DE1066508B - - Google Patents
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Description
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BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUS LEG E S CH RIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE FROM LEG E S CH RIFT:
V 11354 Ia/88aV 11354 Ia / 88a
10. OKTOBER 1956 !.OKTOBER 1959October 10, 1956!. OCTOBER 1959
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeldüse für Freistrahlwasserturbinen bzw. auf Nadelventile und betrifft eine Einrichtung zum Ausgleich der auf die Düsen- bzw. Äbschlußnadel wirkenden Kräfte. Bei solchen Regeldüsen wechselt bekanntlich die zum Steuern der Düsennadel aufzuwendende Kraft, die entweder mechanisch oder hydraulisch auf die Nadel übertragen wird, in Abhängigkeit von der jeweiligen Nadelstellung. Beim öffnen der Düse ist diese Kraft auf die Nadel zunächst nahe der Schließstellung am kleinsten. Sie wird dann um so größer, je weiter die Nadel zurückgezogen und die Düse geöffnet wird. Denn mit zunehmender öffnung gelangt jeweils eine immer größere Fläche des Nadelkopfes in den Wirkungsbereich der durch die Nadel gesteuerten Betriebsflüssigkeit. The invention relates to a control nozzle for free jet water turbines or to needle valves and relates to a device for balancing the forces acting on the nozzle or termination needle. at As is known, such control nozzles change the force to be used to control the nozzle needle either mechanically or hydraulically transmitted to the needle, depending on the particular Needle position. When the nozzle is opened, this force on the needle is initially close to the closed position smallest. It then increases the further the needle is withdrawn and the nozzle is opened. Because as the opening increases, an ever larger area of the needle head comes into the effective area the operating fluid controlled by the needle.
Zum Ausgleich derartiger Kräfte wurden schon Federn eingebaut. Deren Verwendung ist aber nur in beschränktem Maße möglich, denn bei großen zu steuernden Strahlquerschnitten und insbesondere bei der Steuerung unter hohem Druck stehender Flüssigkeiten wachsen die auf die Nadel wirkenden hydraulischen Kräfte derartig an, daß solche Ausgleichsfedern untragbare Ausmaße erhalten müssen. Insbesondere wäre die Unterbringung derartig großer Federn in der hierfür hohl ausgebildeten Düsennadel sehr schwierig.Springs have already been installed to compensate for such forces. Their use is only in possible to a limited extent, because with large beam cross-sections to be controlled and in particular with the control of fluids under high pressure grows the hydraulic acting on the needle Forces to such an extent that such balancing springs must receive intolerable proportions. In particular would be the accommodation of such large springs in the hollow nozzle needle for this purpose very difficult.
Man hat deshalb schon versucht, den Ausgleich statt durch Druckfedern auf hydraulischem Wege durchzuführen, und zwar mittels eines besonderen hydraulischen Servomotors, der auf der aus dem Düsengehäuse herausgeführten Düsennadel angeordnet wurde. Diese Lösung ist jedoch nur bei Freistrahldüsen bzw. Ventilgehäusen mit gekrümmtem Düsengehäuse anwendbar und erfordert außerdem eine relativ große Baulänge.Attempts have therefore already been made to compensate hydraulically instead of using compression springs to be carried out by means of a special hydraulic servomotor based on the Nozzle housing led out nozzle needle was arranged. However, this solution is only available for free jet nozzles or valve housings with curved nozzle housing applicable and also requires a relatively large overall length.
Außerdem wurde auch schon vorgeschlagen, eine Verminderung der auf die Düsennadel im öffnenden Sinne wirkenden hydraulischen Kräfte dadurch zu erzielen, daß die Düsennadel hinter dem Nadelkopf so weit wie möglich verjüngt wurde. Dabei ist es auch bekannt, die Verjüngung am Nadelkopf innerhalb der Führungshülse am äußeren Umfang einer Hohlnadel anzuordnen. Dies hat jedoch zur Folge, daß bei einer ausreichenden Verjüngung die außerdem meistens verwendete undIn addition, it has also already been proposed to reduce the amount of pressure on the nozzle needle in the opening To achieve the sense acting hydraulic forces that the nozzle needle behind the needle head so has been rejuvenated as much as possible. It is also known that the taper on the needle head within the To arrange guide sleeve on the outer circumference of a hollow needle. However, this has the consequence that in a Adequate rejuvenation which is also mostly used and
Ausgleichsfeder nur einen geringen
messer erhalten kann und daher relativ lang ausgeführt werden muß.Compensation spring only a small one
knife can be obtained and must therefore be carried out relatively long.
