Wasserturbine mit einer durch eine Nadel regulierbaren Düse. Vorliegende Erfindung betrifft eine Was serturbine mit einer durch eine Nadel regu lierbaren Düse.
Bei dieser hat Druckflüssigkeit vom Dü- senflussrohr zu der einen .Seite eines an der Nadel angebrachten Kolbenkörpers unmittel baren Zutritt, während bei eintretender Be lastungsänderung der Druck auf der entge gengesetzten Seite ,des ;genannten Kolbenkör- pers automatisch derjenigen Nadelstellung entsprechend reguliert wird, welche die Nadel auf Grund dieser Belastungsänderung in der Düse einnehmen soll.
Die Zeichnung zeigt den Aufriss eines Ausführungsbeispiels des Erfin.dungsgegen- standes im Schnitt.
Ein Zweigrohr 1 ist an einem Ende mit einem Düsenhalter 2 versehen, in welchem ein Düsenmundstück 8 angeordnet ist. Die Öff nung desselben kann mittelst einer Nadel 5, welche an einem durch eine Führung 6 hin durchgehenden hohlen Nadelschaft 4 befestigt ist, reguliert werden.
Ein zur Regelung des Strahls dienender Ablenker 7 sitzt mit einem Arm 8 auf einer Welle 9, auf welcher auch Arme 10, 11 auf gekeilt sind. Der Arm 10 greift in eine Muffe 12 eines Reglers ein, welcher zweckmässiger- weise :direkt von der Turbinenwelle aus ange trieben wird.
Die Nadel 5 ist mit einem Kolbenkörper 14 verbunden, welcher in einem Druckwasser zylinder 18 ,arbeitet. Letzterer ist auf einer Seite offen und dem im Rohre, 1 herrschenden Flüssigkeitsdrucke .direkt ausgesetzt. Das an dere Ende der Kammer, in welcher -der Kol ben sich bewegt, ist mittelst eines Deckels 15 geschlossen.
Durch diesen Deckel hindurch geht ein Rohrventil 16 zur Regelung des Übertrittes .der Flüssigkeit von der hinter dem Kolben 14 befindlichen Kammer 18 in den innern Hohlraum des Nadelschaftes 4. Das Rohrventil 16. geht durch eine Führung 17 hindurch, welche mit einem Tropfrohr 19 ver sehen ist.
Die Stellung des Rohrventils 16 wird mit- telst einer von Hand verstellbaren Regulier schraube 21, welche am Ende des einen Armes eines auf einer Welle 22 aufgekeilten Knie- liebeln 20 angebracht ist, reguliert. Auf der Welle 22 ist auch noch ein Arm 33 :ii fbel.eilt.
Der andere Arm des Kniehebels 2(1 ist rnit einem Kolben 23 einer Pu%fervorrichtunb 21 verbunden, wobei der Kolben mit einem Ver- zögerungsorgan, einem Einwegventil, verse hen ist, welches eine rasche, freie Bew egun" des Kolbens aufwärts, aber eine nur sehr lau gsame Bewegung abwärts gestattet.
Der (yenannte Arm 33 ist zwecks Aufnahme einer Schubstange 3) durchbohrt, und zwischen die- sF-r Stange und einem Bunde derselben mit einer Druckfeder 34 versehen. Am entgegen- esetzten Ende ist die Stange 35 mit einem Kniehebel 36 verbunden, mit welchem der ge nannte, auf der Welle 9 sitzende Arm 1.1 durch einen Lenker 3 7 verbunden ist.
Aus dem Rohre 1 wird durch eine Röhre 31 Flüssigkeit in die Kammer 18 geleitet, wo her der Zufluss derselben mittelst eines in die Röhre 31 eingebauten Absperrventils 3? re- uuliert wird. Die Flüssigkeit wird durch eine mit einem Gazefilter 27 versehene Filterkam mer 28 hindurchgeleitet. Das Filter 2"t kann durch Loslösung der Enden 29 desselben ent fernt und ausgewechselt werden.
