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Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln von Wasserturbinen oder
Kreiselpumpen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln
von Wasserturbinen oder Kreiselpumpen, bei welcher die Leitschaufeln durch mindestens
einen mittels Druckflüssigkeit betätigten Stellmotor über einen als Hohlprofilring
ausgeführten Regelring verstellt werden, wobei die Kolben der Stellmotoren als doppelseitige,
in Umfangsrichtung des Regelringes wirkende Tauchkolben ausgebildet sind.
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Es sind Verstelleinrichtungen für eine Drehbewegung ausführende hydraulische
Abschlußorgane bekannt, bei welchen starr mit dem zu bewegenden Teil verbundene,
als ringförmige Tauchkolben ausgebildete Drehkolben in feststehende, starr mit dem
Gehäuse verbundene Zylinder eingreifen und dort mit Druckflüssigkeit beaufschlagt
werden. Im Anwendungsbereich für die Betätigung der Leitschaufeln von Wasserturbinen
wurde weiter vorgeschlagen, die ringstückförmigen Servomotorzylinder eines solchen
Drehkolbenantriebes am Turbinendeckel und die mit diesen zusammenarbeitenden ringstückförmigen
Tauchkolben am Regelring zu befestigen. Dabei müssen aber die Servomotorzylinder
außerhalb des eigentlichen Regelringes, nämlich darüber an einem besonderen Tragring
des Turbinendeckels oder innerhalb des Regelringes angeordnet werden, während die
Tauchkolben an Ansätzen des Regelringes befestigt sind. Der Kraftangriff für die
Bewegung des Regelringes liegt hierbei zwangsmäßig beträchtlich außerhalb des Schwerpunktskreises
der Ringquerschnitte, so daß sich große Biegebeanspruchungen einstellen.
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Es ist nun zwar eine Verstellvorrichtung bekannt, bei der die Verstellkolben
innerhalb des O_uerschnitts des eigentlichen Regelringes liegen. Eine Anzahl Ringzylinder
ist hier über den ganzen Umfang des Regelringes verteilt aneinander anschließend
angeordnet, wobei die Zylinder mit einem über den ganzen Ringumfang verlaufenden
Ringschlitz längs ihrer Mantelseite in Verbindung stehen, in welchen Schlitz ein
die Ringkolben tragender, feststehender Ring passend eingreift. Eine solche Konstruktion
erfordert aber eine Vielzahl von genau zu bearbeitenden Einzelteilen und es tritt
zwischen dem Ring und dem Ringschlitz viel Lecköl aus. Diese Ausführung- hat also
bedeutende herstellungs- und betriebsmäßige Nachteile.
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Weiter ist es bekannt, die die Verstellkräfte übertragenden Lenker
in die gleiche Ebene mit dem Schwerpunktskreis des Regelringes zu legen.
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Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Bei einer Verstellvorrichtung der eingangs beschriebenen Art werden zu diesem Zweck
erfindungsgemäß in an sich bekannter Weise die Stellkolben am Turbinendeckel befestigt
und die Zylinder der Stellmotoren innerhalb des Hohlprofilquerschnittes des Regelringes
angeordnet und mit diesem verbunden, und es liegen die Achsen der Tauchkolben mit
den Angriffsstellen der Lenker, durch welche die Bewegung vom Regelring auf die
Leitschaufeln übertragen wird, in gleicher Ebene.
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Durch diese Bauweise wird vermieden, daß am Regelring besondere Aufbauten
für die Servomotoren vorzusehen sind. Die Biegebeanspruchungen bleiben klein. Bei
den Tauchkolben und Zylindern kann die Bearbeitung auf das unerläßliche Minimum
reduziert werden. Durch den Umstand, daß Tauchkolbenachse, Schwerpunktskreis des
Regelringes und Angriffsstellen der Lenker in einer Ebene liegen, ergibt sich eine
so günstige Aufnahme der Verstellkräfte, daß eine wesentlich einfachere und leichtere
Konstruktion als bisher möglich wird.
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In der Zeichnung sind als Beispiele verschiedene Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Teil einer
Verstellvorrichtung für das Leitrad einer Wasserturbine mit Schnitt durch den Regelring
senkrecht zur Turbinenachse, Fig. 2 einen radialen Schnitt nach der Linie II-II
der Fig. 1, Fig. 3 einen radialen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig.
4 einen radialen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 eine Variante für
die Ausbildung des Servomotors mit Schnitt durch den Regelring senkrecht zur Turbinenachse,
Fig. 6 eine Einzelheit der Abdichtung der Tauchkolben der Ausführung gemäß Fig.5
in größerem Maßstab,
Fig. 7 eine weitere Variante für die Ausbildung
de: Stellmotoren mit Schnitt durch den Regelring senkrecht zur Turbinenachse, und
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
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Bei der Verstellvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 4 werden drehbare
Leitschaufeln 1 einer Wasserturbine in üblicher Weise über Verstellhebel 2 und Lenker
3 durch einen mit Druckflüssigkeit betätigten Regelring 4 verstellt. Mit 5 ist der
Turbinendeckel und mit 6 die Welle der Turbine bezeichnet. Wie aus Fig. 2 zu erkennen
ist, ist der Regelring als Hohlprofilring in geschlossener Kastenkonstruktion ausgeführt.
