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Verfahren und Einrichtungen zur Begrenzung der Durchgangsdrehzahl bei doppeltregulierten Kaplan-Turbinen
Wird eine Turbine völlig entlastet, so erhöht sich ihre Drehzahl so lange, bis praktisch die gesamte mit der antreibenden Flüssigkeit zugeführte Energie innerhalb der Turbine durch Reibungs- und Umsetzungsverlustc vernichtet wird. Es stellt sich dabei im Beharrungszustand die sogenannte Durchgangsdrehzahl ein. In diesem Zustand wird also nach aussen kein nutzbares Moment abgegeben. Es wird nur ein vernachlässigbar kleiner Teil der Energie der Antriebsflüssigkeit zur Überwindung der äusseren Verluste wie Lagerreibungsverluste, Ventilationsverluste, gegebenenfalls Getriebeverluste usw. umgesetzt.
Die Verluste innerhalb einer Kaplan-Turbine und damit die Durchgangsdrehzahl einer solchen hängen bei gegebener Fall-und Saughöhe sehr stark von der jeweiligen Öffnung des Leitapparates und des Laufrades ab. Die maximale Durchgangsdrehzahl, die dabei überhaupt auftreten kann, stellt sich demzufolge bei einer bestimmten Kombination zwischen Leit-und Laufradöffnung ein-Diese gehört normalerweise nie zu den Zuordnungen zwischen Leit- und Laufradöffnung, die eingehalten werden müssen, um die Turbine im normalen Betriebsgebiet stets mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad zu betreiben. Bei Einhaltung dieser "normalen" Abhängigkeit zwischen Leit- und Laufradöffnung bleibt die Durchgangsdrehzahl immer unter dem höchstmöglichen Wert.
Da aber die Koppelung zwischen Leit- und Laufradöffnung nicht starr und zwangsläufig ist, kann sich unter Umständen auch jede andere Kombination einstellen, also auch diejenige, bei der die Durchgangsdrehzahl ihren maximalen Wert erreicht. Mit Rücksicht auf die Folgen ist es daher allgemein üblich, die Turbine und vor allem den Generator konstruktiv für den Betrieb bei höchstmöglicher Durchgangsdrehzahl auszubilden. Da die maximale Durchgangsdrehzahl einer Kaplan-Turbine aber bis zum Dreifachen der Betriebsdrehzahl und sogar darüber ansteigen kann, hat dies den Nachteil, dass dadurch in den meisten Fällen erhebliche Mehrkosten entstehen. Darum ist es das Bestreben, die der Berechnung von Turbine und Generator zugrundezulegende Durchgangsdrehzahl mittels geeigneter Massnahmen herabzusetzen.
Hiefür gibt es neben der Entwicklung geeigneter Kaplanbeschaufelungen, bei denen unter Erfüllung der im normalen Betriebsgebiet an sie gestellten Forderungen die "maximale Durchgangsdrehzahl" möglichst niedrig liegt, eine Reihe bekannter Massnahmen.
So ist es z. B. bekannt, Elemente vorzusehen, die bei "Durchgang" der Turbine so in die Strömung eingeführt werden, dass sie zusätzlich deren Energie vernichten, so dass der Beharrungszustand schon bei niedrigeren Durchgangszahlen erreicht wird. Hiezu gibt es eine Reihe von Vorschlägen. Der Einsatz dieser Zusatzeinrichtungen, z. B. Bremsflügel, wird von dem mit steigender Drehzahl eintretenden Zuwachs der Fliehkraft gesteuert. Ebenso ist es bekannt, den Generator bei Lastabfall durch Einschalten eines zusätzlichen Wasserwiderstandes zu belasten, bevor die höchste Drehzahl erreicht ist. Eine weitere bekannte Massnahme besteht darin, zwischen Turbine und Generator eine Kupplung anzuordnen, die bei Überdrehzahl automatisch gelöst wird, um dadurch den Generator abzukuppeln.
Diese Massnahme geht von der Überlegung aus, dass bei Berücksichtigung der maximalen Durchgangsdrehzahl die höchsten zusätzlichen Kosten beim Generator auftreten. All diesen Massnahmen haftet der wesentliche Mangel an, dass sie im gegebenen Augenblick versagen können. Aus diesem Grunde haben sie bisher keine grosse praktische Bedeutung gewonnen.
