Vorrichtung an Turbinen zur Herabsetzung unerwünschter Drehzahlsteigerungen, insbesondere der Durehbrenntourenzahl. Die meisten Turbinen haben die uner- wüns-ohte Eigenschaft, .dass sich ihre Dreh zahlen bei plötzlicher Abschaltung des Gross teils ihrer Belastung stark erhöhen und dass ihre Durchbrenndrehzahl im Verhältnis zur Normaldrehzahl hoch liegt.
Da, die Flieh kräfte dem Quadrate der Umdrehungsdreh zahl proportional sind, so, entstehen beim Durchbrennen Beanspruchungen der rotieren den Teile, die ein Vielfaches derjenigen bei Normaldrehzahl betragen. Dies gilt nicht nur für die Turbinen selbst, sondern auch für alle an denselben direkt oder indirekt ange triebenen Maschinen, wie Generatoren und an diese angeschlossene Elektromotoren, Pum pen, Ventilatoren usw. Alle diese Maschinen sind für die der Turbine entsprechende Durchbrenntourenzahl zu berechnen, was eine wesentliche Preiserhöhung ergibt.
Da aus Ersparnisgründen die Beanspruchungen beim Durchbrennen hoch gewählt werden, so tritt befm Durchbrennen stets: eine gewisse Gefährdung der .davon betroffenen Maschi nen auf.
Bei. Wasserturbinen mit hoher spezifi scher Drehzahl ist das Verhältnis der Durch- brenndrehzahl zur Normaldrehzahl oft be sonders ungünstig, insbesondere wenn diese Turbinenen noch mit stark veränderlichen Gefällen arbeiten. Vorstehendes Verhältnis kann dann Werte von 2,5 bis: 3@ und mehr annehmen und die Zentrifugalkräfte steigen dadurch beim Durchbrennen auf das 6- und S und mehrfache derjenigen bei Normalbetrieb.
Zweck der vorliegenden Erfindung, deren Urheber Herr Ing. Arnold Süss, Kriens, ist, ist es die unerwünschten Drehzahlsteigerun- gen und insbesondere die Durchbrenndreh- zahl durch ein sicherwirkendes Mittel herab zusetzen.
Dies. geschieht gemäss der Erfin- dung dadurch, dass an einem mit dem treiben den Medium in Berührung kämmenden Teil des Rotors mindestens ein Störungskörper eingebaut ist, der bei Überschreitung der normalen Drehzahl durch Fliehkraftwirkung in den Strömungsraum des treibenden Me diums heraustritt. Die die Störung und Bremsung bewirkende Vorrichtung wird direkt durch die Fliehkraft betätigt,
welche beim Durchbrennen stets vorhanden ist und daher sicher wirkt.
In den Fig. 1 bis 7 der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Fig. 1 bis $ zeigen ein erstes Aus führungsbeispiel an einer Propellerturbine, wobei Störungskörper in Gestalt von Brems flügeln in der Verlängerungsspitze .der Lauf radnabe untergebracht sind und um Achsen schwenkbar sind;
Fig. 1 ist ein Achsialschnitt durch die Turbine; Fig. 2 zeigt die Abwicklung eines Z.y- linderschnittes. durch einige Laufradschau- feln und einen Bremsflügel; ,.
Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Brems vorrichtung senkrecht zur Achse der Tur bine; Fig. 4 ist ein gleicher Schnitt wie Fig. 3 durch eine Variante, und wobei Fig. 5 ein Aehsialschnitt durch die Turbine und Fig. 6 und 7 Schnitte senkrecht zur Turbinenachse durch die Bremsvorrichtung sind; Fig. 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel.
Bei der Turbine nach Fig. 1 bis 3 fliesst die Arbeitsflüssigkeit vom Leitapparat 1 durch -die Schaufeln 2 des Laufrades in dass Saugrohr 3.