Ein verstell- 1 Aares Ventil 26 reguliert den Zufluss der Flüs- sij-heit in die Kammer 18.
Angenommen, ein Teil der Belastung wird von der Turbine abgeschaltet, so steigt die Geschwindigkeit derselben etwas und die Reg lr-rmuffe 12 wird infolgedessen in der Rich- tung des Pfeils Z verschoben, wodurch der Ablenker 7 in .den Strahl eintritt und infolge Ablenkung eines Teils desselben vom Rade nur so viel .davon übrig lässt, dass die richtige C=(schvvindigl@eit und Belastung aufrechter halten bleibt.
Diese Bewegung ist eine schnelle und lässt so der Geschwindigkeit so wenig Zeit zum Steigen, dass ein Schwungrad nicht nötig ist.
Infolge des zwischen dem Nadelschaft 4 und dem Rohr 1 vorhandenen Spielraumes wird auf die Vorderseite des Kolbens 14 stets ein dem Druck im Zuleitungsrohre 1 gleieli grÜsser Drisch auf die Fläeheneinheit ausge- übt, welcher Drueh bestrebt ist, die Nadel spitze<B>5</B> aus der Düse 9 herauszudrängen, An- dersehs ist der auf die Nadelspitze 5 wir kende Druck stets bestrebt, die Nadel in die Düse 3 hineinzudr,Lngen. Hieraus geht dem nach hervor, dass,
wenn der Druck auf b.-id-@ii Seiten des Kolbens 18 gleich ist, die Nadel 5 sich in einer solehen Richtung bewegt, .dass die Düse 3 geschlossen wird. Um das Schliess bestreben der Nadel ) zu unterstützen, ist eimi leichte Feder 30 angeordnet. Die Nadel und der Nadelschaft; sind ihrer Länge nach durch bohrt.
Nenn nun das Rohrventil. 16 gegen das Ende des Nadelschaftes drückt und So dessen Durchbohrung schliesst, so wird Was ser, welches das Ventil 32 und .den Filter 28 durchströmt,
in den hinter dein Kolben 18 be findlichen Raurn eintreten und durch den sich bildenden Druck den Kolben -vorwärts bewe- Schliesst dagegen das Ventil 16 die Durchbohrung nicht, so tritt hinter dem Kol ben 18 mehr oder weniger vollständige Ent spannung ein, und da Wasser fliesst durch die Durchbohrung von Nadelcha.ft und Na delspitze in die Mitte des Strahls ab.
Nach dem der Drisch hinter dem Kolben vermindert wurde, drängt der vor dem Kolben herr schende höhere Druck den Kolben zurück, wo bei derselbe die Nadelspitze in einer solchen R,iehtunb bewegt, d ass die Öffnung der Düse 3 vergrössert wird.
Wenn die Belastung der Turbine abge schaltet wurde, so wird der Ablenker 7 sofort in den Strahl hineinbewegt. Gleichzeitig wird, -wie gesagt, der mit dem Ablenker mittelst des Gestä,nbes 37, 36, 35, 33 verbundene Knie hebel 20 das Rohrventil gegen die Öffnung nm Ende des Nadelschaftes drücken, und der Druck hinter dem Kolben steigt sofort,
und die Nadel wird vorwärts bewegt, bis sie schliesslich in einer Stellung zum Stillstand kommt, bei welcher der Strahl am Ablenher gerade vorbeigeht.
Die Beweg inb ist eine der artige, .dass jede Stellung der Nadel 5 einer gewollten, zu ihr bestimmten Stellung des Ab lenkers 7 entspricht, an welchem der durch die Nadelstellung in der 1Vlündunc 3 gebildete Strahl gerade vorbeigeht. Wird umbelehrt die Turbine belastet, so wird der Ablenher 7 vom Strahl entfernt und der Hebel 20 nach aussen bcwe-t. Der Wasserdruck hinter dem lio11)un drängt -das Ventil 16 nach aussen,
so dass es gegen das Ende der Schraube 21 drückt. Da das Ventil nicht mehr die Durch bohrung des Nadelschaftes schliesst, so kann sich der Druck hinter dem Kolben vermin dern, und der vor dem Kolben herrschende höhere Druck den Kolben nach aussen in einer solchen Richtung bewegen, dass die Offnung i der Düse vergrössert wird.
