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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel-Überlastsicherung an Strömungsmaschinen, insbesondere
Rohrturbinen, bestehend aus einer Anzahl verstellbarer Leitschaufeln mit ihren in Lagern aufgenommenen
Leitschaufelzapfen, die bei Einklemmen von Fremdkörpern zwischen zwei benachbarten Schaufeln durch eine
Kugelarretierung von der Verstellbewegung der übrigen Schaufeln getrennt werden, wobei in Verlängerung des
Leitschaufelzapfens ein Führungsdorn angeordnet ist, der über Federelemente, z. B. Tellerfedern, einen
Anpressdruck auf eine Nabe ausübt, die in Verbindung mit einem Verstellglied, z. B. Regelring, steht.
Diese Verstelleinrichtung dient dazu, um die Zerstörung des Leitschaufelmechanismus durch Fremdkörper im Durchflusskanal zu verhindern.
Es ist bekannt, bei Strömungsmaschinen vorhin genannter Art Fremdkörper zunächst mit Hilfe von
Rechen-od. ähnl. nicht zu feinen Siebeinrichtungen von der Maschinenanlage fernzuhalten. Dies allein reicht jedoch nicht aus, da der Durchfluss nicht gehemmt werden darf und somit ist es unvermeidlich, dass grössere
Fremdkörperstücke in den Bereich der Leitschaufeln gelangen. Solange Leitschaufeln in der Offenstellung gerichtet sind, können die Fremdkörper ungehindert hindurch. Werden dann die Leitschaufeln in Schliessstellung gebracht, so kann es vorkommen, dass Fremdkörper zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln eingeklemmt werden und dann das Schliessen nicht mehr möglich ist, da mittels eies Verstellgliedes, z. B. eines Regelringes alle
Leitschaufeln eine gleiche Drehstellung zueinander einnehmen.
Klemmt jedoch eine oder mehrere Schaufeln, so können auch die andern nicht mehr geschlossen werden. Um diesem Umstand begegnen zu können, werden bekanntlich Verstellgestänge so dimensioniert, dass sich diese bei den betroffenen Schaufeln verformen können.
Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, dass das Verstellgestänge in solchen Fällen ausgetauscht oder zumindest repariert werden muss. Es bietet zwar die Sicherheit, dass nicht alle Schaufeln offen stehen bleiben müssen, jedoch ist dem Verstellgestänge erhöhtes Augenmerk zu schenken.
Ferner ist eine Verstelleinrichtung bekannt für Schaufeln von Strömungsmaschinen mit einem auf mindestens zwei Schaufeln gleichzeitig einwirkenden Verstellmotor und mit als zweiteilige Sicherungsglieder ausgebildeten Übertragungsorganen, deren jedes bei Überschreiten einer vorbestimmten Verstellkraft die
Bewegungsübertragung auf die zugehörige Schaufel unterbricht. Hiezu werden unter Verwendung eines gasförmigen Druckelementes der Kraftschluss hergestellt, der in solchen Fällen überdrückt werden kann. Der
Vorteil besteht zunächst darin, dass die Verstellglieder nun nicht mehr ausgetauscht oder repariert werden müssen, sondern dass nur dafür zu sorgen ist, den Kraftschluss wieder herzustellen. Nachteilig ist diese
Verstelleinrichtung durch die erhöhte Wartung und die Bereitschaft durch Undichtheiten den ganzen
Verstellmechanismus unwirksam werden zu lassen.
Es ist verständlich, dass bei Ausfall dieser Verstelleinrichtung die Schaufeln in einer Offenstellung pendeln und somit keine Möglichkeit besteht, den Durchfluss zur Machinenanlage zu regulieren.
Weiters ist ein regulierbarer Leitapparat einer Wasserturbine bekanntgeworden, bei dem der zugehörige Verstellhebel auf dem Schaufelzapfen drehbar gelagert und neben einer drehfest mit dem Schaufelzapfen verbundenen Scheibe zur Übertragung des Verstellmomentes vom Verstellhebel auf die Scheibe zwischen diesen beiden Teilen mittels einer Rolle vorgesehen ist. Hiebei weist ein Teil eine zusätzliche Lagerung für die Rolle auf und der andere Teil ist mit einer Rollenbahn ud einer Raste für die Rolle versehen. Beide Teile sind in Achsrichtung des Schaufelzapfens gegeneinander verschiebbar, wobei durch ein gegeneinander pressendes Tellerfederpaket die Rolle in der Raste festgehalten wird, solange das vorgegebene Grenzverstellmoment nicht überschritten ist.
