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Sicherheitsvorrichtung für Wasserturbinen.
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Wasserturbinen, die mit Zusatzmaschinen laufen. Dabei werden die Zusatzmaschinen zum Ausgleich der Spitzenbelastung geregelt, während sich eine Regelung für die Turbinen erübrigt. Diese sind nur gegen Durchgehen infolge Kurzschluss, Riemenbruch oder bei einer unzulässigen Überschreitung der Drehzahl zu sichern. Hierzu wird ein Fliehkraftpendel verwendet, das bei der Überschreitung einer bestimmten Drehzahl der angetriebenen Welle in bekannter Weise einen Antrieb z-m Schliessen des Turbinenleitapparates einrückt.
Da einerseits der Antrieb zum Schliessen des Turbinenleitapparates so lange wirksam sein muss, bis die Leitschaufein geschlossen sind, andrerseits aber ein Überschreiten der Schlusslage des Leitapparates wegen der auftretenden Bruchgefahr sicher vermieden werden muss, so ist nach der Erfindung zwischen dem Antrieb zum Schliessen des Turbinenleitapparates und der Schliessvorrichtung der Turbine eine von dieser kurz vor der Beendigung der Schliessbewegung auszurückende Kupplung angeordnet. In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gemäss Fig. 1 ist auf der von der Turbine a aus angetriebenen Welle b, die durch eine Riemenscheibe c beispielsweise eine Dynamomaschine antreibt eine kleine Riemenscheibe d angeordnet, die ein Fliehkraftpendel q in Drehung versetzt.
Wird die zulässige Drehzahl der Welle b überschritten, so bewirkt das Fhehkraftpendel q durch Schliessen eines elektrischen Stromkreises in bekannter Weise ein Einrücken einer Kupplung r und ein Mitnehmen einer Welle f durch einen auf dieser Welle f fest aufgekeilten Kupplungsteil s. Durch zwei Stirnräder h, i wird dann eine Vorgelegewelle k mitgenommen, die eine Schnecke l trägt. Diese Schnecke I greift in einen Sektor m ein, durch den die Leitschaufeln der Turbine in bekannter Weise geschlossen werden können. Dadurch wird der Wasserzuflllss zu der Turbine abgesperrt und diese stillgesetzt.
Statt des Fliehkraftpendels q des Stromkreises und der Kupplung r, s kann auch eine an sich bekannte Zentrifugalkupplung angeordnet sein.
Damit durch die der Turbine und der angetriebenen Dyn momaschine innewohnende Schwungkraft nach dem Absperren des Wasserzuflusses für die Turbine die Bewegung der Vorgelegewelle k und des Steuersektors m nicht fortgesetzt werden kann, ist der Sektor m durch einen Lenker n mit einer Ausrückkupplung o verbunden, die kurz vor der Schlusslage des Sektors in die Vorgelegewelle k auseinandel kuppelt, so dass die Schnecke l nicht mehr von dem Stirnrad i angetrieben werden kann.
Ein Handrad p auf der Welle k dient dazu, die Wasserturbine a wieder in Gang zu setzen, indem durch Drehung des Handrades und der Schnecke l auch der Steuersektor zurückgedreht und der Leitapparat in die Offenstellung gebracht wird, so dass die Turbine wiederum beaufschlagt werden kann.
Statt der Kupplung o kann man auch gemäss Fig. 2 und 3 zwischen den Wellen f und k ein Seil t anordnen, das mit seinem einen Ende mit der Welle f fest vereinigt ist, wogegen das andere einen Haken oder eine Öse aufweisende Ende an einer auf der Welle k
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befestigten Scheibe u eingehakt und um diese herumgeschlungen wird. Wird die Welle f angetrieben, so wird durch das Seil t auch die Welle k bis zur Beendigung der Schliessbewegung des Sektors in mitgenommen, worauf das eingehakte Ende des Seiles 1 von der Scheibe it abgleitet und dadurch den Sektor M stillsetzt.
Das mit der angetriebenen Welle in Dewegungszusammenhang stehende Fliehkraftpendel kann bei der Überschreitung einer bestimmten Drehzahl seinen Antrieb auch durch einen Riemenrücker auf eine die Schliessvorrichtung der Turbine antreibende Vorgelegewelle verschieben, wie dies Fig. 4 zeigt.
