CN1032835A - 保持涡轮转速恒定的调节装置 - Google Patents

Abstract

一种保持涡轮转速恒定的调节装置，该涡轮包括 一个涡轮轮和多个涡轮叶片，该叶片是轴向且可转动 地连接到轮上，而叶片有这样的设置，即，在流动介质 中受作用的每个涡轮叶片是通过一个绕其纵向轴线 的与弹簧装置的作用相反的扭矩动作的，并通过一个 相对涡轮转动轴作用的扭矩对轮起作用，该调节装置 还包括一个动力传递装置，它可由执行装置操作，并 为了使绕叶片转轴转动的涡轮叶片之角运动和角位 移协调工作，该装置是通过连杆系统连接到涡轮叶片 上的。

Description

本发明涉及一种保持涡轮转速，特别是汽力涡轮转速恒定的调节装置，它属于权利要求1前序部分所描述的类型。

在瑞典专利说明书387161和426091中，公开了使汽力涡轮在选定的低汽力界限到高汽力界限间保持涡轮转速恒定的可能性，超过这个范围时，通过取决于汽力自动运行的调节装置使转速再下降。

在具有从涡轮轴基本径向向外延伸的叶片汽力涡轮中，这种现有的调速装置是可用的，並且，叶片通过扭力弹簧与涡轮轮毂轴向连接，以便使叶片能围绕其纵轴相对轮毂转动。由此该涡轮叶片是可转动地安装和连接在从轮毂向外径向延伸的支承套筒内的。这种结构导致，作用在叶片上的汽力，由于叶片型面中间翼弦的曲率，而产生一种扭矩，即俯仰力矩，围绕其纵轴作用于叶片上並与扭力弹簧相对作用。该扭力弹簧是偏置在两个相对轮毂于径向间隔分开的支座之间的，其中一个支座可安装在非调节部件，支承套筒上，而另一个安装在与叶片连接的另件上。由于该弹簧的偏置，它将在叶片和支承套筒之间产生一个弹性扭矩，而曲汽力作用在叶片上产生的扭矩就被偏置扭力弹簧的弹性力矩所平衡。

实际上，认为这种装置运行的是很好的，但在有些情况下，却存在问题，而本发明的目的就是解决这些问题。

问题之一是，当汽倾斜地冲击涡轮叶片时，它们相互间就会往往产生过分的角位移不等的转动，由此可能导致摆动的产生和涡轮载荷增大的后果。另一个问题是，它不能通过一种有意的操作使涡轮叶片顺桨以使涡轮停车，例如在临界状态时。第三个问题是，一旦涡轮起动之后，各个扭力弹簧的偏置调节是困难的。第四个问题是，希望能在一定的角度范围内改变弹簧的扭矩去实现更特殊的速度调节和中断运行功能是很难满足的。

最后，本发明的任务是，在没有任何明显损失增加的情况下，可以减少叶片轴上的弯曲力矩，並改善位于轮毂中心的叶片间的同步装置之几何形状和空间设置。

这些任务是通过本发明调节装置完成的，即：该调节装置包括有，一个可由执行装置操作的並相对轮毂可运动支承的动力传递装置，为使围绕其旋转轴线的涡轮叶片之角运动和角位移相协调，所述动力传递装置通过连杆系统连接到涡轮叶片上，该连杆系统包括一个连接到每个涡轮叶片上的曲柄，其结构设置是，当每个涡轮叶片围绕其旋转轴线转动时，该叶片就作用並引起其他涡轮叶片的相应转动，或者，如有两个以上的涡轮叶片时，则其他涡轮叶片就通过叶片共同的连杆系统和动力传递装置相应转动，此外，该结构设置也可这样，即所有的涡轮叶片是可以通过一个作用力並按照彼此基本相等的角位移围绕它们的几何转动轴线转动的，上述作用力是由执行装置产生的，然后通过共同的动力传递装置和连杆系统作用于叶片。

该支座装置包括一个弹性支座，它支承着相对轮毂可运动安装的动力传递装置和一个与所述弹性支座配合安装的支座，该支座固定安装到涡轮轮毂上，以便通过所述的动力传递装置承受来自弹性装置的反作用力。

