Steuereinrichtung an Maschine mit rotierenden Arbeitsteilen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine SteLiereinrichtung an Maschine mit rotierenden Arbeitsteilen; der Zweck der S',teuereinrichtung ist, die Maschine vor<B>Schä-</B> den bei Betriebsstörungen zu sehützen.
Oft ist es erwünscht Betriebsdaten bzw. Zustände von Maschinen mit rotierenden Ar beitsteilen nicht nur sichtbar anzuzeigen, sondern auch automatisch zu überwachen und zu steuern, wenn vorbestimmte Betriebs zustände erreicht werden. Es kann z. B. ge fährlich sein, wenn eine Maschine der ge nannten Art beim Ausfallen eines Hilfsaggre gates weiter in Betrieb bleibt, so muss z. B. ein Schmiersystem arbeiten, bevor eine von diesem. System bediente Maschine hoher Dreh- zalil sicher in Betrieb genommen werden kann. Wenn z.
B. die ölpumpe während des Betriebes der Maschine aussetzt, so sollte dies automatisch und augenblicklich eine zweck- niässige Steuerwirkung zur Stillsetzung der Maschine zur Folge, haben.
Die Steuereinrichtung gemäss vorliegender Erfindung besitzt eine auf die Drehzahl eines rotierenden Arbeitsteils der Maschine ansprechende Vorrielitung zur Ausübung einer Steuerwirkung bei Erreichen einer vor bestimmten Drehzahl;
,die Einrichtung ist da- dareh ggekennzeiehnet, dass die Drehzahlan- sprechvorrichtung ein magnetisch isoliert an geordnetes, mit dem genannten Arbeitsteil rotierendes Element aufweist, das einen, Teil eines magnetischen Kreises bildet und zum Schliessen des genannten Magnetkreises mit einem Wandler zusammenwirkt zwecks Er- zeugung eines zür Drehzahl de,-, genannten Maschinenteils proportionalen Signals in einem zugeördneten elektrischen Stromkreis, ,
sowie eine im elektrischen Stromkreis ange ordnete Steuervorrichtung zur Ausübung einer Steuerwirkung auf den Betrieb der Maschine beim Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl des genannten Maschinenteils.
Das genannte Element kann ein Perma, nentmagnet sein, während die SteuervorrIch- tung eine auf Frequenz oder Spannung an sprechende Vorrielltung sein kann.
Handelt es sieh z. B. um eine Strö- niungs-Turbomaschine, beispielsweise eine Turbine, so kann mittels der erlindungsgemä#- ssen Einrichtung eine Steuerung der Flui- dumströmung durchdie Maschine vorgenom men werden, ohne dass eine spezielle Dreh zahlsteuerung erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemässen Einrichtung an einer Strömungs- Turbomaschine besitzt Mittel zur Abgabe eine,- Signals ausserhalb der Maschine durch Ansprechen auf eine Betriebsgrösse der Ma schine, eine in einer Leitung, dureli welche Fluidum zur Maschine strömt, angeordnete Vorrichtung zur Steuerung der Strömung durch diese Leitung und beim Erreichen eines vorbestimmten Betriebszustandes durch das genannte Signal automatisch betätigbare -Hittel zum Betätigen der genannten Vorrich tung.
Wenn das Ansprechen auf die Drehzahl der Maschine vorgesehen ist, so ist es nicht notwendig, eine besonders bei hohen Dreh- zahlen oft unerwünschte mechanische Ver bindung der Einrichtung mit einem rotieren den Masehinenteil vorzusehen, da zwischen dem rotierenden Maschinenteil und einem stationären Teil eine induktive, Kopplung vorgesehen sein kann.
Die Steuereinrichtung kann, wenn sie zur Steuerung des Betriebes einer Strömungs- Turbomaschine vorgesehen ist, die eine.Reg-Li- lierklappe, die in der Einlassleitung der Ma schine angeordnet ist, sowie eine Welle aus nicht magnetisierbarem X.LateTial aufweist, ein auf dieser Welle angeordnetes und mit, ihr drelifest verBundenes Element besitzen, einen diesem,
Element benachbarten magneto- elektrischen Wandler zur Vervollständig-ting eines magnetischen Kreises durch das, ge nannte Element und zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das ein Mass für die Drehzahl der genannten Welle ist, eine- auf dieses.Signal ansprechende, Vorrichtung zur Betätigung der genannten Regalierklappe, sowie einen elektrischen Stromkreis, der sich vom genannten Wandler zur genannten An- sprechvorrichtung erstreckt.