Es ist daher zweifellos günstiger, zur Begrenzung der Durchgangsdrehzahl die hydraulischen Vorgänge in der Turbine selbst heranzuziehen. Wird bei gegebener Fall-und Saughöhe die Durchgangsdrehzahl in
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Abhängigkeit von der Leitradöffnung ao und von der Laufradöffnung cp aufgetragen, so ist zu erkennen, dass in einem weiten Bereich der Leitradöffnung oberhalb eines Grenzwertes die Höhe der Durchgangs- drehzahl praktisch nur von der Laufradöffnung abhängt. Die Durchgangsdrehzahl ist bei geschlossenem
Laufrad verhältnismässig niedrig, steigt aber mit wachsender Laufradöffnung sehr schnell zu einem Höchst- wert an und fällt dann wieder ab.
Der Höchstwert wird bei einem Laufradwinkel erreicht, der im norma- len Betriebsbereich zu einer Turbinenleistung gehört, die, von den jeweiligen Bedingungen abhängig, mehr oder weniger unter der halben Volleistung, also schon im Teillastbereich liegt. Von dieser Tatsache wird zur Herabsetzung der maximal möglichen Durchgangsdrehzahl bereits in der Weise Gebrauch ge- macht, dass die Laufradöffnung nach unten begrenzt, d. h. die kleinste einstellbare Laufradöffnung grösser gewählt wird als die zur maximal möglichen Durchgangsdrehzahl gehörige Laufradöffnung. Je grösser hiebei die Differenz ist, desto stärker wird die maximale Durchgangsdrehzahl herabgesetzt.
Dabei ist aber in Kauf zu nehmen, dass der für Kaplan-Turbinen bezeichnende flache Teillastwirkungsgradverlauf nur bis zu der gewählten kleinsten Laufradöffnung herab ausgenutzt werden kann, und dass dann bei weiterer Lastsenkung längs der Propellerkurve dieser kleinsten Öffnung zu fahren ist, wodurch in diesem Bereich der Wirkungsgrad sehr stark abfällt, nämlich auf die für einfach geregelte Propellerturbinen gültigen Werte. Dieser Weg zur Vermeidung der maximalen Durchgangsdrehzahl ist vor allem dann vertretbar, wenninderTurbinenanlage mehrere Maschinen arbeiten, da sich dann der erwähnte Nachteil nur wenig auswirkt, weil in einem weiten Bereich eine Anpassung an die anfallende Wassermenge durch Zu- und Abschalten einzelner Aggregate möglich ist.
In vielen Fällen ist dieser Weg aber nicht gangbar, z. B. dann nicht, wenn nur eine oder zwei Turbinen vorhanden sind, oder wenn aus irgendwelchen Gründen auf die bestmögliche Verarbeitung auch kleiner Wassermengen Wert gelegt wird. Auch weitere Fragen, wie z. B. die nach der Leerlaufwassermenge, Synchronisation, Notschlusssteuerung usw. spielen eine Rolle.
Bei einer andern bekannten Einrichtung soll eine zu starke Abweichung von der günstigsten ao' sus-Zuordnung im Sinne einer zu grossen Leitradöffnung oder einer zu grossen Laufradöffnung zwecks Vermeidung instabiler Regelvorgänge unterbunden werden,. die dadurch bedingt sind, dass die Leistung bei erheblichen Abweichungen im beschriebenen Sinn trotz weiteren Öffnens des Leitrades oder des Laufrades absinkt, weil der Wirkungsgrad infolge der ungünstigen aO, so-Einstellung stärker absinkt als der Durchfluss zunimmt. Bei dieser Einrichtung wird das Öffnen des Leitrades nicht von der Bewegung der Laufradverstelleinrichtung selbst, sondern nur von der Stellung des zugehörigen Steuerkolbens abgeleitet.
Eine solche Einrichtung ist daher nicht geeignet, das Öffnen des Leitrades in Abhängigkeit von der jeweiligen Laufradöffnung auf einen eindeutigen Wert und mit genügender Zuverlässigkeit zu begrenzen (beispielsweise bei Undichtheit im Sperrventil bei einer hydraulisch betätigten Begrenzungseinrichtung), zumal die Begrenzung der Leitradöffnung zum Teil auch von der Schnelligkeit des eingeleiteten, direkt auf die Leitradverstellung wirkenden Regelvorganges abhängt. Bei den in der bekannten Einrichtung gezeigten Anordnungen kann ausserdem durch Abheben der einseitig auf einer Kurvenbahn geführten Rolle, sei es absichtlich oder durch Verklemmung im Gestänge, über die der Steuerkolben des Laufradservomotors betätigt wird, jede beliebig grosse Leitradöffnung unabhängig von der jeweiligen Laufradöffnung eingestellt werden.