Nachteilig wirkt sich hiebei die Tatsache aus, dass einmal bei einer selbsttätigen Schaufelverstellung zum Einrasten der Rolle der Leitapparat ganz geschlossen werden muss, um dann in Raststellung der Rolle den Leitapparat kontrolliert betätigen zu können.
Eine andere Einrichtung zum selben Zweck ist bekannt, bei der zwischen zwei das Verstellmoment übertragenden Teilen des Verstellmechanismus eine bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes ausrastende, ein verschiebbares Rastglied aufweisende Mitnehmereinrichtung angeordnet ist. Diese enthält wieder eine Rollenbahn mit Raststellung sowie zugehöriger Andrückfeder zum Festhalten der Rolle in diesem Bereich.
Am Ende der Abrollfläche ist zur Sicherung ein Anschlag angeordnet. Auch hier ist nachteilig das Erfordernis, beim Zurückrasten der Rolle den gesamten Verstellmechanismus zu betätigen, um die verstellte Schaufel wieder synchron zu schalten. Ausserdem können die freien Leitschaufeln gegeneinander anschlagen und dabei beschädigt werden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Überlastsicherung an Strömungsmaschinen, insbesondere für Rohrturbinen zu finden, die bei Einklemmen von Fremdkörpern zwischen zwei benachbarten Schaufeln durch eine Kugelarretierung von der Verstellbewegung der übrigen Schaufeln trennt. Erfindungsgemäss wird das Ziel dadurch erreicht, dass die Kugelarretierung ein Reibgesperre enthält, welches an der gegenüberliegenden Stirnseite eine T-förmig ausgesparte und gekrümmte Bremskeilführung aufweist, deren Radius grösser ist als der der Nabe und darin ein Bremskeil gleitet, wobei in Krümmungsmitte ein Anschlag die Bremsführung begrenzt.
Diese Uberlastsicherung bietet den'Vorteil, da bei Einklemmen eines Fremdkörpers zwischen zwei benachbarten Schaufeln die Bewegungstendenz des Regelringes nicht behindert und die übrigen Leitschaufeln in Schliessstellung bringen kann. Ein besonderes Augenmerk ist dann der Überlastsicherung nicht mehr zu widmen, da bei öffnen der Leitschaufeln diese wieder in die korrespondierende Stellung der übrigen Schaufeln einrastet.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles sei der Erfindung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Überlastsicherung im Längsschnitt, Fig. 2 Querschnitt im Bereich der Kugelarretierung, Fig. 3 Querschnitt im Bereich des Reibgesperres Fig. 4 Seitenausschnitt der Kugelarretierung, Fig. 5 Anordnung von Verstellnasen Fig. 6 Variante zu Fig. 2, Fig. 7 Ausbildung der Schaltnasen gemäss Fig. 6.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt der Überlastsicherung dargestellt und gruppiert sich in ein Reibgesperre - und einer Kugelarretierung--K--. Die Schaufel--l--ist mit dem Leitschaufelzapfen--2-durch ein Lager im Leitradmantel-3-gelagert. Auf dem Leitschaufelzapfen --2-- ist eine Nabe-4-
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der Führungsdorn --14-- ein Axiallager --21-- sowie ein Gleitlager--22--. Sowohl das Axiallager - als auch das Gleitlager --22-- ist an einem Hebelgehäuse --23-- untergebracht und hat den Zweck, dass sich das Hebelgehäuse--23--gegenüber dem Führungsdorn --14-- frei drehen kann, obwohl eine Federkraft auf das Axiallager einwirkt.
Am Hebelgehäuse-23-ist weiters ein Stellhebel-24angeschweisst, der in dieser Figur nicht eingezeichnet wurde.
Zwischen Hebelgehäuse--23--und der Nabe--4--sind in entsprechenden Aussparungen Laufringe --25, 26--eingelegt, zwischen denen Kugeln --27-- geführt sind. Die Führung der Kugeln --27-- besorgt der Kugelkäfig--28--. An der linken Seite der Figur sind die Laufringe--25, 26--mit Ausnehmungen --29, 30--dargestellt, derart, dass die Kugeln-27-in den Ausnehmungen einrasten können. An der rechten Seite sind die Laufringe --25,26-- an einer andern Stelle geschnitten, so dass die Kugeln --27-zwischen diesen rollen. Der Kugelkäfig-28-weist ebenfalls ein Gleitlager auf und dieser kann sich ebenfalls um die Achse des Führungsdornes --14-- drehen.