Auf der von der Turbine a aus angetriebenen Welle b, die durch eine Riemenscheibe c beispielsweise eine Dynamomaschine antreibt, ist eine zweite Riemenscheibe J angeo. dnet, die das Fliehkraftpendel q in Drehung versetzt. Wird die zulässige Drehzahl der Welle b überschritten, so dreht die Muffe t einen winkelhebel u, gegen dessen freies Ende u1 ein unter der Wirkung eines Gewichtes v stehender Kipphebel v1 anliegt, derart, dass der
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Antriebsriemen d'von der Riemenscheibe r'auf eine Riemenscheibe s', die eine Welle in Drehung versetzt. Die Drehung dieser Welle f wird durch Stirnräder A, i auf eine Vorgelegewelle k übertragen, die eine Schnecke l trägt. Diese Schnecke 1 greift in einen Sektor nl ein, durch den die Leitschaufeln der Turbine a geschlossen werden können.
Dadurch wird der Wasserzufluss zu der Turbine abgesperrt und diese sowie die angetriebene Welle b mit der Riemenscheibe c stillgesetzt.
Der vermittelst des Flichkraftpendels eingerückte Antrieb zum Schliessen des Turbinenleitapparates kann nach den für den Schluss des Leitapparates erforderlichen Umdrehungen sich selbsttätig auch wieder ausrücken, wie dies in Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist.
Statt der vom Sektor m (Fig. 4-) der Schliessvorrichtung mittels eines Lenkers n, einer Geradführung und einer Gabel gesteuerten Kupplung o zur Unterbrechung des Antriebe
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zurückschiebende Schraubv & rrichtung angeordnet. Diese besteht aus linksgängigen Gewindegängen f1, die auf der Vorgelegewelle f angeordnet sind, und aus einer Schraubenmutter y, die mit einem winklig umgebogenen Arm f3 gegen das Ende des Riemenrückens stösst.
Wird die zulässige Drehzahl der von der Turbine a angetriebenen Welle b überschritten, so dreht die Muffe t des Fliehkraftpendels q einen Winkelhebel u, gegen dessen freies Ende u1 ein unter der Wirkung eines Gewichtes v stehender Kipphebel v1 anliegt, derart, dass der Kipphebel #1 ausgelöst wird und herabfällt. Bei der Abwärtsbewegung des
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schlitz cider an einer Riemengable x befestigt ist. Die Stifte x4 dieser Reiemengabel umfassen einen das Fliehkraftpendel q antreibenden Riemen dl in bekannter Weise. Da der Führungsschlitz zu geneigt zu der Bewegungsbahn des Zapfens 1 liegt, so wird die Riemen-
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Dadurch gelangt der Antriebsriemen dl von der Riemenscheibe r1 auf eine Riemenscheibe s1, die eine Welle f in Drehung versetzt.
Die Drehung dieser Well f wird durch Stirnräder It, i auf eine Voregelewelle k übertragen, die eine Schnecke l trägt. Diese Schnecke l greift in einen Sektor m ein, durch den die Leitschaufeln der Turbine a in bekannter Weise geschlossen werden können. Dadurch wird der Wasserzufluss zu der Turbine abgesperrt und diese sowie die angetriebene Welle b mit der Riemenscheibe c stillgestzt.
Sobald die Welle f sich zu drehen beginnt, wnd auch die Schraubenmutter J 2 nach rechts verschoben und ihr Arm/3 drückt den Riemenrücker : v in seine Ausgangslage zurück, so dass der Riemen dl von der Riemenscheibe SI wieder auf die Riemenscheibe v1 herüber-
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kann durch Drehen des Handrades 'bewirkt werden.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nah Fig. 6 ist statt der vom Sektor M aus auszurückenden Kupplung eine sich selbsttätig ausschraubende Kupplung angeordnet. Das von der Vergelegewelle f durch eine Stirnrad h angetriebene Zahnrad i ist mit Innengewinde
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in der Nabe il auf einer festgelagerten Schraubenspindel kl aufgeschraubt. An der Nabe il angebrachte Klauen 01 greifen in entsprechende Aussparungen, die in der Schneckenwelle k angeordnet sind.
Sobald nach dem Einrücken der Kupplung r, s das Stirnrad h gedreht wird, wodurch die Schneckenwelle k und der Sektor m durch das Zahnrad i und die Kupplung o angetrieben wird, wird auch das Zahnrad i auf der Schraubenspindel kl in
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und eine weitere Drehung der Schneckenwelle le und des Sektors m dadurch aufgehoben ist.