Die RegLilierklappe kann z. B. so aus gebildet sein, dass sie sieh automatisch schliesst oder sich nicht öffnen kann, wenn ein vorbestimmter Wert des Schmieröldruck:es im Schmiersystem der Masehine nicht erreicht ist.
Die beiliegende Zeichnung zeigt als Aus- führ-ang:,sbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine Steuereinrichtang an einer Radial-Strö- in-Luigsturbine, deren normale Betriebsdreh zahl hoch, z. B.<B>30 000</B> T/min ist.
Fig. <B>1</B> zeigt schematisch und mit gewissen Vereinfachungen die ganze Steuereinrieh- tung.
Fig. 2 ist eine Ergänzungsfigar zu Fig. <B>1,</B> die eine Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung zeigt.
Fig. <B>3</B> und 4 zeigen<B>je</B> einen Teil einer praktischen Ausführung der Steuereinrieh- tung-, wobei Fig. <B>3</B> einen Schnitt nach der Linie- III-III iii Fig. 4 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. <B>3</B> darstellt.
Fig. <B>1</B> zeigt schematisch den Aufbau einer Steuereinrichtung an einer Turbine mit hoher Drehzahl. Der Turhineneinlass wird durch eine Leitung<B>10</B> gebildet, welche tangential zum Umfang des Turbinenrotors führt, um welchen diese Leitung ein Gehäuse<B>11</B> bildet. In der Leitung<B>10</B> ist eine Regulierklappe 12 vorgesehen, während vor der letzteren ein von Hand betätigbares, isoliertes Ventil<B>13</B> angeordnet ist.
Die Regulierklappe 12 ist so angeordnet, dass sie nur in zwei Stellungen, nämlich in eine Schliess- und eine Offenlage gebracht <B>-</B> werden kann. Ein Handgriff 14 dient zum Einstellen der Klappe 12 in ihre. <B>Off</B> enlage, während die Klappe normalerweise durch eine Feder<B>15</B> in Sehliesslage gehalten ist. Das Öffnen und Schliessen der Klappe 12 erfolgt mittels einer Spindel<B>16,</B> welche durch die Seitenwand der Leitung hindurch führt und an ihrem äussern Ende eine scheibenför mige Platte<B>17</B> trägt.
Am Umfang der'Platte <B>17</B> sind zwei Kerben<B>18</B> und<B>19</B> vorgesehen. In die Kerbe<B>18</B> greift eine Klinke 20, die an einem Arm 21 angeordnet ist, wodurch die Klappe 12 in ihrer Offenla#ge gehalten wird. Eine kleine Verschiebung des Hebels 21 be wirkt ein Aussereingriffkommen der Klinke 20 mit der Kerbe<B>18</B> der Platte<B>17,</B> so dass die Feder<B>15</B> die Klappe 12 in ihre Schliesslage bringen kann. Das Ausklinken der Klinke 20 ans der Platte<B>17</B> wird durch das eine oder andere der Solenoide <B>9-2</B> und<B>23</B> bewirkt, wel- ehe mit dem Hebel 21 zusammenwirken.
Das eine Solenoid wird durch, den Förderdruck der SchmierÖlPumpe gesteuert, tuid zwar Über den druckbetätigbaren Schalter 24, während das andere Solenoid durch eine Drehzahl- begrenzungsvorrielitung gesteuert wird, die im nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Wenn die.Klappe 12 geschlossen ist, ist, die Klinke 20 ausser Eingriff mit der Kerbe <B>18</B> in der Platte<B>17.</B> In dieser Sehliesslage wird die Klappe 12 durch die Feder<B>15</B> ge halten. In dieser Lage der Klappe liegt die Kerbe<B>19</B> in der scheibenförmigen Platte<B>17</B> einem federbelasteten Kolben<B>26</B> gegenüber, der durch ein Solenoid <B>27</B> betätigbar ist. Das Solenoid <B>27</B> ist in Serie mit dem Solenoid <B>23</B> und mit dem d-r-Lie-Ii:bet,ätigbaren Schalter 24 <B>0.</B>
geschaltet. 'Wenn das Solenoid <B>27</B> erregt ist, wird der Kolben<B>26</B> ausser Eingriff mit der Kerbe<B>19</B> der Platte<B>17</B> gehalten. Wenn das Solenoid <B>27</B> dagegen nicht ei-regt ist, drückt die Feder<B>28</B> den Kolben<B>26</B> in Eingriff mit der Kerbe<B>19,</B> wodurch die Platte<B>17</B> in ihrer Drehlage fixiert ist. In dieser fixierten Lage der Platte<B>17</B> ist die Klappe 12 geschlossen gehalten Lind kann auch durch den Handgriff 14 nicht geöffnet werden.