Ein weiterer bekannter Vorschlag betrifft eine Regeleinrichtung mit zwei vom Regler parallel betätigten Stellgliedern zur direkten Steuerung des Leitrad- und des Laufradservomotors. Diese Regeleinrichtung bezweckt, höhere Durchgangsdrehzahlen als sie bei normalem a., 9-Zusammenhang zwischen den Stellungen des Leitapparates und des Laufrades auftreten, gänzlich zu vermeiden. Dies wird vorschlagsgemäss dadurch erreicht, dass Sperrvorrichtungen vorgesehen sind, die bei vorgegebener Stellung des Leitapparates-ein weiteres Schliessen des Laufrades und bei vorgegebener Stellung des Laufrades ein
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drehzahl zulässig bzw. wo es sogar erwünscht ist, z. B. beim Anfahren der Turbine oder bei Leistungsmessungen.
Gemäss der Erfindung wird nun bei Kaplan-Turbinen mit einem Regler, dessen Stellglied direkt auf die Steuerung des einen der beiden Servomotoren für die Leit- und Laufradverstellung wirkt, während die Verstellung des andern Servomotors von der Verstellbewegung des direkt gesteuerten Teiles abgeleitet ist, zur Begrenzung der Durchgangsdrehzahl vorgeschlagen, eine Begrenzungseinrichtung anzuordnen, die das Öffnen des Leitapparates in Abhängigkeit von der jeweiligen Laufradstellung bzw.
das Schliessen des Laufrades in Abhängigkeit von der jeweiligen Leitapparatstellung nur bis zu einer vorgegebenen Grenzkurve
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gestattet, deren Verlauf so festgelegt ist, dass im gesamten Verstellbereich des Lauf- und Leitrades bei einem normalen Regelungsvorgang genügend Spielraum zu einer ungehinderten Einsteuerung auf einen neuen Beharrungszustand nach einem vorgegebenen optimalen Zusammenhang zwischen Lauf- und Leitradöffnung gegeben ist. Eine solche Einrichtung gemäss der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass die a, so-Kurve besten Wirkungsgrades in begrenztem Masse überschritten werden kann, was z. B. bei Leistungsmessungen und beim Anfahren der Turbine erwünscht ist.
Gleichzeitig ist aber sicher gewährleistet, dass höhere Durchgangsdrehzahlen als sie einem bestimmten, im voraus festgelegten Punkt entsprechend, nicht auftreten können. Durch einige Bemerkungen an Hand der Fig. 1 soll dies näher erläutert werden.
In der Fig. 1 ist in einem Schaubild für eine bestimmte, gegebene Fallhöhe in der üblichen Weise die Zuordnung von Laufradöffnung und Leitradöffnung ao aufgetragen (Kurve 0, die im Beharrungszustand einzuhalten ist, um mit jeweils bestmöglichem Wirkungsgrad zu arbeiten. Ferner sind in diesem Schaubild Linien konstanter Durchgangsdrehzahl (Kurven II) eingetragen, wobei die Indices 1, 2.... an den einzelnen Kurven 1I das Verhältnis zur grösstmöglichen Durchgangsdrehzahl, die mit wachsender Indexziffer abnimmt, kennzeichnen.
Die grösstmögliche Durchgangsdrehzahl ndmax tritt bei der zum Punkt A gehörigen Kombination von Lauf- und Leitradöffnung auf, die zwar weit ausserhalb der normalen Zuordnungen gemäss der Kurve I liegt, mit deren Vorkommen aber im allgemeinen gerechnet werden muss. Längs der Kurve I ändert sien die Durchgangsdrehzahl und erreicht im Punkt N ihren höchsten Wert. Wird die der Kurve I entsprechende aO, so-Zuordnung nach der schraffierten Seite hin verlassen (unterschritten), so erniedrigt sich die Durchgangsdrehzahl, wird sie nach der andern Seite hin verlassen (überschritten), so erhöht sich die Durchgangsdrehzahl.