Die Ausschaltung des Antriebes nach den für die Schliessbewegung erforderlichen Um- drehungen der Schneckenwelle o. dgl. kann auch unter Vermittlung eines Elektromotors erfolgen, der sich selbsttätig ausschaltet.
Statt des unmittelbaren Antriebes der zum Schliessen des Turbinenleitapparates dienenden Vorrichtung kann auch ein Spannwerk dienen, das von der angetriebenen Welle durch ein Fliehkraftpendel ausgelöst wird. Diese Einrichtung lässt sich auch mit einer be- kannten Vorrichtung zur Regelung der Beaufschlagung der Turbine von Hand vereinigen, so dass man ohne Behinderung den Turbinenleitapparat jederzeit einstellen kann.
Ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Fig. 7 schau- bildlich dargestellt. In das an sich bekannte Gestänge zur Regelung der Beaufschlagung der
Turbine von Hand ist dabei eine ausrückbare Kupplung angeordnet, die von einem Flieh- kraftpendel bei der Überschreitung einer bestimmten Drehzahl der angetriebenen Welle selbstätig ausgerückt wird.
Der Turbinenleitapparat al einer Turbine ist durch ein Gestänge bl, cl, d', e,/* mit einem Handrade g verbunden, durch das die Einstellung des Turbinenleitapparates al von
Hand erfolgt. In dieses Gestänge ist eine Kupplung eingebaut, die aus einem gesperrten Arm 712 und einem Sperrkörper i2 besteht. Der gesperrte Arm h2, der mit der Welle d'fest vereinigt ist, steht unter der Wirkung einer Zugfeder , die bestrebt ist, die Welle dl derart zu drehen, dass der Tulbinenleitapparat al geschlossen wird. An einem Gegenarm hl kann eine gleiche Zugfeder k2 angeordnet sein, die die Wirkung der ersten verstärkt. Der Sperrkörper * der Kupplung ist an einem Bolzen 11 befestigt, der in einem auf der Achse dl lose drehbaren Winkel e verschiebbar gelagert ist.
Der Winkel e steht gleichzeitig mit einer Zugspindel f4 in Verbindung, die durch Drehung des Handrades g gehoben und gesenkt werden kann.
Erfolgt diese Drehung während der Sperrkörper ig in einen Ausschnitt des Armes h2 eingreift, so lässt sich vermittelst des Handrades der Turbinenleitapparat al in jede gewünschte Lage bringen. Die Steuerung des Bolzens erfolgt durch einen an den Winkel e angelenkten und mit dem Bolzen 11 verbundenen Hebel m1. Mit diesem Hebel m1 steht ein Seilzug Jtl in Verbindung, der an einem Kipphebel vI befestigt ist. In seiner Hochlage wird dieser Kipphebel v'von einer Sperre r2 gefangen, die mit einem Fliehkraft- pendel q in Verbindung steht, das von der angetriebenen Welle in Umdrehung versetzt wird.
Wird eine bestimmte, zweckmässigerweise einstellbare Drehzahl der angetriebenen Welle überschritten, so hebt das Fliehkraftpendel q die Sperre r2 aus und der Kipphebel u1 fällt unter mitnahme des Seiles n1 herunter, verschwenkt den Hebel mt, wodurch der Sperrkörper i2 aus dem Arm A ? herausgezogen wird. Sofort treten die Sperrfedern kl in Wirkung und verdrehen die Welle d1, so dass der Turbinenleitapparat a geschlossen wird.
Die Einschaltung des Kipphebels v'zwischen dem Fliehkraftpendel q einerseits und dem von dem Seilzug n1 gesteuerten Sperrkörper i2 andrerseits bringt den Vorteil mit sich, dass das Schliessen des Turbinenleitapparates plötzlich erfolgt,
PATENT-ANSPRÜCHE :
I. Sicherheitsvorrichtung für Wasserturbinen, bei der ein mit der angetriebenen Welle in Dewegungszusammenhang stehendes Fliehkraftpendel bei der Überschreitung einer bestimmten Drehzahl der angetriebenen Welle einen Antrieb zum Schliessen des Turbinenleitapparates einrückt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antrieb (f) des Turbinenleitapparates und der Vorrichtung (rit) zum Schliessen des Leitapparates für die Turbine (a) eine von der Schliessvorrichtung (Sektor in) kurz vor der Beendigung der Schliessbewegung auszurückende Kupplung (o) eingeschaltet ist (Fig. i).
