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.
Device on turbines to reduce undesired increases in speed, in particular the number of continuous burns. Most turbines have the undesirable property that their speeds increase sharply when most of their load is suddenly switched off and that their burn-through speed is high in relation to normal speed.
Since the centrifugal forces are proportional to the square of the speed of rotation, stresses on the rotating parts arise during burnout, which are a multiple of those at normal speed. This applies not only to the turbines themselves, but also to all machines that are directly or indirectly driven by the same, such as generators and electric motors, pumps, fans, etc. connected to them. All these machines must be calculated for the number of burn-through speeds corresponding to the turbine results in a substantial price increase.
Since the stresses during burn-out are selected to be high for reasons of economy, there is always a certain risk of burn-through for the machines affected.
At. In water turbines with a high specific speed, the ratio of the burn-through speed to the normal speed is often particularly unfavorable, especially if these turbines are still working with highly variable gradients. The above ratio can then assume values of 2.5 to: 3 @ and more, and the centrifugal forces increase during burnout to 6 and S and several times those in normal operation.
The purpose of the present invention, the author of which is Ing. Arnold Süss, Kriens, is to reduce the undesired speed increases and in particular the burn-through speed by a safe means.
This. happens according to the invention in that at least one disruptive body is installed on a part of the rotor that meshes with the driving medium and emerges into the flow space of the driving medium when the normal speed is exceeded by centrifugal force. The device causing the disturbance and braking is operated directly by the centrifugal force,
which is always present when it burns through and therefore works safely.
Some embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 7 of the accompanying drawings.
1 to $ show a first exemplary embodiment from a propeller turbine, with disruptive bodies in the form of brake blades in the extension tip .der wheel hub are housed and are pivotable about axes;
Figure 1 is an axial section through the turbine; Fig. 2 shows the development of a cylinder section. through some impeller blades and a brake wing; ,.
Fig. 3 is a section through the braking device perpendicular to the axis of the tur bine; FIG. 4 is the same section as FIG. 3 through a variant, and FIG. 5 is an axial section through the turbine and FIGS. 6 and 7 are sections perpendicular to the turbine axis through the braking device; Fig. 5 to 7 show a further Ausfüh approximately example.
In the turbine according to FIGS. 1 to 3, the working fluid flows from the diffuser 1 through the blades 2 of the impeller into the suction pipe 3.
In the tip 5 of the wheel hub 4, the brake blades 6 are accommodated, which are pivotable about the pins 7 and are held in their inoperative position shown in solid lines in FIG. 3 by the closing springs 8 at normal speed (position 6a ). In this, the blades form part of the smooth outer surface of the impeller tip, as follows:
that there is no braking effect. When the speed increases, the closing force: the springs are overcome by the centrifugal force of the brake wings and these then step out into the flow space. On the one hand, this creates a direct braking effect as with an agitator and, moreover, an indirect one, in that a strongly disturbed flow is created behind the impeller,
whereby both the impeller and the intake manifold efficiency are greatly reduced. The interaction of these factors makes it possible, as tests have shown, to reduce the runaway speed considerably with relatively small brake blades. The braking effect is from FIG. 2.
which shows the development of a cylinder section through some impeller and a brake wing, particularly clearly visible. When it burns through, the flow liquid flows through the impeller 2 at a very high relative speed and eats it out when it exits: the impeller at almost perpendicular with respect to the brake vanes 6.
The deflecting force that arises there counteracts the peripheral speed: of the impeller: directly, so that: this is reduced.
Fig. 4 shows a variant in which the brake wings are held in their inoperative position by spring-loaded pawls 9, which rotate under the influence of centrifugal forces at the beginning of the burnout in such a way that they release the brake wings. This variant has the advantage over the device according to FIG. 3 that the springs acting on the pawls can be kept significantly smaller and weaker than the closing springs B.
The connecting lever 10 with pivot point 11 has the purpose of achieving precisely simultaneous pivoting of both pawls, since otherwise, when only one brake wing is pivoted out, an imbalance of the impeller would arise, which could generate vibration.
A similar connection between the two brake wings could also be provided in the first embodiment.
In FIGS. 5 to 7 a device is shown in which the brake wings are formed by slide-like bodies 12. In Fig. 6 the brake wings are shown in the extended state corresponding to the position when they burn through, in Fig. 7 in the retracted position corresponding to the position at normal speed, they are held back by the springs 13 at normal speed. Their outer face is then flush with the outer surface of the wheel tip so that they do not cause any braking effect at normal speed.
The extended position of the brake wing is limited by the cam 14. The cross-sectional shape and position of the brake wings can be selected so that they generate the greatest possible resistance in the direction of rotation.
The bias of the springs 8 respectively. 13 can be selected in such a way that the brake wings come into operation at just a little above the normal speed. This results in a less rapid and high increase in the speed when the system is switched off, i.e. an improvement in the regulation conditions. With the same permitted increase in speed, the moment of inertia of the rotor GDZ can therefore be kept smaller with equally good regulation ratios.
The idea on which the invention is based allows many constructive variations. For example, the disturbance body can be arranged in front of or between the impeller blades. They can be any number, but advantageously greater than 1 in order to avoid asymmetrical force effects and imbalances. To increase operational safety, the most important parts are advantageously made from rustproof materials.
The constructions shown in the figures relate to water turbines, but the invention can also be applied analogously to steam and gas turbines.