Zur Vereinfachung wird im weiteren Verlauf mit Fall A bezeichnet, wenn der Regler direkt auf die Steuerung des Leitapparates wirkt und die Steuerung des Laufrades von der Verstellbewegung des Leitapparates abgeleitet wird, mit Fall B, wenn der Regler direkt auf die Steuerung des Laufrades wirkt und die Steuerung des Leitapparates von der Verstellbewegung des Laufrades abgeleitet wird.
Bei einer Regelung nach Fall A oder Fall B ist während der Regelungsvorgänge ein kurzzeitiges Über-
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nicht zu vermeiden. Die in Fig. 1 eingezeichnete Kurve m'stelle die obere Grenze dar, bis zu der die Kurve I bei Regelvorgängen normalerweise überschritten wird. Die maximale Durchgangsdrehzahl, die längs aer Kurve III'auftritt, wird im Punkt P erreicht, dem Berührungspunkt der Kurve III'mit einer der
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daher unberücksichtigt bleiben.
Zweck der Erfindung ist es nun, bei einer Regelung nach Fall A oder Fall B solche Zuordnungen von Leit- und Laufradöffnung auszuschliessen, die eine höhere Durchgangsdrehzahl ergeben als sie dem Punkt P in Fig. 1 entspricht. Das wird erfindungsgemäss durch eine Begrenzungseinrichtung erreicht, die so ausgebildet ist, dass zu einer gegebenen Laufradöffnung das Leitrad nicht weiter geöffnet oder zu einer gegebenen Leitradöffnung das Laufrad nicht weiter geschlossen werden kann als bis zu einer Grenzkurve III in Fig. 1.
Diese Grenzkurve III muss den gemeinsamen Berührungspunkt P der Kurven II3 und In'ent- halten und kann im übrigen zwischen den Verläufen nach den Kurven II'g und HI'beliebig gewählt werden, wobei die Kurve n'3 mit der Kurve 11g in einem weiten Bereich identisch ist und nur gemäss der horizontalen und vertikalen Tangente davon abweicht. Bei einer Begrenzung nach Kurve lui'3 ist die Durchgangsdrehzahl in einem grossen Bereich gleich dem höchsten zulässigen Wert gemäss Punkt P konstant.
Je stärker sich die Kurve III dem Verlauf der Kurve In. annähert, desto kleiner wird der a.. 9-Bereich, in dem die höchste zulässige Durchgangsdrehzahl auftreten kann.
Wie schon erwähnt, ist der Mindestabstand zwischen den Kurven I und III bei der gewählten Regelungsart aus regeltechnischen Gründen gegeben. Zur Nachprüfung der Wirkungsgradgewährleistungen und des günstigsten Verlaufes der Kurve I werden häufig Messungen an der Turbine durchgeführt. Dazu ist es notwendig, dass die Kurve I der aO, So-Zuordnung besten Wirkungsgrades bei festgehaltener Laufradöffnung in gewissen Grenzen im Sinne grösserer Leitradöffnungen überschritten wird. Diese Bedingung ist durch die Begrenzung nach Kurve HI'erfüllt. In noch weiterem Masse kann ihr entsprochen werden, indem die tatsächliche Begrenzung in geeigneter Weise nach Kurve III gewählt wird. Auch für die Erfüllung der Bedingungen beim Anfahren ist bei der Wahl des Kurvenverlaufes Ill ausreichend Spielraum vorhanden.
In zweckmässiger Weiterausbildung der Erfindung wird bei direkter Steuerung des Leitrades das Steuergestänge für die Laufradverstellung mit auf Kurvenbahnen einseitig geführten Rollen so ausgebildet und angeordnet, dass ein Abheben wenigstens einer der Rollen von der zugehörigen Kurvenbahn immer eine öffnende Verstellbewegung des Laufrades bewirkt.
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Bei direkter Steuerung des Laufrades wird gemäss der Erfindung das Steuergestänge für die Leitrad- verstellung mit auf Kurvenbahnen einseitig geführten Rollen so ausgebildet und angeordnet, dass ein An- heben wenigstens einer der Rollen von der zugehörigen Kurvenbahn immer eine schliessende Verstellbe- wegung des Leitrades bewirkt.