Bei dieser Ausführung ist auch der für die Steuerung der Nadel vorgesehene hydraulische Servomotor in dem zur Führung der Nadel dienenden Nabenkörper untergebracht. Da mit Rücksicht auf den kleinen Durchmesser dieses nabenförmigen Gehäuses nurThis version also has the hydraulic servomotor provided for controlling the needle housed in the hub body used to guide the needle. Because with consideration for the little one Diameter of this hub-shaped housing only
η der hohlen Düsennadel angeordnete Windungsdurch-η of the hollow nozzle needle arranged winding diameter
Regeldüse für Freistrahlwasserturbinen mit einer Einrichtung zum Ausgleich der auf die Düsennadel wirkenden hydraulischen KräfteControl nozzle for free jet water turbines with a device to compensate for those acting on the nozzle needle hydraulic forces
Anmelder: J. M. Voith G. m. b. H., Heidenheim/BrenzApplicant: J. M. Voith G. m. B. H., Heidenheim / Brenz
Karl Gabriel, Heidenheim/Brenz, ist als Erfinder genannt wordenKarl Gabriel, Heidenheim / Brenz, has been named as the inventor
für kleine Kolbenflächen Platz vorhanden ist, wurde zur Erhöhung der von dem Servomotor auszuübenden Steuerkräfte eine Doppelanordnung von zwei hintereinanderliegenden Servomotoren gewählt.Space for small piston areas was made to increase the exerted by the servo motor Control forces a double arrangement of two servomotors one behind the other was chosen.
Die Erfindung gibt nun eine neue Lösung an, bei der auch für hohe Ansprüche, insbesondere hohe Gefälle bei Freistrahlturbinen eine relativ kurz bauende, leicht zu steuernde Regeldüse ausgeführt werden kann.The invention now provides a new solution in which also for high demands, especially high gradients In the case of free jet turbines, a relatively short, easy-to-control regulating nozzle can be designed can.
Gemäß der Erfindung wird bei Regeldüsen mit einer koaxial im Düsengehäuse befestigten Führungshülse, in der eine hohle Düsen- bzw. Abschlußnadel
axial verschiebbar gelagert ist, und mit einem hydraulischen Regelservomotor sowie mit einer hydraulischen
und einer mechanischen Einrichtung zum Ausgleich der vom Wasserdruck her im Schließsinn auf
die hohle Düsennadel wirkenden Kräfte vorgeschlagen, den hydraulischen Regelservomotor und außerdem
auch die hydraulische
innerhalb des hohlen Nadelschaftes anzuordnenAccording to the invention, with control nozzles with a guide sleeve fixed coaxially in the nozzle housing, in which a hollow nozzle or termination needle is mounted axially displaceably, and with a hydraulic control servomotor and with a hydraulic and a mechanical device to compensate for the water pressure in the closing direction proposed the hollow nozzle needle acting forces, the hydraulic control servo motor and also the hydraulic
to be arranged within the hollow needle shaft
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die hydraulische Ausgleichseinrichtung aus einem durch den hohlen Nadelschaft gebildeten, an einen konstanten Druck, z. B. an den Betriebswasserdruck, angeschlossenen Zylinderraum und einem in diesen hineinragenden, mit der Führungshülse verbundenen Kolben gebildet.According to a further proposal of the invention, the hydraulic compensation device is made of one formed by the hollow needle shaft, to a constant pressure, e.g. B. to the process water pressure, connected cylinder space and a protruding into this, connected to the guide sleeve Piston formed.
Zweckmäßigerweise sind Ausgleichseinrichtung und Regelservomotor axial hintereinander angeordnet in der Weise, daß der Kolben auf der einen Seite den Zylinderraum der Ausgleichseinrichtung und auf derExpediently, the compensating device and the control servomotor are arranged axially one behind the other in the way that the piston on the one hand the cylinder space of the compensating device and on the
AusgleichseinrichtungCompensation device
909 630/44909 630/44
anderen Seite den Zylinderraum des Regelservomotors abschließt. Der Kolben ist dabei mittels einer durch den Nadelhohlraum hindurchgeführten Stange an der rückwärtigen Abschlußkappe der Führungshülse befestigt. the other side closes off the cylinder space of the servomotor. The piston is by means of a The rod guided through the needle cavity is attached to the rear end cap of the guide sleeve.
Zur Unterbringung des vom Regler gesteuerten Regelservomotors und etwa auch der mechanischen Entlastungseinrichtung (Entlastungsfeder) in dem Nadelhohlraum wird der, in Strömungsrichtung gesehen, vordere Zylinderraum der Ausgleichseinrichtung gegenüber dem hinten offenen Zylinderraum des Regelservomotors durch eine hinter dem Kolben angeordnete Zwischenwand dicht abgeschlossen.To accommodate the servomotor controlled by the controller and, for example, the mechanical one Relief device (relief spring) in the needle cavity is the, seen in the direction of flow, front cylinder space of the compensation device opposite the rear open cylinder space of the Control servo motor is tightly sealed by a partition arranged behind the piston.