-Die Schmierölpumpe der Turbine und der ihr zugeordnete elektriselie.Stromkreig sind so angeordnet, dass die Kontakte, des druck- betätigbaren Schalters 24 nicht miteinander in Berührung gebracht werden können, so lange im Sehmiersystein durch die Pumpe <B>29</B> nicht ein genügend hoher öldruek erzeugt ist,.
Die Pumpe<B>29</B> ist durch einen Elektro- inotor <B>30</B> antreibbar. Die elektrischen Strom- zuführungsanschlüsse sind mit<B>31</B> bezeichnet. Wenn die Pumpe<B>29</B> einen genügend hohen Öldruck erzeugt hat, werden die Solenoide <B>23</B> und<B>27</B> in Serie zueinander erregt.
Eine, Drehzahlbegrenzungsvorrichtung zur Betätigung des Hebels 21 und zumSchliessen der Klappe 12 beim Erreichen einer vorbe stimmten Drehzahl ist schematisch in Fig. <B>1</B> und etwas deutlicher auch in Fig. 2 darge stellt. Mit<B>32</B> ist ein Kompressorrotor be zeichnet; dieser Rotor<B>32</B> ist auf einer Welle <B>33</B> angeordnet. Die Welle<B>33</B> besteht. aLis al--istenitischem Stahl und ist somit aus nicht inagnetisierbarein Material. Ein kleiner, aber leistungsfähiger Permanentmagnet 34 ist auf einer am Wellenende angeordneten Mutter vorgesehen.
Auch die genannte Mutter be- ,steht, aus nicht magnetisierbarem Material. Der Permanentmagnet 34 bildet zusammen mit dem Polystem <B>35</B> einen -Wechselstrom generator, an dessen Ende der Wandler<B>37</B> mit den Anschlussleitungen <B>36</B> vorgesehen ist. Im Innern des Wandlers<B>37</B> (in Fig. 2 nicht ersichtlich) ist eine Spule vorgesehen, welche über das Polsystein <B>35</B> den Aussgang des Ge- nerators mit dem Steuerstromkreis<B>38</B> induk tiv koppelt.
Es versteht sich, dass die Fre quenz des in dein an die Leitungen<B>36</B> ange schlossenen Stromkreises erzeugten Stromes direkt proportional der Drehzahl der Welle <B>33</B> ist. Die zwischen den Leitungen<B>36</B> herr- sehende Spannung wird dem Steuerstroln- kreis <B>38</B> zugefuhrt, der, wenn erforderlich, einen Verstärker aufweisen kann. Auf jeden Fall, umfasst der elektrische Steuenstromkreis ein Filter, dessen Ausgangsspannung zur Steuerung des Solenoids 22 verwendet wird.
Das im Steuerstromkreis <B>38</B> angeordnete Fif- ter lässt nur niedere Frequenzen durch, wäh rend die hohen Frequenzen herausgeschnitten werden. Das Solenoid. 2,2 wird dabei erregt, wenn eine vorbestimmte herauszusehneidende hohe Frequenz erreicht wird.
Auf diese Weise bewirkt ein Aussetzen der Abnehmervorrich tung<B>37</B> oder ein Bruch einer Uitung <B>36</B> ein Betätigen des Solenoids 22, so als ob die vor bestimmte hohe Frequenz erreicht worden wär'. Es ist auch möglich und oft erwünscht, die Anordnung derart zu treffen, dass das Solenoid 2.2 den Hebel 2<B>1</B> immer dann betä tigt, wenn durch das Solenoid. 22 kein Strom mehr fliesst.
Damit könnte auch jedem, Unter- br-neh der Leitungen<B>39</B> Rechniing getragen -werden, wobei die Drehzahlbegrenzungsvor- richtung zur Wirkung kommen würde.
Im folgenden sei die Wirk-Lmgsweise der Einrichtung vom Augenblick des Schliessens des Schalters 40 des die Ölp,-Lunpe antrei benden elektrischen Motors<B>30</B> an näher be trachtet: Im station5,ren Zustand der Anlage ist die Regulierklappe 12 geschlossen. Auch das von Hand betgtigbare Ventil<B>13</B> ist ge schlossen; der Kolben<B>26</B> gTeift in die Kerbe <B>19</B> der scheibenförmigen Platte<B>17</B> ein, wäh rend die Klinke 20 nicht mit der Kerbe,<B>18</B> der Platte<B>17</B> im Eingriff ist. Auch die drei Solenoide sind ausser Wirkung.
