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Vorrichtung zur Verhinderung des Durchgehens von Wasserturbinen
Es kommt bei Wasserturbinen immer wieder vor, dass sie ihre normale Drehzahl plötzlich stark überschreiten, also, wie man sagt, durchgehen". Bei handgeregelten Turbinen kann zum Beispiel der Riemen zur Haupttransmission herunterfallen, wodurch die Turbine plötzlich fast ohne Belastung läuft und mit dem Rest der angetriebenen Maschinen durchgeht. Bei Turbinen mit automatischem Regler kann der Riemen der Ölpumpe des Reglers abfallen, wodurch der Regler ausgeschaltet wird und die Turbine bei Belastungsminderung ebenfalls durchgeht.
Besonders gefürchtet ist das Durchgehen bei Turbinen mit Propel1er- oder Kaplan-Laufrädern, weil bei diesen die Durchgangsdrehzahl bis über das Dreifache der normalen Drehzahl steigen kann und dieser ausserordentlichen Beanspruchung die Generatoren gewöhnlich nicht gewachsen sind und zerstört werden.
Es gibt verschiedene Vorrichtungen, um ein
Durchgehen der Turbinen zu verhindern. Bei kleinen Turbinen kann man z. B. eine
Abschlussklappe im Einlaufrohr zufallen lassen, deren Mechanismus durch ein Fliehkraftpendel ausgelöst wird. Bei Turbinen mit Regler und öldruckgesteuertem Reguliermechanismus kann man einen Windkessel als Druckspeicher an- ordnen, so dass trotz Ausfallens der Ölpumpe des Reglers ein Abstellen der durchgehenden Turbine erfolgen kann. Man kann auch schliesslich eine Vorrichtung'einbauen, die bei Durchgehen die Haupteintassschütze herabfallen lässt und somit die Turbine stillegt.
Alle diese Vorrichtungen sind jedoch kompliziert und teuer und ausserdem nicht ganz zuverlässig. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, diesem Mangel abzuhelfen und eine Vorrichtung zu schaffen, die bei Durchgehen der Turbine die Strömung vor dem Laufrad derart stört, dass ein wesentliches Überschreiten der normalen Tourenzahl verhindert wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung findet Anwendung bei Turbinen mit Spiralgehäuse, insbesondere bei Reiffenstein-Regellaufradturbinen, und kennzeichnet sich durch eine drehbare Klappe im Spiralgehäuse, welche bei Durchghen dr Turbine quer zur Strömung gestellt wird und dadurch eine ausserordentliche Störung der Strö- mung vor dem Laufrad erzeugt, ohne jedoch die Stromung ganz abzusperren.
In den Fig. 1-9 ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Spiralgehäuse einer ReiffensteinRegellaufradturbine im Achsschnitt, Fig. 2 das Spiralgehäuse mit der Klappe in Normalstellung und Fig. 3 die Strömung mit quergestellte Klappe in Bremsstellung. Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Spiralgehäuse mit fester Leitzunge und Störklappe in Bremsstellung.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Schnitt und Kreuzriss einer Spiralturbine mit Leitapparat und Störklappe in Normalstellung, Fig. 7 und 8 die Strömung um die Klappe in Normalstellung und Bremsstellung. Fig. 9 zeigt eine Störklappe mit flügelähnlichem Profil und die dabei auftretenden Kräfte.
In Fig. 1 bedeutet 1 das Spiralgehäuse, 2 das regelbare Laufrad und 3 das Saugrohr. Die
Störklappe 4 hat die gleiche Höhe wie das Spiral- gehäuse und ist um die Achse 5 drehbar, die hier parallel zur Turbinenwelle 6 ist. Fig. 2 zeigt das
Spiralgehäuse 1 im Längsschnitt mit einge- zeichneten Strömungslinien des Wassers. Die
Klappe 4 liegt in der Richtung der Stromung und beeinflusst diese nicht.
Fig. 3 zeigt die Strömungsverhältnisse bei in die Bremslage eingeschwenkter Klappe 4. Die
Spiralströmung im Gehäuse 1 ist ausserordentlich stark gestört, da die von der quergestellten Stölklappe 4 abgehenden Wirbelzöpfe 7 und 8 sich bis zum Laufrad spiralig emrollen. Dadurch vermindern sie nicht nur die durchgehende Wassermenge, sondern verändern auch die Eintrittswinkel und verschlechtern die richtige Beaufschlagung des Laufrades uerart, dass em Durchgehen der Turbine nicht mehr erfolgen kann.
Die Auslösung der Drehung der Störklappe erfolgt beispielsweise durch eine einfache Fliehkraftsteuerung, die bei einer gewissen Überschreitung der Normaldrehzahl in Funktion tritt Die Einleitung der Drehbewegung kann durch eine Feder, durch Gewichtswirkung od. dgl erfolgen, wobei zweckmässig das Profil der Klappe so gewählt ist, dass die entstehenden Reaktionskräfte des Wassers die Drehung begünstigen. Falls iir Einlaufieil des Spiralgehäuses eine feste Leitzunge 9 vorhanden ist, siehe Fig. 4, so kann die Störklappe 4 zweckmässig am Ende dieser Leitzunge angeordnet sein.
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die hier senkrecht zur TurbinenweUe 6 liegt.
Die Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch das Turbinengehäuse nach der Linie A-A mit eingezeichneten Strömungslinien, u. zw. zeigt Fig. 7 die Störklappe im Normalzustand in der Richtung der Strömung liegend, ohne diese nennenswert zu beeinflussen, Fig. 8 die Störklappe ausgeschwenkt und die Spitalströmung gestört. Auch hier winden sich die Wirbelzopfe 7 und 8 durch das ganze Spiralgehäuse bis in den Leitapparat 10 und in das Laufrad und zerstören dessen richtige Beaufschlagung.
Die Fig. 9 zeigt eine Störklappe 4 mit Flügelprofil im Schnitt bei eingezeichneten Strömunglinien. Der Angriffspunkt der Reaktionskraft R liegt vor dem Drehpunkt 5, so dass bei Lösen der Sperre diese Reaktionskraft die Klappe im Sinne des gebogenen Pfeiles zu drehen beginnt.
Es kann dadurch eventuell auf eine eigene Feder oder auf ein Gewicht, um die Drehung einzuleiten, verzichtet werden, oder können diese Organe viel schwächer gehalten werden.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrich- tung sind grösste Einfachheit und Billigkeit bei äusserster Wirksamkeit. Die Störklappe selbst nimmt in Bremsstellung nur einen kleinen Bruch-
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ist auch bei langen Rohrleitungen keine Gefahr eines Wasserschlages vorhanden. Sie kann bei jeder Art von Turbinen mit Spiralgehäuse angeordnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Verhinderung des Durchgehens von Wasserturbinen mit Spiralgehäuse, gekennzeichnet durch eine im Spiralgehäuse angeordnete drehbare Störklappe, die bei Über- schreitung der normalen Drehzahl quer zur Strömungsrichtung einstellbar ist.