所述的执行装置是一个杆状或管状装置，它相对涡轮轮毂可以同轴地移动或转动，以便允许借助该执行装置並经过所述的动力传递装置和连杆系统转动涡轮叶片。

该动力传递装置是一种两杆或多杆的动力分配支架结构，该杆的数目与涡轮叶片的数目相对应，並且所述支架是由执行装置在其中心支承的。

用于每个涡轮叶片的弹性装置通过一个可调节的弹性附件，如定位螺钉或类似装置与轮毂相连接，该弹性附件装置是用一个锁紧装置，例如一个锁紧螺帽可锁紧在所希望的调整位置上。

用于所述连杆系统和涡轮叶片之间的动力分配传递装置是可转动地安装在一个转动平面上，该平面基本上与将涡轮叶片连接到轮毂上的摆动轴相重合。

为了减小作用谝镀岬耐淝睾褪迪指慕Υ葑爸玫募负涡巫春陀糜谄涞慕洗罂占洌梦新忠镀募负巫嵯摺诙岷颓岫贾糜诓煌钠矫婺凇?

所述的曲柄通过有弹性的连杆连接到动力传递装置上。

一个将渐进力矩作用到所述弹性装置上的弹性装置如此安置，使它在曲柄或换句话说该同步装置和轮毂或与轮毂连接的元件之间起作用。

所述连杆通过轴连接到从所述动力传递装置径向伸出的动力分配杆上，该轴基本上与最后所述的杆之径向方向成直角並平行于涡轮的转动平面。

每个连杆的至少一部分是可沿着相应的动力分配杆的方向上作弹性变形的。

至少一个摆动轴承支撑杆将叶片根部连接到轮毂上，並延伸通过摆动轴线，在两个运动限位支座之间处连接到轮毂上。

该轮毂是弹性可转动地连接到驱动轴上，以便经过力矩感受装置的相应扭曲，将相互的扭曲作用在俯仰轴上。

该力矩传感装置包括一个刚性安装在驱动轴上的驱动支座，和通过连杆而连接到该支座上和轮毂上的力矩杆，以及连接到相应的力矩杆和曲柄上的驱动件。

该偏置弹簧在其端部与轮毂和相应的力矩杆相连接。

下面，结合附图对本发明进行详细说明。

图1是在涡轮轴方向上所见涡轮的局部剖视图;带有用来说明本发明调节装置和同步装置经过涡轮轮毂在涡轮叶片间操作情况的一些部件;

图2是沿图1中断面线A-A的纵剖面图

图3是沿图2中断面线B-B的剖面图

图4和图5是与图2和图3相应的剖视图，但图中表明该调节装置处于部分向外转角的位置和相应顺桨的涡轮叶片;

图6是另一实施例的立体视图，其中，该同步装置一般可以通过一个推杆和金属线进行转动和有效地动作;

图7表示一个改进的实施例，其中，作用在涡轮叶片上的扭力矩载荷是通过一个弹簧装置提供的，该弹簧对所有叶片是共同的，並且它直接作用在叶片角位移协调装置的执行装置上;最后，图8是根据图1-7所示涡轮的一个实施例立体视图，並附加有一个感受驱动轴扭矩的装置並在一些情况，即需要一个很窄的速度范围，例如将发电机直接连到电网上时，该装置借助弹簧加载的力矩杆对俯仰运动施加作用以限定驱动轴扭矩;

在图1中仅仅部分地表示的涡轮是一种通过驱动轴1用于驱动载荷如发电机的汽力涡轮。该涡轮叶片，在图中仅有一个叶片2的里端部分作了表明，是通过各自的调节装置可转动地连接到涡轮轮毂3上的，该调节装置包括一个扭力弹簧8，它同轴址安装在管状元件7内，该元件7的径向外端与相应的涡轮叶片2相连接，並且该元件7轴向地延伸穿过作为其壳体的叶片空心根部5，並通过一个或数个轴承6可转动地安装在叶片轴2′上。在管状元件7的径向里端处，叶片根部5既可以是固定地，例如在本说明书中还要描述的实施例那样，或者也可框轴转动地连接到轮毂3上。