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Safety device for water turbines.
The invention relates to a safety device for water turbines that run with auxiliary machines. The additional machines are regulated to compensate for the peak load, while regulation for the turbines is not necessary. These are only to be secured against runaway as a result of a short circuit, broken belt or if the speed is inadmissibly exceeded. For this purpose, a centrifugal pendulum is used which, when a certain speed of the driven shaft is exceeded, engages a drive z-m closing of the turbine nozzle in a known manner.
Since, on the one hand, the drive to close the turbine nozzle must be effective until the vanes are closed, but on the other hand, exceeding the final position of the nozzle must be safely avoided because of the risk of breakage, so according to the invention between the drive to close the turbine nozzle and the closing device of the turbine has a clutch which is to be disengaged from this shortly before the end of the closing movement. In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown. According to FIG. 1, a small belt pulley d is arranged on the shaft b driven by the turbine a, which drives a dynamo machine, for example, by means of a belt pulley c, which rotates a centrifugal pendulum q.
If the permissible speed of shaft b is exceeded, the Fhehkraftpendel q causes a clutch r to engage and a shaft f to be carried along by a clutch part s wedged onto this shaft f by closing an electrical circuit in a known manner. A countershaft k, which carries a worm l, is then carried along by two spur gears h, i. This worm I engages in a sector m through which the guide vanes of the turbine can be closed in a known manner. This shuts off the water supply to the turbine and stops it.
Instead of the centrifugal pendulum q of the circuit and the clutch r, s, a centrifugal clutch known per se can also be arranged.
So that the movement of the countershaft k and the control sector m cannot continue due to the inertia force inherent in the turbine and the driven Dyn momaschine after the water supply for the turbine has been shut off, the sector m is connected by a link n with a release clutch o, which is short before the final position of the sector disengages in the countershaft k, so that the worm l can no longer be driven by the spur gear i.
A handwheel p on the shaft k is used to restart the water turbine a by turning the handwheel and the worm l also back the control sector and bringing the diffuser into the open position so that the turbine can be acted upon again.
Instead of the coupling o, according to FIGS. 2 and 3, a rope t can also be arranged between the shafts f and k, one end of which is firmly connected to the shaft f, while the other end has a hook or an eye on one the wave k
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attached disc u is hooked and wrapped around it. If the shaft f is driven, the shaft k is also carried along by the cable t until the closing movement of the sector in, whereupon the hooked end of the cable 1 slides off the disk it and thereby stops the sector M.
The centrifugal pendulum, which is related to the movement of the driven shaft, can, when a certain speed is exceeded, shift its drive by means of a belt pusher onto a countershaft driving the closing device of the turbine, as shown in FIG. 4.
A second belt pulley J is attached to the shaft b, which is driven by the turbine a and which drives, for example, a dynamo machine through a belt pulley c. dnet, which sets the centrifugal pendulum q in rotation. If the permissible speed of the shaft b is exceeded, the sleeve t rotates an angle lever u, against the free end u1 of which a rocker arm v1 under the action of a weight v rests, in such a way that the
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Drive belt 'from the pulley r' to a pulley s' which sets a shaft in rotation. The rotation of this shaft f is transmitted through spur gears A, i to a countershaft k which carries a worm l. This screw 1 engages in a sector nl through which the guide vanes of the turbine a can be closed.
As a result, the water flow to the turbine is shut off and the turbine and the driven shaft b with the pulley c are stopped.
The drive for closing the turbine nozzle, which is engaged by means of the force pendulum, can also automatically disengage itself after the rotations required for closing the nozzle, as is illustrated in the exemplary embodiments according to FIGS. 5 and 6.
Instead of the clutch o, controlled by the sector m (Fig. 4-) of the locking device by means of a link n, a straight guide and a fork, to interrupt the drive
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arranged pushing back screw. This consists of left-hand threads f1, which are arranged on the countershaft f, and a screw nut y, which pushes against the end of the belt back with an arm f3 bent at an angle.