In beiden Fällen ist damit eine zwangsläufige Begrenzung der a., 9-Zuordnung und somit auch die
Begrenzung der Durchgangsdrehzahl bis zu einer höchsten zugelassenen Durchgangsdrehzahl sicher ge- währleistet.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, bei direkter Steuerung des Leitrades (Lauf- rades) das Steuergestänge für die Laufradverstellung (Leitradverstellung) mit auf Kurvenbahnen einseitig geführten Rollen so auszubilden, dass ein begrenztes Abheben wenigstens einer Rolle von der zugehörigen
Kurvenbahn nur bis zu einer zugeordneten weiteren Kurvenbahn möglich ist, derart, dass eine begrenzte schliessende Bewegung des Laufrades (öffnende Bewegung des Leitrades) möglich ist. Dadurch wird ein Überschreiten beispielsweise der Kurve III in Fig. 1 im Sinne einer zu kleinen Laufradöffnung (zu grossen
Leitradöffnung) vermieden.
- Vorteilhaft ist es, in eine mit dem Kolben des direkt gesteuerten Servomotors in Verbindung stehende
Stange der Begrenzungseinrichtung eine Druckfeder einzuschalten, die bei Anliegen der mit dem direkt gesteuerten Servomotorkolben über eine Stange verbundenen Rolle an der zugehörigen Kurvenbahn verhindert, dass bei entsprechender Bewegung eben dieses Servomotorkolbens zu grosse Kräfte auf die Begrenzungseinrichtung übertragen werden, und die durch ihre Nachgiebigkeit eine Bewegung des Servo- motorkolbens zulässt, durch die über einen Hebel der Steuerkolben so bewegt wird, dass eine entlastende Bewegung des Servomotorkolbens in Richtung auf seine Ruhelage eingeleitet wird.
Arbeitet die Turbine in einem Bereich mit einer Leitradöffnung, die grösser ist als sie der horizontalen Tangente der Kurve bios in Fig. 1 entspricht, und ist der Leitapparat aus irgendwelchen Gründen nicht zu schliessen, so erweist es sich als besonders zweckmässig, eine geeignete Einrichtung vorzusehen, die gestattet, die Durchgangsdrehzahl wenigstens vorübergehend unabhängig von der Begrenzungseinrichtung auf den maximal zulässigen, dem Punkt P auf Kurve III in Fig. 1 entsprechenden oder einen niedrigeren Wert herabzusetzen.
Günstig ist z. B. die Anordnung an sich bekannter Einrichtungen, wie Störflügel od. dgl., die im Bedarfsfalle in die Strömung eingeschwenkt werden, oder das Einführen von Luft vor oder hinter dem Laufrad. Dadurch wird es möglich, die Begrenzungseinrichtung vorübergehend auszuschalten, dann das Laufrad zu schliessen und damit die Durchgangsdrehzahl unter gleichzeitiger starker Verringerung des Wasserdurchflusses wesentlich, nämlich bis etwa auf Betriebsdrehzahl, herabzusetzen.
Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen in den Fig. 2a, 2b und 3 schematisch dargestellt und wird nachstehend im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 2a das Schema eines Ausführungsbeispieles nach Fall A, Fig. 2b ein solches nach Fall B und Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 2a und 2b, wobei die eingezeichneten Pfeile für den Fall A die" Auf" -Bewegungsrichtung und für den Fall B die"Zu"-Be- wegungsrichtung angeben.
In Fig. 2a (Fall A) greift der Regler 1 über einen drehbar gelagerten Hebel 2 und eine Stange 3 im Punkt 4 des Hebels 5 an und wirkt über diesen auf den Steuerkolben 6 des Leitradservomotors 7, der den Leitradregelring über die Kolbenstange 8 verstellt. An den Hebel 5 ist im Punkt 9 die Rückführstange 10 angelenkt. Die Kraftübertragung zwischen dem Steuerkolben 6 und dem Leitradservomotor 7 erfolgt hydraulisch über die Druckleitungen 11 und 12.
Von der Kolbenstange 8 des Leitradservomotors 7 wird die Leitradbewegung über den drehbar gelagerten Winkelhebel 13, die Stange 14 und die an ihr befestigte Kurvenscheibe 15 auf die Rolle 16 mit Stange 17 und von hier weiter auf den angelenkten Hebel 18 übertragen, der über eine Stange 19 mit dem Steuerkolben 20 des Laufradservomotors 21 in Verbindung steht und diesen verstellt. Die Rückführung erfolgt über die Stange 22, den Winkelhebel 23, die Stange 24 und die an ihr befestigte Kurvenscheibe 25, die ihrerseits über die Rolle 26 und die Stange 27 am Gelenkpunkt 28 auf den Hebel 18 einwirkt.