壳体（叶片根部）5和管状元件7是通过扭力弹簧8同轴固定在一起的，而元件8安装在壳体5内，並且在该附图说明的实施例中它是一个叶片状弹簧。在它的径向外端，该弹簧8通过弹簧附件12固定连接到叶片轴7′上。构成叶片轴一部分的管件7在其径向里端处置有一个弹性附件11，该元件11具有一个从轮毂一侧容易接近並允许用工具调整弹簧偏置的头部11′，並且它可用一个锁定螺母24或类似另件固定到由壳体5径向里端伸出的凸出物5″的端部上。就以上所述的调节装置来说，与瑞典专利说明书387161和426091是一致的，並且如公知的调节装置一样，该弹簧8形成一个位于2和轮毂3之间的扭矩传递装置，而弹簧8的偏置可确定涡轮轴转速的基本调节。

如专利说明书387161中所述的那样，涡轮叶片具有这样一种叶型，即当汽冲击它时，该叶片就产生一个绕其气动中心的弦头下沉力矩，┭隽兀旧嫌胱饔迷谝镀系纳ξ薰亍８靡镀喽粤礁鲈?和7的共同纵向轴这样安装，以使作用在叶片上与扭力弹簧8作用相反的汽力引起一个相对叶片转动轴线2′而作用的力矩（图1）。这个力矩往往使叶片绕上述轴线转动，该轴线与元件5和7的共同纵轴相重合。

在上述专利说明书的图1所示实施例中，在涡轮叶片的轴2′之间是非转动连接。在图1、2、4和6中所描述的本发明实施例中，叶片2相对其几何轴线2′的相互角度位置，总要通过曲柄与连杆系统9、10、14同步地保持相等，该曲柄连杆系统包括一个安装在每个叶片轴线2′之径向里端的曲柄9，一个连杆10和一个共同的同步装置14。而各个连杆10的一端与相应的曲柄9铰接，另一端与同步装置14铰接。该同步装置14这样安装，即，它使叶片围绕它们的纵向轴或几何转动轴线2′的转动协调。为了这个目的，在最佳实施例中的同步装置是由杆14组成的，该杆从公共中心对称地伸出，並在它们的径向里端相互刚性连接，例如按照一个整体结构而设置。在此中心区域中，同步杆14是相对共同的几何轴线4′可转动支承的，而轴线4′是与杆14的纵轴线成直角延伸的。在所图示的实施例中，该几何轴线4′是由连杆4的纵轴形成的，而连杆4同轴地穿过空心的驱动轴延伸，並在连杆4的一个外端处支承着同步装置14。为了使两个叶片2的转动同步，该同步装置14可制成双臂支架形式根据曲柄和连杆系统的设置，同步装置可以分别相对于和沿着几何轴线4′转动地和/或位移地安置。在图1-5所示的实施例中，该同步装置14是可与杆4一起移动的，在这种情况下，杆4是可移动地和任意转动地安装在驱动轴1上的。在图6所示的实施例中，同步装置14是可转动地安装在驱动轴1上的，这样，杆4只需可移动地安装在驱动轴1中。

在叶片2的基本调节位置上，同步装置14或杆4可任意地支承在一个支座上。在图2和图4中这个支座是连接在杆4和/或同步装置14上的一个弹性减振环15，並与连接到驱动轴1上的支座13配合安装。同步装置14与减振环15是靠置配合或与它相距一段距离，这取决于弹簧的偏置和作用在涡轮叶片2上的气动力矩所产生的力。这样，在本发明中，将支座数目减少到一个单一的中心定位支座成为可能，而且从轮毂中心很易接近它。

在运动使递系统9、10、14中可以设置，例如该连杆10或任何将旋转运动从一个涡轮叶片传递到另外一个叶片的元件，如一个允许涡轮叶片有一定独立旋转运动的弹性或其他减震装置。

