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Schnellschlussauslöser
Schnellschlussauslöser für Dampf- oder Gasturbinen haben die Aufgabe, im Falle einer unzulässigen
Drehzahlerhöhung, etwa bei plötzlichen Lastabwürfen, die durch die normale Regelung nicht mehr beherrscht werden, die Schnellschlussventih zu schliessen. Die bekannten Schnellschlussauslöser arbeiten nach Art der Fliehkraftregler, wobei als Fliehkörper ein in einer radialen Bohrung der Turbinenwelle gelagerter Bolzen oder ein auf einer radialen Führung befestigter Ring dient, welche durch eine zur Turbinenachse senkrechte Schraubenfeder in ihrer Ausgangsstellung gehalten werden, bis die Fliehkraft die Federkraft überwiegt.
Bei diesen bekannten Lösungen muss für eine Führung des Auslösekörpers (Bolzen-oder Schwungring) in radialer Richtung gesorgt werden und diese Führungen sind stets durch Fremdkörper, Ölablagerungen, Rostbildung usw. gefährdet, so dass eine regelmässige Überprüfung des Schnellschlussauslösers auf richtiges Funktionieren unerlässlich ist, da die Auslösedrehzahl durch schwankende Reibung in den Gleitflächen stark beeinflusst wird. Man hat daher auch schon vorgeschlagen, die Unwuchtmasse auf das eine Ende einer in der Ebene der Drehachse liegenden, flachen, geraden Biegungsfeder aufzusetzen, deren anderes Ende fest mit der Welle verbunden ist, so dass also die Feder selbst die Unwuchtmasse trägt und führt (DPS 715667).
Bei den eingangs erwähnten Schnellschlussauslösern, bei denen die Kraft einer Feder der Fliehkraft entgegenwirkt, ist die verwendete Feder im allgemeinen eine Druckfeder. Dieser Umstand hat jedoch den Nachteil, dass bei diesen Ausführungen zumindest für einen Teil der Federwindungen die auf die Federwindungen ausgeübte Fliehkraft in gleicher Richtung wirkt wie die Federvorspannung, so dass die resultierende Federkraft mit der Drehzahl zunimmt, sich daher ein sehr schleifender Schnitt der Kurven für die Federkraft und die Fliehkraft eines Bolzens oder eines Schwungringes ergibt und demnach schon geringe Unterschiede in den Reibungsverhältnissen die Auslösedrehzahl stark beeinflussen.
Um dem abzuhelfen, hat man auch schon vorgeschlagen, bei einem Schnellschlussauslöser mit einem Schwungring als Fliehkörper als der Fliehkraft entgegenwirkende Feder eine Zugfeder vorzusehen (DAS 1096368), womit die Fliehkraft der Feder ihrer Vorspannung entgegenwirkt, die resultierende Federkraft also mit zunehmender Drehzahl abnimmt und sich daher ein klar definierter Schnitt der Kurven für die Federspannung und die Fliehkraft der Fliehgewichte ergibt.
Schliesslich ist eine Lösung bekannt (USA-Patentschrift Nr. 1, 074, 879), wonach ein mit einer Unwucht versehen er Ring an einem Bund der in ihrer Drehzahl zu überwachenden Welle so gelagert ist, dass er sich zufolge der Fliehkraftwirkung bei Erreichen der gefährlichen Drehzahl gegen die Kraft einer ihn bislang konzentrisch zur Welle haltenden Feder um eine zur Wellenachse paralleleAchse in eine exzentrische Lage verschwenken kann, um so wie bei den vorhin genannten, in radialer Richtung geführten Schwungringen durch Anschlag gegen eine Verriegelungsklinke den Ventilschluss auszulösen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schnellschlussauslöser mit einem am Umfang der in ihrer Drehzahl zu überwachenden Welle befestigten, ringförmigen Fliehkörper mit grösserem Innendurchmesser als der Durchmesser der genannten Welle, wobei in erfindungsgemässer Weise der ringförmige Fliehkörper als elastischer, mit Fliehgewichten behafteter Ring ausgebildet ist, der an einer den Fliehgewichten gegen-
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überliegenden Stelle mit einer der Fliehkraft entgegenwirkenden, von der Ringeinspannung an der ge- nannten Stelle herrührenden Vorspannung an der Welle fixiert ist.
