminderventil abgegebene Öl kann dann in den Zwischenraum zwischen die beiden Wände eintreten und von dort durch geeignete Öffnungen um den inneren Umfang der Nabenhaube strömen. Vorzugsweise sollte jedoch das Druckminderventil auf die innerste Oberfläche der Nabenhaube fördern, und zwar sowohl bei ein- als auch doppelwandigen Hauben, bei denen ein ringförmiges Ablenkteil innerhalb der Nabenhaube nahe des Nasenabschnitts vorgesehen ist, der das radial nach außen abzentrifugierte Öl führL Das Ablenkteil hat vorzugsweise die Form einer Schüssel, deren konvexe Seite zur Nabenhaube hin gerichtet ist. Hinter dem Ablenkteil strömt die abzentrifugierte Flüssigkeit radial zur zentralen Drainageleitung in der Nabe zurück.The hub cap is preferably double-walled. The oil released by the pressure reducing valve can then enter the space between the two walls and flow from there through suitable openings around the inner circumference of the hub cap. Preferably, however, the pressure reducing valve should convey to the innermost surface of the hub cap, both with single-walled and double-walled hoods, in which an annular deflecting part is provided within the hub hood near the nose section which guides the oil centrifuged off radially outwards. The deflecting part preferably has the shape of a bowl, the convex side of which is directed towards the hub cap. Behind the deflector, the centrifuged liquid flows back radially to the central drainage line in the hub.
Das abzentrifugierte Öl kann den Raum in der Nabenhaube durch Öffnungen verlassen, die innerhalb des ringförmigen Ablenkteils angeordnet sind, von dem sie ummantelt sind. Dadurch wird verhindert, daß das Öl unmittelbar in die Drainageleitung fließt, ohne daß es vorher genügend zentrifugiert wurde. Diese Öffnungen können unmittelbar mit der Drainageleitung in Verbindung stehen, die durch die bereits erwähnte Leitung, welche ein zentrales Leitungsrohr umgibt, gebildet ist.The centrifuged oil can leave the space in the hub cap through openings which are arranged within the annular deflecting part by which they are encased . This prevents the oil from flowing directly into the drainage line without having been sufficiently centrifuged beforehand. These openings can be directly connected to the drainage line, which is formed by the already mentioned line, which surrounds a central conduit pipe.
Ein typisches Anwendungsbeispiel der Erfindung ist ein Flugzeugpropeller, dessen Schaufelverstellung eine Veränderung der Steigung bewirkt.A typical application example of the invention is an aircraft propeller, whose blade adjustment causes a change in the slope.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand einer Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention will now be based on a drawing explained in more detail.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Nabe, einen SchaufelversteHmechanismus und eine Nabenhaube eines Flugzeugpropellers mit der Einrichtung zur Verhütung von Eisbildung und zum Kühlen des öls.The figure shows a longitudinal section through a hub, a blade adjustment mechanism and a hub cap of an aircraft propeller with the means for preventing Ice formation and to cool the oil.
Der Propeller hat einen Nabenverband 1, in dem die Schaufelfüße 2 einer Anzahl von Schaufeln drehbar gelagert sind. In der Zeichnung ist nur der Schaufelfuß einer Schaufel gezeigt.The propeller has a hub structure 1 in which the blade roots 2 of a number of blades are rotatably mounted. Only the blade root of a blade is shown in the drawing.
Die Zufuhr von Drucköl zur Nabe geschieht durch ein zentrales Rohr 3, das durch die Nabe verläuft und dessen Achse mit der Drehachse des Propellers übereinstimmt. Das Rohr 3 liefert das Öl als eine hydraulische Flüssigkeit für die Betätigung eines hydraulischen Kolbenmotors 4 zum Verstellen der Schaufeln.The supply of pressure oil to the hub takes place through a central tube 3 which runs through the hub and whose axis coincides with the axis of rotation of the propeller. The pipe 3 supplies the oil as a hydraulic fluid for the actuation of a hydraulic piston motor 4 for moving the blades.
Das Rohr 3 steht (rechts in der Zeichnung) mit der Förderseite einer maschinengetriebenen Pumpe (nicht gezeigt) in Verbindung, die Öl von einem in der Maschine befindlichen Behälter absaugt. Eine Drainageleitung 15, die das mittlere Rohr 14 umgibt, führt von der Nabe 1 zurück zum Behälter, der ebenfalls nicht gezeigt ist.The pipe 3 is connected (on the right in the drawing) to the delivery side of a machine-driven pump (not shown) which sucks oil from a container located in the machine. A drainage line 15, which surrounds the central tube 14, leads from the hub 1 back to the container, which is also not shown.
Eine vordere Begrenzungswand 16 des Zylinders des Schaufelverstellmotors 4 ist im allgemeinen kegelstumpfförmig und trägt eine Blechnabenhaube 17, deren Nasenabschnitt 17 a im allgemeinen doppelwandig ausgeführt ist. Das Druckrohr 3 verläuft nach vorn durch die Nabe, und ein Druckminderventil 18 ist am vorderen Ende des Rohrs, d. h. links in der Zeichnung, unmittelbar benachbart zum Nasenabschnitt 17 a der Nabenhaube 17 und in unmittelbarer Nähe zu deren innerer Wand, angebracht. Das Ventil 18 besitzt einen mit einer Feder vorgespannten Ventilkörper 19, dessen Achse mit der Drehachse übereinstimmt. Das Ventil fördert auf die innere Oberfläche der inneren Wand des Nasenabschnitts 17 a in der Mitte der Nabenhaube.A front wall 16 of the cylinder of Schaufelverstellmotors 4 is frusto-conical in general, and carrying a spinner plate 17 of which the nose portion is generally carried out double-walled 17 a. The pressure tube 3 extends forward through the hub, and a pressure reducing valve 18 is at the front end of the tube, i. H. on the left in the drawing, immediately adjacent to the nose section 17 a of the hub cap 17 and in close proximity to the inner wall thereof. The valve 18 has a valve body 19 which is prestressed by a spring and whose axis coincides with the axis of rotation. The valve promotes the inner surface of the inner wall of the nose portion 17 a in the center of the hub cap.