If the permissible speed of the shaft b driven by the turbine a is exceeded, the sleeve t of the centrifugal pendulum q rotates an angle lever u, against the free end u1 of which a rocker arm v1 under the action of a weight v rests, such that the rocker arm # 1 is triggered and falls. When the
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slotted cider is attached to a strap strap x. The pins x4 of this fork include a belt dl driving the centrifugal pendulum q in a known manner. Since the guide slot is too inclined to the path of movement of the pin 1, the belt
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As a result, the drive belt dl passes from the belt pulley r1 to a belt pulley s1, which sets a shaft f in rotation.
The rotation of this shaft f is transmitted by spur gears It, i to a counter shaft k, which carries a worm l. This worm l engages in a sector m through which the guide vanes of the turbine a can be closed in a known manner. As a result, the water flow to the turbine is shut off and the turbine and the driven shaft b with the belt pulley c are stopped.
As soon as the shaft f begins to turn, the screw nut J 2 is also shifted to the right and its arm / 3 pushes the belt pusher: v back into its starting position, so that the belt dl from the belt pulley SI over again onto the belt pulley v1.
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can be done by turning the handwheel.
In the embodiment of the invention near FIG. 6, instead of the clutch to be disengaged from sector M, an automatically unscrewing clutch is arranged. The gear wheel i driven by a spur gear h from the lay shaft f has an internal thread
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screwed into the hub il on a fixed screw spindle kl. Claws 01 attached to the hub il engage in corresponding recesses which are arranged in the worm shaft k.
As soon as the spur gear h is rotated after the engagement of the clutch r, s, whereby the worm shaft k and the sector m are driven by the gear wheel i and the clutch o, the gear wheel i on the screw spindle is also in
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and further rotation of the worm shaft le and the sector m is thereby canceled.
The disconnection of the drive after the revolutions of the worm shaft or the like required for the closing movement can also take place with the intermediary of an electric motor, which switches itself off automatically.
Instead of the direct drive of the device used to close the turbine nozzle, a tensioning mechanism can also be used, which is triggered by the driven shaft by a centrifugal pendulum. This device can also be combined with a known device for regulating the loading of the turbine by hand so that the turbine nozzle can be adjusted at any time without hindrance.
Such an embodiment of the invention is shown graphically in the drawing in FIG. In the known linkage for regulating the application of the
Turbine by hand a disengageable clutch is arranged, which is automatically disengaged by a centrifugal pendulum when a certain speed of the driven shaft is exceeded.
The turbine nozzle al of a turbine is connected by a linkage bl, cl, d ', e, / * with a handwheel g, through which the setting of the turbine nozzle al from
Hand done. A coupling is built into this linkage and consists of a locked arm 712 and a locking body i2. The locked arm h2, which is firmly united with the shaft d, is under the action of a tension spring which tries to rotate the shaft dl in such a way that the tulbine guide apparatus al is closed. An identical tension spring k2, which reinforces the effect of the first, can be arranged on a counter arm hl. The locking body * of the coupling is attached to a bolt 11, which is mounted displaceably in an angle e that is loosely rotatable on the axis dl.
The angle e is also connected to a tension spindle f4, which can be raised and lowered by turning the handwheel g.
If this rotation takes place while the locking body ig engages in a cutout of the arm h2, the turbine nozzle a1 can be brought into any desired position by means of the handwheel. The bolt is controlled by a lever m1 linked to the angle e and connected to the bolt 11. A cable Jtl, which is attached to a rocker arm vI, is connected to this lever m1. In its high position, this rocker arm v 'is caught by a lock r2, which is connected to a centrifugal pendulum q, which is set in rotation by the driven shaft.
If a certain, expediently adjustable speed of the driven shaft is exceeded, the centrifugal pendulum q lifts the lock r2 and the rocker arm u1 falls down, taking the cable n1 with it, swivels the lever mt, whereby the locking body i2 out of the arm A? is pulled out. The locking springs kl take effect immediately and turn the shaft d1 so that the turbine nozzle a is closed.
The activation of the rocker arm v 'between the centrifugal pendulum q on the one hand and the locking body i2 controlled by the cable n1 on the other hand has the advantage that the turbine nozzle closes suddenly,
PATENT CLAIMS:
I. Safety device for water turbines, in which a centrifugal pendulum, which is in motion with the driven shaft, engages a drive to close the turbine nozzle when a certain speed of the driven shaft is exceeded, characterized in that between the drive (f) of the turbine nozzle and the device ( rit) to close the diffuser for the turbine (a) a clutch (o) to be disengaged by the closing device (sector in) shortly before the end of the closing movement is switched on (FIG. i).