Den ersten Schritt bildet das Einschalten des Schalters 40 des die Ölp-tunpe treibenden Motors, wo durch im Schmiersystem ein öldraek erzeugt wird. Dann wird das Ventil<B>13</B> geöffnet. Bis dahin ist der Oldruck. genügend gestiegen, um die Kontakte des druckbetätigbaren Schal- ters 24 schliessen zu können, wobei die So- lenoide <B>23</B> und<B>27</B> erregt werden.
Durch das Erregen des Solenoids <B>27</B> wird der Kolben <B>26</B> ausser Eingriff mit, der Kerbe<B>19</B> in der Platte<B>17</B> gezogen, so dass die letztere durch den Handgriff 14 gedreht werden kann. Durch das Erregen des Solenoids <B>23</B> wird ausserdem der Kolben 41 dieses Solenoids ge senkt, wodurch der Hebel 21 so bewegt wird, dass die Klinke 20 in die Kerbe<B>18</B> der Platte <B>17</B> eingTeifen kann, nachdem die 'Platte<B>17</B> mittels des Handhebels 14 gedreht wurde.
nie Feder<B>15</B> hält die Klinke 20 in Eingriff mit der Kerbe<B>18,</B> so dass die klappe 12 in ihrer Offenlage gehalten wird. Durch die Leituno, <B>10</B> strömt nun Fluidum durch des Gehäuse<B>11</B> in die Turbine, und der Turbi nenrotor gewinnt an Drehzahl.
Es sei nun angenommen, die Masehinen- drehzahl übersteige einen vorbestimmten Wert, so dass der Steuerstromkreis das Sole- noid 22 betätigt.
Der Kolben 42 dieses So- lenoids ist so angeordnet, dass er angehoben wird, wenn das, Solenoid erregt wird, und zwar entgegen der Wirkung der Feder<B>25.</B> Dadurch wird der Hebel 21 angehoben und die Klinke 20 kommt ausser Eingriff mit der Kerbe<B>1.8</B> der Platte<B>1-7.</B> Nun wird die Spin del<B>16</B> durch die Wirkangder Feder<B>15</B> ge dreht und die Klappe 12 wird in ihre Sehliesslage gebracht.
Der Steuerstromkreis <B>38</B> kann auch so ausgebildet sein, dass die Soleiloide <B>23</B> und <B>27</B> nach einer kurzen Zeit spanne aberregt werden, so dass der Kolben <B>26</B> wieder in die Kerbe<B>19</B> der Platte<B>17</B> ein greift und so die letztere fixiert, wo-durch ein Wiederanlassen der Maschine verhindert wird. Diese weitere Anordnung ist aber in Fig. <B>1</B> nicht dargestellt-.
Es sei nun angenommen, der Öldruck falle während des Betriebes der Anlage aus irgendeinem Grunde unter den erforder lichen Wert. Dabei gestattet der geringere<B>Öl-</B> druck ein öffnen der Schalterkontakte des Schalters 24, und- die Solenoide <B>23</B> und<B>27</B> -werden aberregt. Der Kolben 41 des So- lenoids <B>23</B> wird nun durch Federwirk-Luig sofort angehoben. Dadurch wird der Arm 21 ebenfalls angehoben und die Klinke 20 gibt ,die Platte<B>17</B> frei, so dass die Klappe 12 wie der geschlossen wird.
Da das Solenoid <B>27</B> da bei ebenfalls aberregt wurde, greift sein Kol ben<B>26</B> in die Kerbe<B>19</B> der Platte<B>17</B> ein, wo- düreh diese fixiert wird; ein Verdrehen der selben und somit ein Öffnen der Klappe 12 mittels des Handhehels 14 ist nun 'nicht mehr möglich, bis wieder ein genügend hoher Öldruck erzeugt wird. Bei geschlossener Klappe 12 strömt kein Fluidum zur Turbine, so dass deren Drehzahl sinkt, und der Turbi nenrotor schliesslich stillsteht.
Dadurch wird ein Beimhädigen der Tarbine, vermieden, das leicht eintreten könnte, wenn die Turbine ohne- genügenden Öldruek im Schmiersystein weiter arbeiten würde.
In den Fig. <B>3</B> und 4 ist eine praktische A-Lisführung des vorangehend beschriebenen Regulierklappenmechanismus, dargestellt. In diesen Fig. <B>3</B> und 4 wurden für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeiehen verwendet wie in den schematischen Fig. <B>1.</B> und 2.