Würde,der Durchfluss des Wassers in der Rohrleitung zu plötzlich unterbrochen, so käme ein Wasserschlag zustande, und es wur den in der Rohrleitung infolge der plötzlichen Unterbrechung des Wasserstromes Stauungen entstehen. Wäre der Wasserschlag ein über mässig starker, so. könnte davon die Rohrlei tung bersten, während geringere Stauungen ein Hin- und Herfluten verursachen könnten, welches man oft nicht beseitigen kann.
Es ist daher sehr von Vorteil, -dass die Nadel immer langsam in die Düse eindringt, wobei die Ge schwindigkeit der Nadelbewegung von der Länge der Rohrleitung und der Geschwindig keit der Strönnlng in derselben abhängig ist. Während nun .die Nadel in die Düse langsam eindringt, schneidet der Ablenker,den Strahl rasch ab und erhält die Geschwindigkeit nor mal. Während die Nadel sich langsam ein wärts bewegt, geht der Ablenker langsam nach aussen, bis .der Strahl schliesslich gerade an ihm vorbeigeht.
Wird Belastung plötzlich zugeschaltet, so bewegt sich die Nadel gleich wohl schnell auswärts, widrigenfalls eine be denkliche Verminderung der Geschwindigkeit eintreten würde. Die Geschwindigkeit der Na delbewegung wird durch die Puffervorrich tung 23, 24 bezw. durch ,den Kolben 23 be stimmt.
Wird umgekehrt die Belastung plötz lich abgeschaltet, so wird der Ablenker schnell in den Strahl hineinbewegt, die Vo.r steuerstange 35 macht diese Bewegung mit, wirkt aber vorerst zumeist auf -die Feder 34, da die Puffervorrichtung 23, 24 nach dieser Bewegungsrichtung nur langsam nachgeben kann, was die Folge hat, dass auch das Ventil 10 nur langsam in Richtung auf clen Nadel schaft vordringt und so nur langsam ein Über- wiegen des Arbeitsdruckes im Raume 18 her beiführt. DieFecler34 bezwingt nach und nach das weitere Vordringen des Kolbens 23 und des Ventils 16.
Ausser dem im Kolben 23 ein bebauten Umlaufventil ist ein Entlastungs ventil derart angeordnet, dass, wenn .der Kol ben aufwärts bewegt wird, das Ventil sich öffnet, das 01 von einer Seite des Kolbens nach der andern rasch fliessen lässt und da durch eine rasche Bewegung .des Kolbens, Kniehebels und Rohrventils gestattet. Wird also Belastung plötzlich zugeschaltet, so wird der Ablenker schnell aus dem Strahl entfernt, und gleichzeitig werden .der Kniehebel 20, das Rohrventil 16 und infolgedessen die Nadel spitze schnell nach aussen bewegt.
Aus Obigem ist ersichtlich, da.ss primär die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel nicht durch die Grösse des Durchflussquerschnittes am Ventil 16 reguliert wird, sondern durch die Geschwindigkeit der -Bewegung des Kol bens 23 -der Puffervorrichtung. Mittelst der Schraube 21 kann der Nadelschaft einwärts bewegt werden.
Das Rohr 19 ist ein Abflu.ss- röhrchen zur Ableitung jeglichen Wassers, welches zwischen dem Rohrventil 16 und des sen Führung 17 entweichen könnte. Aus Obi gem geht auch hervor, dass, wenn die Vorrich tung in dem Sinne einen Unfall erleidet, dass Glas Ventil 16 sich frei bewegen kann, dass alsdann dieses Ventil 16 vom Wasserdruck im Raume 18 zurückgedrängt wird, was zur Folge hat, da.ss die Nadel .aus der Düse heraus gezogen wird. Dadurch wird jegliches zu fällige schnelle Schliessen der Nadel vermie den und jegliche Gefahr von Wasserschlägen beseitigt.