Die mechanische Entlastungseinrichtung, welche aus einer konzentrisch zur Stange angeordneten Entlastungsfeder besteht, ist ebenfalls innerhalb des hohlen Nadelschaftes angeordnet. Die Federteller sind auf der Stange geführt und arbeiten mit Anschlägen auf der Stange bzw. dem Nadelschaft zusammen.The mechanical relief device, which consists of a relief spring arranged concentrically to the rod exists, is also arranged within the hollow needle shaft. The spring plates are guided on the rod and work together with stops on the rod or the needle shaft.
Für Regeldüsen, bei denen infolge der besonderen Ausbildung der Düsennadel und je nach der Größe der Ausgleichseinrichtung und des weiteren je nach der Charakteristik der mechanischen Entlastungseinrichtung sehr große Schließkräfte erforderlich sind, wird zur Erzeugung dieser großen Kräfte der Regelservomotor doppeltwirkend ausgebildet. Zu diesem Zweck wird die Zwischenwand beidseitig von einem Druckmittel beaufschlagt, derart, daß die beiden einander gegenüberliegenden Flächen des Kolbens und der Zwischenwand zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Nadelhohlraum einen zweiten vom Drucköl beaufschlagten Regelservomotor zum Verstellen der Hohlnadel bilden.For control nozzles, where due to the special design of the nozzle needle and depending on the size the compensating device and further depending on the characteristics of the mechanical relief device Very large closing forces are required, the control servomotor is used to generate these large forces designed double-acting. For this purpose, the partition wall is on both sides of a Pressure medium applied, such that the two opposing surfaces of the piston and the intermediate wall together with the needle cavity lying between them a second from the pressure oil acted upon control servomotor form for adjusting the hollow needle.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen im Längsschnitt dargestellt. Es zeigtThe invention is shown in the drawing using two exemplary embodiments in longitudinal section. It shows
Fig. 1 eine Regeldüse mit einer im Düsennadelhohlraum angeordneten Ausgleichseinrichtung, einer Entlastungseinrichtung sowie dem vom Regler gesteuerten Regelservomotor,1 shows a control nozzle with a compensating device, a relief device, arranged in the nozzle needle cavity as well as the servomotor controlled by the controller,
Fig. 2 eine Regeldüse, die im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 1 entspricht, bei der jedoch der vom Regler beeinflußte Regelservomotor doppeltwirkend ausgebildet ist.Fig. 2 is a control nozzle which corresponds essentially to the embodiment of FIG. 1, but in which the The control servomotor influenced by the controller is designed to be double-acting.
In Fig. 1 ist mit 1 die Düsennadel für die Zulaufleitung einer Freistrahlwasserturbine bezeichnet, durch die der Austrittsquerschnitt 2 des Düsengehäuses 3 gesteuert wird. Der hohle Nadelschaft 4 der hohlen Düsennadel 1 ist in einer koaxial zum Düsengehäuse 3 beispielsweise mittels Rippen 25 befestigten Führungshülse 5 axial verschiebbar gelagert. Die Führungshülse 5 ist an ihrem, in Strömungsrichtung gesehen, rückwärtigen Ende durch eine Abschlußkappe 50 flüssigkeitsdicht abgeschlossen.In Fig. 1, 1 denotes the nozzle needle for the feed line of a free jet water turbine, through which the outlet cross section 2 of the nozzle housing 3 is controlled. The hollow needle shaft 4 of the hollow nozzle needle 1 is mounted so as to be axially displaceable in a guide sleeve 5 fastened coaxially to the nozzle housing 3, for example by means of ribs 25. The guide sleeve 5 is closed in a liquid-tight manner at its rear end, seen in the direction of flow, by an end cap 50.