当汽力从某一限度值增加时，涡轮叶片2由于汽力以及叶片尺寸和形状确定的扭矩作用，而绕着其纵向轴2′转动，此处一个重要因素是叶片中间翼弦的曲率。

由于汽力增加而使叶片绕其几何轴线2′的转动是与偏置弹簧8的弹性扭矩相反作用的。涡轮叶片2和弹簧8的力矩特性是这样选定的，即，在汽力超过上述限定值直到一个相当高的汽力值，该涡轮的转速基本上保持恒定，在处于或超过该值时，涡轮的转速又开始减小，因为超过上述限定值时，涡轮叶片2的气动力矩的增加要比扭矩的增加为快。这一点在上面所述专利说明书387161中已有说明。

如上面就图1和图2所表明的那样，本发明扭力弹簧8可以通过一个容易安置的螺钉11，11′进行偏置或拉紧，该螺钉11，11′同时构成位于径向里边的弹性附件11，並用螺母24固定在该锁紧位置。在另一个实施例中（未表示），为了实现起动和停止运行功能即当要求涡轮起动或停车时，例如通过遥控装置，拉紧或放松扭力弹簧8都是可能的。当涡轮已被起运，就能够如上所述建立需要的转速。

图4和图5表示一个涡轮叶片2，它不在基本调整位置（见图3）而在如图5所示的部分顺桨位置上的转动，要么是因为突然汽力过大使涡轮叶片2的气动力矩克服扭力弹簧8的作用而转动叶片2，不然就是因为外部力16也能这样做的结果，依此，同步支座14就在推杆的纵轴方向上从支座13移开。这一结构设置就使得，也可通过外力装置16，去移动杆4而作用于同步支座14，连杆10和曲柄9，以便克服扭力弹簧8的作用使涡轮叶片2移动，于是涡轮就能够容易和有效地停止，即施加有意的影响。在这种情况下，该螺钉11，11′即弹性附件不需要困难起动和停止涡轮的装置。

另外，还可以通过一个附加置于例如壳体5和曲柄9之间的弹簧25，如图5所示，以渐进方式产生与涡轮叶片气动力矩相反或一致的扭矩作用，换言之以非线性操纵，例如为了确保更特殊的中断运行功能、即万一汽力过大时停止涡轮。

在图6中表示另一个实施例，其中同步支架14基本上是可转动地安装在涡轮驱动轴1周围的，但仍以上面关于连杆10和曲柄9的描述相类似的方式连接到叶片轴2′上。在这种情况，涡轮也可以通过外力16经由杆4得以有效地停止，此处该杆4並不是固定连接到同步支架14上的，但在支架14的外端，这样连接一根金属线18，以使作用力16可通过滑轮19传送到曲柄9上。当然，通过另外的遥控调节装置也可直接或经由曲柄9去转动片片轴。

在早已叙述的专利说明书中可以借助叶片根部的弹性部分产生摆动运动，在专利说明书426091的图6中就表明一个带所谓摆动关节的实施例，其中，不管怎样都会由于靠着轮毂件的弹性支座而导致运动的限制。

根据本发明，叶片2围绕其几何转动轴线2′的转动与该叶片围绕摆动轴17相对轮毂3的摆动是协调的，因为叶片2相对叶片根部5是完全可以转动的，而叶根5並不能与叶片一起转动，但是它以框轴方式连接到轮毂3上，以便在绕摆动轴17的一定范围内实现框轴、摆动运动。由于摆动轴承支撑臂22穿入轮毂3的空心部分延伸到运动限位支座21之间，使可能的框轴或摆动运动受到限制。

从上述可明显看出，叶片绕它们的转动轴线2′的角运动和角位移之同步性即协调性，可以通过一个相当简单的装置，如一个连杆系统来完成，该系统包括连接到可转动的叶片件2上的曲柄9，和与曲柄9铰接並铰接到动力传动装置或动力分配装置14上的连杆10;该装置14相对连杆系统作中心安置，並在所描绘的双涡轮叶片的实施例中，它具有双臂支架的形式。还可进一步看出，这些动力和运动传送系统通过装置14作用在元件4上，然而该元件4在受到来自图4和图6中箭头方向的外力情况下，本身就形成一个对动力分配装置14起作用的装置，並通过连杆系统使涡轮叶片迎着汽力转动以使叶片顺桨，从而达到容易使涡轮停车的程度，或用于万一汽力过大时的调节。