In der Spitze 5 der Laufrad nabe 4 sind die Bremsflügel 6 untergebracht, welche um .die Zapfen 7 schwenkbar sind und bei normaler Drehzahl durch die Schliess- federn 8 in ihrer in Fig. 3 in ausgezogenen Linien dargestellten unwirksamen Lage ge halten werden (Stellung 6a). In dieser bil den die Flügel einen Teil der glatten Aussen fläche der Laufradspitze, so: :
dass keine Bremswirkung entsteht. Bei Steigerung der Drehzahl wird die Schliesskraft :der Federn durch die Fliehkraft der Bremsflügel Über wunden und diese treten dadurch in den Strömungsraum hinaus. Es entsteht hier- durch einesteils eine direkte Bremswirkung wie bei einem Rührwerk und überdies eine indirekte, indem hinter dem Laufrad eine stark gestörte Strömung entsteht,
wodurch sowohl der Laufrad- als aueh der-Saugrohr- wirkungsgrad stark vermindert werden. Durch das Zusammenwirken dieser Fakta-ren ist es möglich, die Durchgangsdrehzahl, wie Versuche ergaben, schon durch verhältnis- mässig kleine Bremsflügel beträchtlich herab zusetzen. Die Bremswirkung ist aus Fig. 2.
welche die Abwicklung eines Zylinder schnittes durch einige Laufrad- und einen Bremsflügel darstellt, besonders deutlich ensichtlieh. Beim Durchbrennen durchfliesst die Strömungeflüssigkeit .das Laufrad 2 mit sehr grosser Relativgeschwindigkeit und isst diese beim Austritt aus :dem Laufrad bei nahe senkrecht in bezug auf die Bremsflügel 6.
Die dort entstehende Umlenkkraft wirkt der Umfangsgeschwindigkeit :des Lauf rades :direkt entgegen, so dass :diese herab gesetzt wird.
Fig. 4 stellt eine Variante dar, bei wel cher die Bremsflügel in ihrer unwirksamen Lage durch unter Federwirkung stehende Klinken 9 festgehalten werden, welche sich unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte bei beginnendem Durchbrennen derart drehen, dass sie die Bremsflügel frei geben. Diese Variante hat gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 3 den Vorteil, dass die auf die Klinken wirkenden Federn bedeutend kleiner und schwächer gehalten werden können als die Schliessfedern B.
Der Verbindungshebel 10 mit Drehpunkt 11 hat den Zweck, genau gleichzeitiges Verschwenken beider Klinken zu erreichen, da sonst beim Ausschwenken nur eines Bremsflügels eine Unbalance des Laufrades entstehen würde, welche Vibration erzeugen könnte.
Eine ähnliche Verbindung der beiden Bremsflügel miteinander könnte auch beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein.
In den Fig. 5 bis 7 ist eine Vorrichtung :dargestellt, bei welcher die Bremsflügel durch schieberartige Körper 12 gebildet werden. In Fig. 6 sind die Bremsflügel im ausgestreckten Zustand entsprechend der Stellung beim Durchbrennen, in Fig. 7 in zurückgezogener Lage entsprechend der Stellung bei normaler Drehzahl dargestellt, Sie werden bei normaler Drehzahl durch die Federn 13 zurüekgehalten. Ihre äussere Stirnfläche ist dann mit der Aussenfläche der Laufradspitze bündig, so dass sie bei normaler Drehzahl keine Bremswirkung ver ursachen.
Die ausgestreckte Lage der Brems flügel wird durch die Nocken 14 begrenzt. Die Querschnittsform und Stellung .der Bremsflügel kann so gewählt werden, dass sie in der Drehrichtung einen möglichst grossen Widerstand erzeugen.
Die Vorspannung der Federn 8 bezw. 13 kann so gewählt werden, dass die Brems flügel schon bei wenig über der normalen liegenden Drehzahl in Funktion treten. Es ergibt sich dadurch ein weniger rasches und hohes Ansteigen der Drehzahl bei Abschal tungen, also eine Verbesserung der Regulier bedingungen. Bei gleichgrosser zugelassener Drehzahlsteigerung kann daher das Schwung- moment des Rotors GDZ kleiner gehalten werden bei gleich guten Regulierverhält nissen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee lässt noch viele konstruktive Abarten zu. Beispielsweise können die Störungs körper auch vor oder zwischen den Laufrad schaufeln angeordnet werden. Ihre Zahl kann beliebig sein, vorteilhaft aber grösser als 1, um unsymmetrische Kraftwirkungen und Unbalancen zu vermeiden. Zur Er höhung der Betriebssicherheit werden die wichtigsten Teile vorteilhaft aus rostsiche ren Materialien hergestellt.
Die in den Figuren dargestellten Kon struktionen betreffen Wasserturbinen, die Erfindung kann aber sinngemäss auch bei Dampf- und Gasturbinen angewendet werden.