Ein ringförmiges Ablenkteil 20, das eine schüsselähnliche Form hat und das Ventil 18 umgibt, befindet sich innerhalb der Nabenhaube 17 nahe dem Nasenabschnitt, um das abgegebene Öl, wenn es radial nach außen abzentrifugiert wird, zu führen. Dieses Ablenkteil bewirkt, daß das Öl ausreichend zentrifugiert wird, bevor es durch ringförmig angeordnete radiale Drainageöffnungen 22, die vom Ablenkteil 20 ummantelt sind, zurückfließt. Die Richtung des Ölstroms vom Ventil 18 zurück zum Behälter durch die Drainageleitung 15 ist durch Pfeile A angedeutet. Die Drainageöffnungen 22 verlaufen durch das zylindrische Ende der Begrenzungswand 16 und die Wand eines Rohrzapfens 23, in dem das vordere Ende des Rohrs 3 und das Ventil 18 gelagert sind und auf dem Kolben 5 gleitet. Das vordere Ende des Rohrzapfens 23 ist selbst in der Begrenzungswand 16 des Zylinders gelagert.An annular baffle 20, which is bowl-like in shape and surrounds valve 18 , is located within hub cap 17 near the nose portion to guide the discharged oil as it is centrifuged radially outward. This deflector has the effect that the oil is sufficiently centrifuged before it flows back through annularly arranged radial drainage openings 22 which are encased by the deflector 20. The direction of the oil flow from the valve 18 back to the container through the drainage line 15 is indicated by arrows A. The drainage openings 22 run through the cylindrical end of the boundary wall 16 and the wall of a pipe journal 23 in which the front end of the pipe 3 and the valve 18 are mounted and slide on the piston 5. The front end of the pipe journal 23 is itself mounted in the boundary wall 16 of the cylinder.
Bei Betrieb der Maschine und des Propellers wird in anderen Arbeitskreisläufen erwärmtes Drucköl kontinuierlich zum Leitungsrohr 3 gefördert und während der meisten Zeit durch das Druckminderventil 18 am vorderen Ende der Nabe 1 abgegeben. Das heiße Öl strömt durch das Ventil 18 und trifft auf die Wand des Nasenabschnitts 17 a der Nabenhaube auf, wo es eine Eisbildung auf der äußeren Oberfläche der Nabenhaube 17 verhindert, wenn die Gefahr der Eisbildung besteht. Das Öl wird zwischen der inneren Wand des Nasenabschnitts 17 a und dem Ablenkteil 20 radial nach außen abzentrifugiert, wie durch die Pfeile A angedeutet ist. Der ölumlauf ist derart, daß das Öl, das sich zwischen dem Nasenabschnitt 17 a und der zylindrischen Wand 16 befindet, durch die Drainageöffnungen 22 in die Drainageleitung 15 gezwungen wird, von wo es in den Behälter zurückgelangt.When the machine and the propeller are in operation, pressurized oil, which is heated in other working circuits, is continuously conveyed to the line pipe 3 and discharged through the pressure reducing valve 18 at the front end of the hub 1 for most of the time. The hot oil flows through the valve 18 and hits the wall of the nose portion 17 a of the hub cap, where it prevents ice formation on the outer surface of the hub cap 17 when there is a risk of ice formation. The oil is centrifuged off radially outward between the inner wall of the nose section 17 a and the deflecting part 20, as indicated by the arrows A. The oil circulation is such that the oil, which is located between the nose portion 17 a and the cylindrical wall 16, is forced through the drainage openings 22 into the drainage line 15 , from where it gets back into the container.
Dadurch, daß das Druckminderventil 18 sich nahe der Nase der Nabenhaube 17 befindet, gibt das Öl seine Wärme in der Mitte der Nabenhaube ab, was vom Enteisungsstandpunkt aus die wichtigste Stelle ist, weil sich dort zuerst Eis bilden würde. Gleichzeitig wird das heiße Öl gekühlt, so daß die vorgeschlagene Anordnung sowohl einen ölkühler als auch ein Enteisungsgerät für die Nabenhaube darstellt.Because the pressure reducing valve 18 is located near the nose of the hub cap 17 , the oil gives off its heat in the center of the hub cap, which is the most important point from a de-icing point of view, because ice would form there first. At the same time, the hot oil is cooled, so that the proposed arrangement represents both an oil cooler and a deicing device for the hub cover.
Wenn das Öl in Berührung mit der inneren Wand der Nabenhaube 17 radial nach außen läuft, erhitzt es die restliche Oberfläche der Nabenhaube zu einem gewissen Grad, dieser Erhitzungseffekt nimmt jedoch proportional zum Abstand von der Drehachse ab.When the oil runs radially outward in contact with the inner wall of the hub cap 17 , it heats the remaining surface of the hub cap to some extent, but this heating effect decreases in proportion to the distance from the axis of rotation.
Da das Öl radial nach außen abzentrifugiert wird, wenn es das Ventil 18 verläßt, trennen sich Öl und Luft. Dadurch dient die Anordnung also nicht nur zum Enteisen und Ölkühlen, sondern auch noch zum Trennen von Öl und Luft.Since the oil is centrifuged radially outward as it exits valve 18 , oil and air separate. As a result, the arrangement is not only used for de-icing and oil cooling, but also for separating oil and air.
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