在箭头16方向的外力可以通过一个执行装置（未表示）提供，该执行装置例如可以根据所选择的参数（汽力、主要扭矩、时间等）用电子控制，或借助任何适宜类型的机械装置作人工式控制。

从仅表明一个叶片轴2′的图7中看出，用于偏置涡轮叶片的弹簧装置包括一个安装在执行装置（杆）4上的螺旋弹簧8′，它起作用于处在执行装置4上並最好为可轴向调节的座11′和处在涡轮轴1上的座27′之间。在这个实施例中，没有图2所示的扭力弹簧8或如上述的用于予先调整扭力弹簧的任何装置，但在图7中所示的实施例在其他方面与图2中的相符。

从图7中还可看出，该强有力的弹簧8′通过执行装置（杆）4而作用在使涡轮叶片2绕其转动轴线2′的角运动和角位移相协调的装置上，亦即，该弹簧作用于执行装置4上，通过装置4作用在动力传递装置14上，通过连杆10作用在叶片轴2′上。

作用在叶片上的弹性装置亦即如图1-6所示的扭力弹簧8和图7所示的螺旋弹簧8′，当然除了上述和附图中表示的以外，可以用一些其他方式的改型，但没有脱离本发明概念。

在图8中所示的力矩传感装置包括其上置有驱动座30的驱动轴1和驱动轴的前端件31，该前端件31可转动地安装在轮毂3上。该两个力矩杆32，对应每个涡轮叶片各有一个，是通过各自的连杆33在节点34和35处连接到驱动支座30上的，並借助在孔38中相应的销钉37在节点36处与轮毂3连接。两个偏置弹簧39是用它们的端部与轮毂3的凸耳40相连接，还与相关力矩杆32的外端41相连。两个柔性或类似形式的驱动件42以其端部连接到各自的力矩杆32和相应的曲柄9上。在所示的实施例中，曲柄有一个伸出的固定点43，以用于连接相应驱动件42的一个端部44。

如图8所示，从转动安装在驱动轴1上的轮毂3产生的驱动力，经过力矩杆固定点36传给位于支承37、38处的相应力矩杆32，而该位于固定点35和36之间的相当短的水平臂将相当大的驱动力降低到一个较小的力，作用在位于相关力矩杆32端部41上的偏置弹簧39之安装点上。

从图8中还可看出，当在力矩杆32的端部41处产生的力超过弹簧的偏置量时，该弹簧39就被拉伸，这只有当达到所述的最大驱动力矩时发生。如这所述的情况下，该力矩杆32则通过位于曲柄9固定点43处的驱动件42作用于俯仰轴2′上，这样，涡轮叶片2可以在向着减小驱动力矩的方向转动。

Claims (15)

1、保持涡轮转速恒定的调节装置，其涡轮包括一个涡轮轮毂(3)和多个涡轮叶片(2)，该叶片是轴向支承的，而且可转动地与轮毂相连接，它们有如此形状和这样设置，以使流动介质中的每个涡轮叶片通过相对涡轮转动轴作用的扭矩对涡轮轮毂起作用，並且上述叶片是通过一种弹性装置(8；8′)的扭矩而动作的，该扭矩往往使涡轮叶片相对一条基本与涡轮轴成直角的纵向几何转动轴(2′)转动，该调节装置包括用于偏置所述弹性装置(8，8′)的装置(11，11′)，而装置(8，8′)用于建立一个作用在相应叶片上的扭矩其作用旋向与流动介质在叶片产生的扭矩相反，並具有一个与流动介质在最大设计涡轮速度时对叶片产生的俯仰力矩相对应的作用力，此时，叶片开始绕其几何旋转轴(2′)转动，而所述俯仰扭矩的数量基本上由叶型确定並与介质冲击叶片时产生的升力基本无关，其特征在于：