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Die Flüssigkeitsbetätigung des Regelringes erfolgt durch zwei einander
diametral gegenüberliegende Stellmotoren, von denen nur der eine dargestellt ist.
Zwei ringförmige Tauchkolben 7 sind hierbei über ein Stützglied 8 starr mit dem
Turbinendeckel 5 verbunden und greifen in entsprechende, im Bereich des Hohlprofilquerschnittes
angeordnete Zylinder 9 ein, welche ihrerseits mit dem Regelring verbunden sind,
indem sie je von einem Teil des Hohlprofils des Regelringes selbst gebildet werden.
Das Ringprofil ist an diesen Stellen etwas verbreitert gemäß Fig. 4. Im Bereich
des Stützgliedes 8 ist der Ringquerschnitt zu einem U-Profil geöffnet, wie aus Fig.
3 hervorgeht.
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Verbindet man die Schwerpunkte der Ringquerschnitte, so liegen diese,
wenn von dem unteren zylindrischen Ansatzstück und den Unregelmäßigkeiten der Ouerschnitte
im Bereich der Servomotoren abgesehen wird, welche im übrigen leicht durch entsprechende
Verteilung der Wandstärken ausgeglichen werden können, auf einem Kreis 10, welcher
als Schwerpunktskreis der Ringquerschnitte bezeichnet sei. Bei der dargestellten
Ausführungsform liegen nun die Achsen der Tauchkolben nahe diesem Schwerpunktkreis.
Tangentiale Kräfte, welche auf den Ring übertragen «-erden, erzeugen somit nur geringe
Biegebeanspruchung. Dadurch, daß im weiteren die Angriffsstellen der Lenker 3, an
welchen die Gegenkräfte auf den Ring wirken, wie aus Fig. 3 hervorgeht, mit den
Achsen der Tauchkolben 7 ungefähr in derselben senkrecht zur Turbinenachse verlaufenden
Ebene liegen, werden nun vollends die auf den Ring ausgeübten Momente auf geringsten
Wert vermindert.
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Der Regelring ist in Fig. 1 in seiner Mittellage dargestellt. Die
Druckflüssigkeit wird den Zylindern 9 durch Leitungen 11 und 111 über Bohrungen
12 bzw. 121, welche das Stützglied 8 und die Tauchkolben 7 durchdringen, zugeführt
bzw. von diesen abgeleitet. Zufuhr von Druckflüssigkeit durch die Leitung 11 bewirkt
beispielsweise eine Drehung des Regelringes gegen den Uhrzeigerdrehsinn und damit
ein Öffnen des Leitapparates.
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Bei der Variante nach Fig. 5 werden wieder vom Hohlprofil je eines
Teiles eines Regelringes 13 zwei Zylinder 14 gebildet. Die Tauchkolben sind aber
hier als Kolben 15 mit gerader Achse ausgebildet, welche über ein Stützglied 16
mit dem Turbinendeckel starr verbunden sind. Da sich aber nun bei einer Drehung
des Regelringes die Dichtungsstelle in radialer Richtung verschiebt, ist an der
Eintrittsstelle in die Zylinder je eine entsprechend verschiebbare Dichtungsscheibe
17 mit nachgiebigem Dichtungsring 18 eingesetzt, wie aus Fig. 6 zu erkennen ist.
Statt, wie gezeigt, radial verschiebbare Dichtungen anzubringen, kann aber auch
den Tauchkolben eine Möglichkeit der radialen Verschiebung gegeben werden, sei es,
daß sie am Stützglied gelenkig befestigt werden, oder in gewissen Sonderfällen auch
dadurch, daß das Stützglied mit den daran starr befestigten Tauchkolben auf dem
Turbinendeckel radial verschiebbar angeordnet wird. Die Tauchkolben können dann
in der Bewegungsrichtung des Ringes gleichwohl als feststehend betrachtet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.7 und 8 sind für die Betätigung
eines Regelringes 19 ebenfalls feststehende Tauchkolben 20 mit gerader Achse vorgesehen,
welche über ein Stützglied 21 mit dem Turbinendeckel starr verbunden sind. Die Tauchkolben
greifen aber hier in Zylinder 22 ein, welche als besondere Teile innerhalb des U-förmigen
Profils des Regelringes angeordnet sind. Bei dieser Ausführung wird auf das Anbringen
verschiebbarer Dichtungselemente verzichtet. Die Zylinder 22 verschieben sich bei
der Bewegung des Regelringes 19 koaxial zu den Kolbenachsen und sind mit dem Regelring
durch Laschen 23 gelenkig verbunden.
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Außer den gezeigten Ausführungsformen besteht aber beispielsweise
auch die Möglichkeit, den Kolben um eine feste Achse und den Zylinder um eine im
bewegten Stützring verlaufende Achse schwenkbar anzuordnen.
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Die am Beispiel einer Turbine dargestellten Regeleinrichtungen lassen
sich in gleicher Weise auch für Kreiselpumpen verwenden.