An der Aussenseite des Hebelgehäuses--23--sind in axialer Richtung entlang der Mantelfläche Schaltnasen--31, 32--angeordnet, die noch in den nächsten Figuren genauer erläutert werden.
Die Fig. 2 zeigt den Schnitt B-B an der in Fig. 1 angeführten Stelle. Es ist von der Mitte aus gesehen der
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--14-- mitKugelkäfig--28--enthält im Abstand von 120 drei gabelförmige Aussparungen in denen die Kugeln --27-- geführt sind. Mit-27'-sind die Kugeln in Drehstellung gezeigt. Ferner sind in dieser Figur die Laufringe--25, 26--zu sehen, in denen die Kugelbahn mit strichlierter Linie zu erkennen ist. Unter den Kugeln --27-- liegen dann die Ausnehmungen-30-. Es sind also die Laufringe-25, 26--, sobald die Kugeln --27-- in den Ausnehmungen-29, 30-liegen in Grundstellung. Dies ist die Arretierstellung. In der Drehstellung sind dann die Laufringe-25, 26-mit dem vollen Kugelabstand voneinander entfernt.
Die Fig. 3 zeigt den Schnitt C-C gemäss Fig. l. Auch hier ist von der Mitte aus betrachtet, der
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gewissen Grenzen die Bremskeile hin und her gleiten. Sie sind so eingelegt, dass sie genau gegenüber, also diagonal liegen. In der Mitte der Bremskeilführung --9-- ist eine abgeflachte Stelle, an der der Anschlag --11-- mit den in Fig. 1 bezeichneten Schrauben --12-- befestigt ist. Im Inneren des Anschlages--11-ist eine hohlzylinderartige Ausnehmung in der eine Zylinderfeder --10-- eingelegt ist. Abgeschlossen wird die zylinderförmige Ausnehmung mit einem Druckstempel--33--, der die Aufgabe hat, den Bremskeil--6--
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Die Fig. 4 stellt eine Ansicht gemäss Schnitt D-D dar, wie dieser in Fig. 2 angegeben wurde.
Auf der Nabe --4-- sitzt zunächst der untere Laufring--26--, in dem in der Ausnehmung--30--die Kugeln--27--
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einrasten. Der Kugelkäfig--28--ist in diesem Augenblick in der Raststellung, wobei die Ausnehmung --29-- über den Kugeln --27-- liegt. Die Ausnehmungen-29, 30-sind so gewählt, dass die Laufring --25, 26--so nahe aneinander zu liegen kommen und gerade den Kugelkäfig--28--nicht berühren. Wird nun der Stellhebel-24-des Hebelgehäuses-23-in einer Richtung verschwenkt, so wird der Laufring --25-- durch Abwälzen der Kugeln--27--so angehoben, dass dieser einen maximalen Abstand erhält.
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30--heraus.Bremskeil--6--.
Wesentlich ist, dass die Schaltnase--31--so weit an der Mantelfläche des Hebelgehäuses --23-- heruntergezogen ist, dass bei einer Bewegung in Drehstellung der Bremskeil--6--freigegeben wird. Mit einer weiteren Schaltnase--32--wird das Hebelgehäuse, bzw. der Stellhebel am Weiterdrehen in Grundstellung gehindert.
Die Anordnung der Kugelarretierung--K--in Verbindung mit dem Reibgesperre--R--dient dazu, die Sicherheitseinrichtung in Tätigkeit zu setzen sobald ein Fremdkörper zwischen zwei benachbarten Schaufeln eingeklemmt wird und dass die Verstellbewegung der übrigen Schaufeln, die mit den Stellhebeln--24--am Regelring fest angeschlossen sind, abgeschaltet wird. Damit wird ein Schliessen der übrigen Leitschaufeln --1-- nicht behindert. Es wird also durch Entkupplung über die Kugelarretierung--K--die Laufschaufel völlig vom Regelring getrennt und könnte nun, je nach Strömung des Druckmediums, hin und her pendeln. Dabei könnten wieder Beschädigungen durch Anschlagen an die benachbarten Laufschaufeln eintreten.