该调节装置还包括有，一个可由执行装置(4)操作的並相对轮毂(3)可运动支撑的动力传递装置(14)，为使围绕其旋转轴线(2′)的涡轮叶片(2)之角运动和角位移相协调，所述动力传递装置(14)通过连杆系统连接到涡轮叶片(2)上，该连杆系统包括一个连接到每个涡轮叶片(2)上的曲柄(9)，其结构设置是，当每个涡轮叶片围绕其旋转轴线(2′)转动时，该叶片就作用並引起其涡轮叶片的相应转动，或者如有两个以上的涡轮叶片时，则其他涡轮叶片就通过叶片共同的连杆系统和动力传递装置(14)相应转动，此外，该结构设置也可这样，即，所有的涡轮叶片是可以通过一个作用力並按照彼此基本相等的角位移围绕它们的几何转动轴线(2′)转动的，上述作用力是由执行装置产生的，然后通过共同的幼力传递装置(14)和连杆系统作用于叶片。

2、根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，该支座装置包括一个弹性支座（15），它支承着相对轮毂可运动安装的动力传递装置（14），和一个与所述弹性支座（15）配合安装的支座（13），该支座（13）固定安装到涡轮轮毂（3）上，以便通过所述的动力传递装置（14）承受来自弹性装置（8）的反作用力。

3、根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述的执行装置是一个杆状或管状装置（4），它相对涡轮轮毂（3）可以同轴地移动或转动，以便允许借助该执行装置（4）並经过所述的动力传递装置（14）和连杆系统转动涡轮叶片（2）。

4、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，该动力传递装置是一种两杆或多杆的动力分配支架（14）结构，该杆的数目与涡轮叶片（2）的数目相对应，並所述支架是由执行装置（4）在其中心支承的。

5、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，用于每个涡轮叶片（2）的弹性装置（8）通过一个可调节的弹性附件，如定位螺钉（11）或类似装置与轮毂（3）相连接，该弹性附件装置是用一个锁紧装置，例如一个锁紧螺帽（24）可锁紧在所希望的调整位置上。

6、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，用于所述连杆系统和涡轮叶片之间的动力分配传递装置（14）是可转动地安装在一个转动平面上，该平面基本上与将涡轮叶片连接到轮毂（3）上的摆动轴（17）相重合。

7、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，为了减小作用于叶片轴的弯曲力矩和实现改进动力传递装置的几何形状和用于其的较大空间，该涡轮叶片的几何转动轴线（2′）、摆动轴（17）和驱动轴（1）都置于不同的平面内。

8、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征是，所述的曲柄（9）通过有弹性的连杆（10）连接到动力传递装置（14）上。

9、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，一个将渐进力矩作用到所述弹性装置（8）上的弹性装置（25）如此安置，使它在曲柄（9）或换句话说该同步装置（14）和轮毂（3）或与轮毂连接的元件（5）之间起作用。

10、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，所述连杆（10）通过轴（26）连接到从所述动力传递装置径向伸出的动力分配杆（14）上，该轴（26）基本上与最后所述的杆之径向方向成直角並平行于涡轮的转动平面。

11、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，每个连杆（10）的至少一部分是可沿着相应的动力分配杆（14）的方向上作弹性变形的。

12、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，至少一个摆动轴承支撑杆（22）将叶片根部（5）连接到轮毂（3）上，並延伸通过摆动轴（17）、在两个运动限位支座（21）之间处连接到轮毂（3）上。

13、根据上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，该轮毂（13）是弹性可转动地连接到驱动轴（1）上，以便经过力矩感受装置（30-44）的相应扭曲，将相互的扭曲作用在俯仰轴（2′）上。

14、根据权利要求13的调节装置，其特征在于，该力矩传感装置包括一个刚性安装在驱动轴（1）上的驱动支座（30），和通过连杆（33）而连接到该支座（30）上和轮毂（3）上的力矩杆（32），以及连接到相应的力矩杆（32）和曲柄（9）上的驱动件（42）。

15、根据权利要求14所述的调节装置，其特征是偏置弹簧（39）在其端部与轮毂和相应的力矩杆（32）相连接。

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