Die Kurvenbahnen 15a und 25a der Kurvenscheiben 15 und 25 sind so ausgebildet, dass der jeweilige Beharrungspunkt mit der a, so-Zuordnung gemäss der Kurve I (Fig. l) übereinstimmt (der Einfachheit halber sind die Kurvenbahnen in den Schemen stets durch gerade Linien ersetzt).
Die bis hierher beschriebenen Teile entsprechen einer bekannten üblichen Regeleinrichtung, bei der die Laufradverstellung je nach der Geschwindigkeit, mit der die Leitradverstellung eingeleitet wird, mehr oder weniger nacheilt, d. h. der Verstellvorgang al (Fig. 1) mehr oder weniger von der Beharrungskurve I abweicht.
Zur Begrenzung dieser Abweichung werden nun gemäss der Erfindung an geeigneter Stelle der Lauf-
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radrückführung der beschriebenen Einrichtung, beispielsweise an der Stange 24, die Kurvenscheiben 29 und 30 angeschlossen. Diese sind so ausgebildet, dass sie über die Rollen 31 und 32 und die Stangen 33 und 34 die Bewegungsfreiheit des Hebels 5 so einschränken, dass bei der jeweiligen Laufradstellung durch den Regler keine grössere Leitradöffnung bewirkt werden kann, als sie der vorgegebenen Kurve III in Fig. 1 entspricht.
Da die Begrenzung der Bewegungsfreiheit des Hebels 5 nur im Falle einer Steuerbewegung des Reg- lers im Sinne einer Öffnung des Leitapparates wirksam sein muss, wird im folgenden ein solcher Steuer- vorgang an Hand der Fig. 2a beschrieben.
Bei Absinken der Drehzahl infolge Anstieges der Turbinenbelastung bewegt sich der Punkt 4 des Hebels 5 unter dem Einfluss des Reglers 1 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung nach oben. Dadurch schwenkt der Hebel 5 um den zunächst feststehenden Punkt 9 und bewegt den Steuerkolben 6 in Pfeilrichtung nach unten. Dieser gibt die Leitung 12 frei, und es fliesst Drucköl auf die untere Seite des Kolbens des Leitradservomotors 7, der über die Kolbenstange 8 das Leitrad in öffnendem Sinne verstellt. Mit der Bewegung des Leitrades wird über die Rückführstange 10 zugleich eine Aufwärtsbewegung (Pfeilrichtung) des Gelenkpunktes 9 eingeleitet, die über den Hebel 5 auf den Steuerkolben 6 übertragen wird und diesen in seine Ausgangs- bzw. Ruhestellung zurückführt.
Die Einleitung des Steuervorganges durch den Hebel 5 kann zunächst nur so weit erfolgen, bis die Rolle 32 die Kurvenscheibe 30 berührt, und der Steuervorgang selbst dauert nur so lange, bis die Aufwärtsbewegung des Punktes 9 durch Berührung der Rolle 31 mit der Kurvenscheibe 29 begrenzt wird, wobei vorausgesetzt ist, dass die Steuerung des Leitrades so schnell erfolgt, dass beide Rollen 31 und 32 zum Anliegen an die Kurvenscheiben 29 und 30 kommen, ehe sich das Laufrad und somit auch die Kurvenscheiben 29 und 30 bewegt haben. In diesem Falle hat im Augenblick des Anliegens der beiden Rollen 31 und 32 an den Kurvenscheiben 29 und 30 der Hebel 5 auf Grund der Form der Kurvenscheiben 29 und 30 eine solche Lage, dass der Steuerkolben 6 in Ruhelage ist.
Das Leitrad wird also nicht weiter geöffnet und die seiner augenblicklichen Stellung zugehörige Öffnung entspricht dem Wert, der sich für die Ausgangs-Laufradöffnung auf der Begrenzungskurve III in Fig. 1 ergibt. Ein Überschreiten ist nicht möglich.