Über der Leitung<B>10</B> ist eine Platte 43 mittels Flanschen 44 befestigt. Durch diese Platte hindurch führt vertikal die Spindel <B>16.</B> Unter der Platte sind die zwei Solenoide 22 und<B>23</B> angeordnet, von denen nur das letztere in Fig. <B>3</B> ersichtlich ist. über der Platte<B>1-3</B> ist an deren einen Seite das So- lenoid <B>27</B> befestigt.
Die scheibenförmige Platte<B>17</B> besitzt eine kragerdörmige Verlän gerung 45, welche die. die Spindel<B>16</B> bela stende Feder<B>15</B> umsehliesst. Der Handgriff 14 zur Betätigung der RegLilierklappe 12 Ist am obern Ende der Spindel<B>16</B> angebracht. Die Platte 46, die sieh unmittelbar unterhalb des Ilandgriffes 1.4 befindet, ist in Anpas sung an die Stellungen des Handgriffes 14 und der Klappe 12 mit einer Vertiefung ver sehen.
Es ist züi bemerken, dass die Kerbe<B>19</B> als Öffnung im Kragen 45 ausgebildet isst, wobei der Kolben<B>26</B> einen genügend grossen Hub besitzt, um in diese Öffnung eingreifen zu können, ohne dagegen die Feder<B>1,5</B> inner halb dieses IZ---ragens stören zu können. Wie bereits an Hand der Fig. <B>1</B> gezeigt, besitzt der Hebel 21. ein Querstück 47, mit. welchem die Solenoide'22 und <B>23</B> zusammenwirken.
Die Feder<B>25</B> erstreckt sieh zwischen der Platte 43 und dem Querstück 47 des Hebels<B>9-1.</B> Die Kerbe<B>18</B> ist in einem Nockenring 48 gebil- det, der von der kragenförmigen Verlän gerung 45 der Platte<B>17</B> getragen wird. In Fig.3 ist die Regülierklappe 12 in ihrer ge schlossenen Lage gezeigt, wobeider Hebel 21 angehoben unddie Klinke 20 ausser Eingriff mit der Kerbe<B>18</B> ist. In dieser gezeigten Lage greift der Kolben<B>26</B> in die Öffnung<B>19</B> ein, während die Anschlagfläche 49 am Ring 48 gegen den einstellbaren Anschlag<B>50</B> an liegt.
Die Wirkungsweise der in den Fig. <B>3</B> -tind 4 gezeigten Einrichtung entspricht jener der an Hand der Fig. <B>1</B> und 2 beschriebenen Einrichtung.
Obwohl die besehrriebene Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl durch Änderung der Strömung von Fluidum zu einer Turbine be- .stimmt ist, sind auch andere Arten der Steuerung mittels Einrichtungen der vorlie genden Art möglich. So kann z.
B. eine über ein Untersetzungsgetriebe angetriebene Welle einer Maschine mit hoher Drehzahl rotieren- (leit Arbeit-steil höchstens zur Anzeige der Drehzahl und zur Auslösung der Betätigung einer DTehzahlbegrenzungsvorriehtung ver wendet wer-den. Die Anwendung der vorlie genden Erfindung ist auch nicht, auf Strö- mLings-Turbomasehinen beschränkt.
Wo es sieh aber um eine solche Maschine handelt, kann die Regulierang- der Strömung durch die Maschine in Abhängigkeit von einem vor bestimmten Betriebszustand der Maschine nicht,. nur bei radial einwärts beaufgehlagten Turbinen, sondern z. B. auch bei einem Zenr trifugalkompressor angewendet werden. Fer ner lässt sieh in der beschriebenen Art das Auftreten des sogenannten Pumpens bei Kompressoren auf Grund von Druekdiffe- renzen feststellen, wobei die Strömung durch den Kompressor entsprechend verändert wer den kann.
Der an Hand von Fig. 2 beschriebene magnetisehe, Kreis kann bei einer Variante auch einen Magneten im Stator aufweisen, während der mit diesein zusainnienwirkende Rotorteil aus magnetisierbarem Material be- steht.'Die Frequenz der Ausgangsspannung des Wandlers dient zweckmässig als Betäti gungsgrösse für die Stexiervorrichtung;
die letztere kann aber auch eine auf Spannung ansprechende Vorrichtung sein,<B>\</B>da auell die Ausgangsspannung des Wandlers eine Funk.- tion der Drehzahl ist.