Um dies zu vermeiden, tritt automatisch das Reibgesperre--R--in Funktion, so dass die Leitschaufel--l--bei Abkupplung vom Stellhebel --24-- automatisch gebremst und in dieser Stellung festgehalten wird. Dadurch wird auch zunächst der Fremdkörper zwischen zwei Schaufeln festgehalten. Beim Wiederöffnen der Leitschaufeln wird die Bremse wieder gelöst, der Fremdkörper von seiner Klemmlage befreit und durch die Kugelarretierung--K--die Leitschaufel wieder an den Stellhebel--14--angekoppelt.
Eine weitere Variante der Anordnung von einem Reibgesperre, wie dies bereits in Fig. 3 dargestellt wurde, ist in Fig. 6 aufgeführt. Auf dem Leitschaufelzapfen--2--ist wieder mittels Sicherungsstift--5--eine Nabe --35-- befestigt, die ebenfalls an der gegenüberliegenden Stirnseite eine Bremskeilführung--9--aufweist. Die Bremskeilführung 9 hat wieder einen grösseren Radius, wobei sich der Bremskeil--36--entlang dieser Bahn bewegen kann.
Lediglich am ausgehenden Ende der Bremskeilführung --9-- ist gegenüberliegend
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--9-- eineDrehstellung--24'--gebracht, so wird auch die am Hebelgehäuse--23--angeordnete Schaltnase--37-- vom Anschlag--40--weggedrückt, wobei der Keil--36--in seine Bremsstellung gebracht wird. Die Schaltnase-37-kommt dann in die Lage-37'--zu liegen. Es wird aber auch die Schaltnase-38--, die den Keil--36--an der Weiterbewegung hindert, weggedreht, so dass dieser nun in Bremsstellung eingebracht werden kann.
Betrachtet man die Situation während des Schliessens, wenn zwischen den Schaufeln ein Gegenstand eingeklemmt ist. Bei Festklemmen des Fremdkörpers befinden sich die Schaufeln in einem bestimmten Winkel ; die Regulierung strebt weiter zu schliessen. Der Widerstand durch den Fremdkörper wächst an, bis zu dem Augenblick, bis das Moment dem Tellerfedermoment gleich ist. Die Sicherungseinrichtung spricht an, die Schaltnase trennt sich vom Anschlag, die Kugeln rollen aus den Ausnehmungen heraus. Der obere Laufring geht in diesem Augenblick in axialer Richtung von seiner Ruhelage heraus und die Kugeln gelangen auf die horizontale Bahn der Laufring.
Da eine solche Sicherungseinrichtung wenigstens auf jeder zweiten Schaufel befestigt sein muss, geht bei Einklemmen eines Fremdkörpers naturgemäss jene Schaufel ohne Sicherungseinrichtung zu, die benachbarte mit Sicherungseinrichtung aber geht durch die Wirkung des Gegenstandes weiter auf. Wenn der Leitapparat in die geschlossene Stellung kommt, ist die Schaufel mit der Sicherungseinrichtung um einen bestimmten Winkel offen geblieben. Diese Schaufel ist jetzt lose, d. h. ihre Bewegung wird nur durch das hydraulische Moment bestimmt. Die Schaufel wird deshalb gebremst, bevor die Kugeln auf die horizontale Bahn gerollt werden. Die gebremste Lage ist in Fig. 1 mit dem Schnitt der rechten Seite gekennzeichnet. Das Bremsen entsteht durch die Schaltnasen, die die Bremskeile in ihre Bremsstellung schieben.
Um die gebremste Schaufel wieder lösen zu können, muss sich der Stellhebel in öffnungsrichtung zurückbewegen. Dabei schiebt auch die Nase den Bremskeil wieder zurück. Die Einrichtung kommt dann automatisch in jene Stellung, wie im Schnitt der Fig. 1 auf der linken Seite dargestellt.
Durch diese Überlastsicherung wird nun erreicht, dass die Leitschaufel trotz Sperrung infolge eines Fremdkörpers zweier benachbarter Schaufeln in Schliessstellung gebracht werden können, ohne dass hiezu hydraulische Einrichtungen notwendig wären. Auch ist es nicht erforderlich, dasSchiebegestänge zu deformieren, um eine Beschädigung der Laufschaufeln zu vermeiden. Die Überlastsicherung arbeitet vollkommen selbsttätig.
Eine besondere Wartung ist hiefür nicht notwendig.