In Abhängigkeit von dem vorstehend beschriebenen Steuervorgang wird normalerweise inzwischen auch die Verstellung des Laufrades eingeleitet sein. Dieser Vorgang geht in folgender Weise vor sich. Durch die Öffnungsbewegung des Leitrades wird über den an der Kolbenstange 8 des Leitradservomotors 7 angelenkten Winkelhebel 13 und die Stange 14 die Kurvenscheibe 15 mit der Kurvenbahn 15a nach rechts verschoben. Dadurch wird über die Rolle 16 die Stange 17 nach oben bewegt. Infolgedessen dreht sich der mit der Stange 17 verbundene Hebel 18 um den zunächst feststehenden Drehpunkt 28 und bewegt über die Stange 19 den Steuerkolben 20 in Pfeilrichtung abwärts, der damit den Zufluss des Drucköles zur Unterseite des Kolbens des Laufradsèrvomotors 21 freigibt.
Der Kolben des Laufradservomotors 21 bewegt sich in Pfeilrichtung nach oben und öffnet über die Kolbenstange das Laufrad. Gleichzeitig bewegt der Kolben des Laufradservomotors 21 über die Stange 22 und den Winkelhebel 23 die Stange 24 und damit die an ihr befestigte Kurvenscheibe 25 mit der Kurvenbahn 25a nach rechts. In Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung und der Form der Kurvenscheibe 25 bzw. der Kurvenbahn 25a wird über die Rolle 26 und die Stange 27 der Drehpunkt 28 der Stange 18 nach oben bewegt, wodurch über den Hebel 18 und die Stange 19 der Steuerkolben 20 des Laufradservomotors 21 in Richtung auf seine Ruhelage zu bewegt wird.
Gleichzeitig mit der Stange 24 bewegen sich die an ihr angebrachten Kurvenscheiben 29,30 nach rechts und verändern die Begrenzung der Leitradöffnung auf den Wert, der auf der Kurve III in Fig. 1 zu der veränderten Laufradstellung gehört.
Die Begrenzungseinrichtung 29, 30, 31, 32,33, 34 verhindert somit einwandfrei, dass eine Kombination von Leitrad-und Laufradöffnung eingestellt werden kann, die nicht auf der schraffierten Seite der Kurve III in Fig. 1 liegt. Die maximale Durchgangsdrehzahl kann daher nicht höher sein, als dem Punkt P auf der Kurve III in Fig. 1 entspricht.
Zur Vermeidung der Übertragung zu grosser Kräfte durch die Rolle 31 auf die Kurvenscheibe 29 bei Steuerbewegungen in öffnendem Sinne des Leitrades ist in die Stange 33 der Begrenzungseinrichtung in zweckmässiger Weise die Druckfeder 33a eingeschaltet, die gegebenenfalls auch eine solche Bewegung des Kolbens des Servomotors 7 zulässt, durch die über den Hebel 5 der Steuerkolben 6 so bewegt wird, dass eine entlastende Bewegung des Kolbens des Servomotors 7 in Richtung auf seine Ruhelage eingeleitet wird.
Die jeweilige Lage des Hebels 18 im Steuergestänge für die Laufradverstellung ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Zuordnung zwischen den Kurvenscheiben 15 und 25 dadurch bestimmt, dass er mit diesen durch die Kraft der Druckfedern 17a bzw. 27a über die Stangen 17 bzw. 27 und die Rollen 16
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bzw. 26 in kraftschlüssiger Verbindung gehalten wird. Damit ist zwar ein unbeabsichtigtes oder auch ein . beabsichtigtes Verschwenken des Hebels 18 im Sinne des Uhrzeigers unabhängig von der Zuordnung zwischen den Kurvenscheiben 15 und 25 sicher verhindert, jedoch nicht ein solches entgegen dem Uhrzeigersinn.
Ein Verschwenken des Hebels 18 entgegen dem Uhrzeigersinn und gegen die Kraft der nachgie-
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15 und 25, beispielsweise infolge einer gewollten oder auch ungewollten Krafteinwirkung auf den Hebel
18 oder auch etwa infolge Verklemmen einer der Führungen oder Gelenke, hat aber zur Folge, dass die
Rollen 16 und 26 sich von ihren Kurvenbahnen 15a bzw. 25a abheben, wodurch die bezweckte Abhängigkeit der jeweiligen Lage des Hebels 18 von der jeweiligen Zuordnung zwischen den Kurvenscheiben 15 und 25 aufgehoben ist.