An Hand der Zeichnungen soll der erfindungsgemässe Vorschlag näher erläutert werden. In Fig. 1 be- deutet 1 die Turbinenwelle oder eine von ihr angetriebene Reglerwelle und 2 einen an sich bekannten Schwungring mit den Fliehgewichten 31, 3". Der Ring 2 ist an der den Fliehgewichten gegen- überliegenden Stelle über eine radiale Schraube 4 und zwei weitere Schrauben 51, 5"an der Welle 1 befestigt. Der Ring 2 besitzt zufolge seiner Formgebung und seines Materials hohe Elastizität und hat einen etwas grösseren Innendurchmesser als die Welle 1. Der Kopf der Schraube 4 ist an der dem
Ringinnenmantel zugewendeten Seite nach einer Zylinderfläche geformt, wobei der Durchmesser des Zylinders etwas grösser ist als der Innendurchmesser des Ringes 2.
Aus der Befestigung des Ringes 2 am
Kopf der Schraube 4 über die Schrauben 51, 5" resultiert also eine elastische Verformung des Rin- ges 2 im Sinne einer Ellipse, deren grössere Achse senkrecht zur Achse der Schraube 4 liegt und deren kleinere Achse etwa durch Anliegen der Fliehgewichte 31, 3" an der Welle 1 bestimmt wird.
Diese somit im Ring 2 hervorgerufene Vorspannung könnte natürlich auch durch entsprechende Beila- gestücke zwischen Ring 2 und Welle 1 bewirkt werden. Ausserdem kann die Schwerpunktslage des
Ringes und seine Vorspannung durch Beilagen zwischen Schraube 4 und Welle 1 beeinflusst werden.
Bei Rotation der Welle 1 gleichen sich die Fliehkräfte des Ringes 2 weitgehend aus, so dass die Fe- derwirkung des Ringes durch die Fliehkräfte nahezu unbeeinflusst bleibt. Bei der Auslösedrehzahl überwin- det die Fliehkraft der Fliehgewichte die Vorspannung des Ringes, dieser verformt sich zu einer Ellipse, deren Hauptachse nunmehr in der Richtung der Achse der Schraube 4 liegt (in der Fig. 1 strichliert an- gedeutet), und es wird damit in an sich bekannter Weise durch Anschlag ausgelöst.
DieVorteile des erfindungsgemässen Schnellschlussauslösers sind die folgenden. Die Auslösebewegung wird durch eine elastische Verformung des Fliehkörpers selbst bewirkt. Der Schwungring 2 vereinigt also in sich gleichzeitig Fliehgewicht und Feder. Da keinerlei gleitende Bewegung erforderlich ist, ent- fallen auch Führungen und damit ist eine Beeinträchtigung der Auslösefunktion durch schwankende Rei- bung in einer solchen Führung ausgeschlossen. Die auf das federnde Element, also auf den Ring, wirkenden
Fliehkräfte haben auf die Federungseigenschaften nur geringen Einfluss und da die von der Fliehkraft her- rührenden Spannungen im Ring sehr gering sind, kommt es auch nur zu einer geringfügigen Dehnung.
Da die Fliehkraft der Gewichte 31, 3" der Ringvorspannung PFo entgegenwirkt, nimmt, wie in Fig. 2 angedeutet, die resultierende Federspannung PF mit zunehmender Drehzahl n ab und es ergibt sich daher bei der Auslösedrehzahl na ein klar definierter Schnitt mit der Kurve für die Fliehkraft P.
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gen angeregt werden kann. Seine Eigenfrequenz liegt so hoch, dass Resonanz mit Rotorschwingungen unwahrscheinlich ist.
Da die Unwucht nicht durch eine geringe Schwerpunktsverlagerung eines in sich steifen Körpers (Bolzen oder Ring üblicher Ausführung) erzeugt wird, sondern wie aufgezeigt, als Zusatzmasse an einem elastischen Ring angebracht ist, der durch Fliehkräfte gespannt und damit auch zentriert wird, ist die Massenexzentrizität und damit auch die Auslösedrehzahl unabhängig vom Rundlauf der Turbinenwelle. Da überdies eine rein elastische Verformung des Fliehkörpers vorliegt und der Regler zur Gänze ausserhalb der Turbinenwelle angeordnet ist, ist eine Überprüfung auf Festsitzen unnötig bzw. ist eine rein visuelle Kontrolle ausreichend.