Ebenso kann auch die Umlaufsge- schwindigkeit ,der Turbine durch Regler und Ablenker allein reguliert werden.
Water turbine with a nozzle that can be regulated by a needle. The present invention relates to a turbine with a nozzle regulatable by a needle.
In this case, hydraulic fluid has direct access from the nozzle flow tube to one side of a piston body attached to the needle, while when the load changes, the pressure on the opposite side of the said piston body is automatically regulated according to the needle position which the needle should occupy due to this change in load in the nozzle.
The drawing shows an elevation of an exemplary embodiment of the object of the invention in section.
A branch pipe 1 is provided at one end with a nozzle holder 2 in which a nozzle mouthpiece 8 is arranged. The opening of the same can be regulated by means of a needle 5 which is attached to a hollow needle shaft 4 extending through a guide 6.
A deflector 7 serving to regulate the beam sits with an arm 8 on a shaft 9 on which arms 10, 11 are also wedged. The arm 10 engages in a sleeve 12 of a regulator, which is expediently: driven directly from the turbine shaft.
The needle 5 is connected to a piston body 14, which cylinder 18 works in a pressurized water. The latter is open on one side and directly exposed to the fluid pressure prevailing in the tube 1. The other end of the chamber, in which the piston moves, is closed by means of a cover 15.
A pipe valve 16 for regulating the transfer of the liquid from the chamber 18 located behind the piston 14 into the inner cavity of the needle shaft 4 goes through this cover. The pipe valve 16 passes through a guide 17 which is provided with a drip pipe 19 is.
The position of the pipe valve 16 is regulated by means of a manually adjustable regulating screw 21 which is attached to the end of one arm of a toggle 20 wedged onto a shaft 22. On the shaft 22 there is also an arm 33: ii fbel.eilen.
The other arm of the toggle lever 2 (1 is connected to a piston 23 of a buffer device 21, the piston being provided with a delay element, a one-way valve, which allows the piston to move rapidly and freely upwards, but with a only very slow downward movement permitted.
The (y-named arm 33) is drilled through for the purpose of receiving a push rod 3 and is provided with a compression spring 34 between this rod and a collar thereof. At the opposite end, the rod 35 is connected to a toggle lever 36 to which the aforementioned arm 1.1, which is seated on the shaft 9, is connected by a link 37.
From the pipe 1 liquid is passed through a pipe 31 into the chamber 18, where does the inflow of the same come from by means of a shut-off valve 3 built into the pipe 31? is regulated. The liquid is passed through a filter chamber 28 provided with a gauze filter 27. The filter 2 "t can be removed and replaced by detaching the ends 29 of the same.
An adjustable 1 Aares valve 26 regulates the inflow of the liquid into the chamber 18.
Assuming that part of the load is switched off by the turbine, the speed of the turbine increases somewhat and the control sleeve 12 is consequently displaced in the direction of the arrow Z, as a result of which the deflector 7 enters the jet and as a result of the deflection a Part of the same of the wheel only leaves so much of it that the correct C = (schvvindigl @ eit and load is maintained.
This movement is fast and leaves so little time for the speed to increase that a flywheel is not necessary.
As a result of the clearance between the needle shaft 4 and the tube 1, a pressure equal to the pressure in the supply pipe 1 is always exerted on the surface unit on the front of the piston 14, which pressure tends to keep the needle tip <B> 5 </ B> out of the nozzle 9, on the other hand, the pressure acting on the needle tip 5 always tries to push the needle into the nozzle 3, lengthways. From this it follows that
when the pressure on b.-id-@ii sides of the piston 18 is the same, the needle 5 moves in such a direction that the nozzle 3 is closed. A light spring 30 is arranged to help the needle close. The needle and the needle shaft; are bored through their length.