Gleichzeitig hat ein solches Verschwenken aber auch zur Folge, dass über die
Stange 19 der Steuerkolben 20 des Laufradservomotors verstellt und dadurch eine Steuerbewegung des Laufrades bewirkt wird, die aber infolge der aufgehobenen Abhängigkeit zwischen dem Hebel 18 und den Kurvenscheiben 15 und 25 von letzteren nicht mehr erfasst wird und die nicht in Abhängigkeit von der Verstellbewegung des Leitrades erfolgt. Diese Steuerbewegung des Laufrades darf nun aber nicht zu Zu- ordnungen zwischen Leit- und Laufradöffnung führen, die einer Überschreitung der Kurve III in Fig. 1 gleichkommen, da diese möglicherweise eine höhere maximale Durchgangsdrehzahl zulässt, als sie dem
Punkt P der Kurve III in Fig. 1 entspricht.
Diesem Umstand ist bei der Einrichtung gemäss Fig. 2a dadurch Rechnung getragen, dass die Steuerung so ausgebildet und angeordnet ist. dass ein Verschwenken des Hebels 18 entgegen dem Uhrzeigersinn und unabhängig von der vorhandenen Zuordnung zwischen den Kurvenscheiben 15 und 25 immer nur eine Steuerbewegung des Laufrades in öffnendem Sinn bewirkt, so dass das Abheben der Rollen 16 und/oder 26 von den ihnen zugeordneten Kurvenbahnen 15a bzw. 25a keine nachteiligen Folgen hat.
Bei der für den Fall B geltenden schematisch dargestellten Ausführung nach Fig. 2b ist zum Unterschied von Fig. 2a der Hebel 5 direkt am Regler 1 angelenkt, wobei die Stangen 2 und 3 entfernt sind.
Dies hat zur Folge, dass gleichgerichtete Bewegungen der Regler 1 in Fig. 2a und Fig. 2b einander entgegengesetzte Bewegungen der durch sie betätigten Steuergestänge bewirken.
Im Gegensatz zu Fall A (Fig. 2a) mit direkter Steuerung des Leitradservomotors erfordert die Ausführung nach Fall B (Fig. 2b) mit direkter Steuerung des Laufradservomotors eine Begrenzung dann, wenn der Regler die Turbine schliessen will. Die genau gleiche Anordnung und Ausführung sämtlicher Teile der Begrenzungseinrichtung in den Fig. 2a und 2b setzt für ein Wirksamwerden der Begrenzungseinrichtung in beiden Fällen gleiche Bewegungsrichtung des Steuergestänges bei entgegengesetzter Reglerbewegung voraus. Diese Voraussetzung ist durch vorstehend beschriebene direkte Anlenkung des Hebels 5 am Regler 1 gemäss Fig. 2b zum Unterschied von der Ausführung nach Fig. 2a erfüllt. Eine Bewegungsrichtung des Steuergestänges in öffnendem Sinne nach Fig. 2a entspricht somit einer Bewegungsrichtung des Steuergestänges in schliessendem Sinne nach Fig. 2b.
Die vorhergehende Beschreibung des Vorganges für Fall A nach Fig. 2a gilt nunmehr sinngemäss auch für den Vorgang nach Fig. 2b (Fall B). Dies bezieht sich auch auf das Steuergestänge für den indirekt gesteuerten Teil, hier also des Leitrades, wobei jetzt aber im Falle eines Abhebens der Rollen 16 und/oder 26 eine zusätzliche öffnende Bewegung des Leitrades vermieden bzw. begrenzt werden muss.
Eine Möglichkeit, das Abheben der Rollen 16 und/oder 26 von den Kurvenbahnen 15a bzw. 25a der Kurvenscheiben 15 bzw. 25 zu verhindern oder wenigstens auf einen kleinen Wert zu begrenzen, ist in Fig. 3 gezeigt, wo die Kurvenscheiben 15'und 2b'in entsprechender Weise mit Kurvenbahnen 15a" und 15b' bzw. 25a" und 25b" ausgebildet sind. Diese Ausführung der Kurvenscheiben 15'und 25'kann sowohl für Fall A als auch für Fall B Anwendung finden. Vorzuziehen ist jedoch die Lösung nach Fig. 2a bzw. Fig. 2b, weil bei ihr die Möglichkeit vorhanden ist, durch einen gesonderten Eingriff jede Kombination ao und cp auf der schraffierten Seite der Kurve III zu verwirklichen, was für besondere Betriebszustände (z. B.
Schwallsteuerung) unter Umständen von Vorteil oder sogar notwendig ist.
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