Now name the pipe valve. 16 presses against the end of the needle shaft and so its through-hole closes, so what water that flows through the valve 32 and .the filter 28,
Enter the space behind your piston 18 and move the piston forward due to the pressure that forms. If the valve 16 does not close the through hole, more or less complete relaxation occurs behind the piston 18, and water flows through the perforation of the needle shaft and needle tip into the center of the jet.
After the threshing behind the piston has been reduced, the higher pressure prevailing in front of the piston pushes the piston back, where the needle tip is moved in such a way that the opening of the nozzle 3 is enlarged.
When the load on the turbine was switched off, the deflector 7 is immediately moved into the beam. At the same time, as said, the toggle lever 20 connected to the deflector by means of the rods 37, 36, 35, 33 press the tubular valve against the opening at the end of the needle shaft, and the pressure behind the piston increases immediately,
and the needle is moved forward until it finally comes to a standstill in a position where the beam is just passing the Ablenher.
The movement inb is one of the kind, .that each position of the needle 5 corresponds to a desired position of the handlebar 7 determined for it, at which the beam formed by the needle position in FIG. 1Vlündunc 3 is just passing. If, conversely, the turbine is loaded, the deflector 7 is removed from the jet and the lever 20 bcwe-t outwards. The water pressure behind the lio11) un pushes the valve 16 to the outside,
so that it presses against the end of screw 21. Since the valve no longer closes the through-hole in the needle shaft, the pressure behind the piston can decrease, and the higher pressure in front of the piston can move the piston outward in such a direction that the opening i of the nozzle is enlarged.
If the flow of water in the pipeline were to be interrupted too suddenly, a water hammer would occur, and blockages would arise in the pipeline as a result of the sudden interruption of the water flow. If the water hammer were excessively strong, so. the pipeline could burst, while minor congestion could cause flooding to and fro, which often cannot be eliminated.
It is therefore very advantageous that the needle always penetrates slowly into the nozzle, the speed of the needle movement being dependent on the length of the pipeline and the speed of the flow in the same. While the needle slowly penetrates the nozzle, the deflector quickly cuts off the jet and maintains the speed normal. As the needle slowly moves inwards, the deflector slowly moves outwards until the beam finally just passes it.
If the load is suddenly switched on, the needle will move quickly outwards, otherwise a considerable reduction in speed would occur. The speed of the needle movement is through the Puffervorrich device 23, 24 respectively. by, the piston 23 is determined.
Conversely, if the load is switched off suddenly, the deflector is quickly moved into the beam, the front control rod 35 takes part in this movement, but initially acts mostly on the spring 34, since the buffer device 23, 24 is slow in this direction of movement can give way, which has the consequence that the valve 10 only slowly advances in the direction of the needle shaft and thus only slowly causes the working pressure in the space 18 to predominate. The Fecler34 gradually forces the further advance of the piston 23 and the valve 16.
In addition to the built-in circulation valve in the piston 23, a relief valve is arranged in such a way that when the piston is moved upwards, the valve opens, allowing the oil to flow rapidly from one side of the piston to the other, and there by a rapid movement . of the piston, toggle lever and pipe valve. If the load is suddenly switched on, the deflector is quickly removed from the beam, and at the same time the toggle lever 20, the tubular valve 16 and, as a result, the needle tip are quickly moved outwards.
From the above it can be seen that primarily the speed of movement of the needle is not regulated by the size of the flow cross section at the valve 16, but by the speed of the movement of the piston 23 of the buffer device. The needle shaft can be moved inwards by means of the screw 21.
The pipe 19 is a drain pipe for draining off any water that could escape between the pipe valve 16 and its guide 17. It can also be seen from Obi gem that if the device suffers an accident in the sense that glass valve 16 can move freely, this valve 16 is then pushed back by the water pressure in space 18, which has the consequence that the valve 16 is the needle. is pulled out of the nozzle. This avoids any excessive rapid closure of the needle and eliminates any risk of water hammer.
Likewise, the rotational speed of the turbine can be regulated by regulators and deflectors alone.