Durch den vom hohlen Nadelschaft 4 gebildeten Zylinderraum 6, der an einen etwa konstanten Druck, z. B. an den Betriebswasserdruck angeschlossen ist und einem in den Zylinderraum 6 hineinragenden, mit der Abschlußkappe 50 der Führungshülse 5 verbundenen Kolben 60 wird die Ausgleichseinrichtung A gebildet. Hierbei ist der Kolben 60 der Ausgleichseinrichtung A mittels einer Stange 7 an der Abschlußkappe 50 befestigt, also feststehend, während der Zylinder der Ausgleichseinrichtung A als ein Teil der Düsennadel 1, 4 axial hin- und hergleiten kann. Das durch das Düsengehäuse 3 strömende Betriebswasser wird durch Bohrungen 8 der Führungshülse 5 sowie durch Bohrungen 9 des Nadelschaftes 4 in den Zylinderraum 6 der Ausgleichseinrichtung A geführt. Das Wasser kann aber auch durch eine Längsbohrung 22 Through the cylinder space 6 formed by the hollow needle shaft 4 , which is at an approximately constant pressure, e.g. B. is connected to the operating water pressure and a piston 60 protruding into the cylinder chamber 6 and connected to the end cap 50 of the guide sleeve 5 , the compensating device A is formed. Here, the piston of the compensating device A 60 attached by a rod 7 on the end cap 50, that is fixed, while the cylinder of the equalizing device A as a part of the nozzle needle 1, 4 can slide to and fro axially. Flowing through the nozzle housing 3 operation, water is fed through the holes 8 of the guide sleeve 5, and through holes 9 of the needle shaft 4 in the cylinder chamber 6 of the balancing device A. However, the water can also pass through a longitudinal bore 22
der Stange 7 und des Kolbens 60 zugeführt werden. Sofern eine Zuführung des Betriebswassers an dieser Stelle vermieden werden soll, wenn etwa das Wasser stark sandhaltig ist, kann es auch an einer anderen geeigneten Stelle der Rohrleitung abgezweigt und durch eine besondere Leitung 10 sowie öffnungen 11 in den Zylinderraum 6 der Ausgleichseinrichtung eingeleitet werden.the rod 7 and the piston 60 are fed. If the supply of process water is to be avoided at this point, for example if the water contains a lot of sand, it can also be branched off at another suitable point in the pipeline and introduced into the cylinder space 6 of the compensation device through a special line 10 and openings 11.
Der Nadelschaft 4 weist eine Zwischenwand 15 auf,The needle shaft 4 has an intermediate wall 15 ,
ίο durch die die Stange 7 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist. Diese mit der Düsennadel 1 axial bewegliche Zwischenwand 15 bildet zusammen mit dem abschlußkappenseitigen Ende des Nadelschaftes 4 den Kolben des vom Regler gesteuerten Regelservomotors B, dessen feststehender Zylinder 150 durch die Führungshülse 5 und ihre Abschlußkappe 50 gebildet wird. Durch die Leitung 16 ist dieser Regelservomotor B an den Steuerregler angeschlossen. In dem Regelservomotor B ist auch eine Entlastungsfeder 12 mit Federtellern 13 und 14 konzentrisch zur Stange 7 angeordnet. Die axialen Bewegungen dieser Federteller werden, wie später noch näher erläutert wird, durch Anschläge 70 bzw. 170 auf der Stange 7 begrenzt. Sofern vom Zylinderraum 6 der Ausgleichseinrichtung A Sickerwasser durch die Lauffläche des Kolbens 60 hindurchtritt, ist zu dessen Abführen eine Entlastungsleitung 18 vorgesehen. In dieser liegt noch eine Drossel 23, welche die Aufgabe hat, die bei etwaigem zu schnellem Schließen bzw. öffnen der Düsennadel, beispielsweise infolge Bruchs der Entlastungsfeder 12, in den Raum 210 zwischen Kolben 60 und Zwischenwand 15 durch diese angesaugtes bzw. hineingedrücktes Wasser zu drosseln, so daß die Bewegungen der Düsennadel 1 gedämpft werden. Auf dem Nadelschaft 4 sind Dichtungen 26 für die Nadelführung vorgesehen. ίο through which the rod 7 is passed liquid-tight. This intermediate wall 15, which is axially movable with the nozzle needle 1, forms, together with the end cap-side end of the needle shaft 4, the piston of the servomotor B controlled by the controller, the stationary cylinder 150 of which is formed by the guide sleeve 5 and its end cap 50 . This control servomotor B is connected to the control regulator through the line 16. A relief spring 12 with spring plates 13 and 14 is arranged concentrically to the rod 7 in the control servomotor B. As will be explained in more detail later, the axial movements of these spring plates are limited by stops 70 and 170 on rod 7. If leachate from the cylinder space 6 of the compensation device A passes through the running surface of the piston 60 , a relief line 18 is provided for its discharge. In this there is also a throttle 23, which has the task of closing or opening the nozzle needle too quickly, for example due to breakage of the relief spring 12, into the space 210 between piston 60 and partition 15 through this sucked or pressed water throttle so that the movements of the nozzle needle 1 are dampened. Seals 26 for the needle guide are provided on the needle shaft 4.
Für die Rückführung der durch die Düsennadel ausgeführten Steuerbewegungen ist in an sich bekannter Weise ein Rückführhebel 19 vorgesehen, der beispielsweise mittels Federkraft ständig am Stirnflansch 20 des Nadelschaftes 4 anliegt und so dessen Stellung abtastet und weitermeldet. Der Stirnflansch 20 ist mit Bohrungen 17 versehen, die mit Bohrungen 17 a im Federteller 14 in Verbindung stehen. Diese Bohrungen sind angeordnet, damit bei einer Öffnungsbewegung der Düsennadel 1, bei welcher der Federteller 13 an der Zwischenwand 15 anliegt und bei der die Düsennadel 1 über die Zwischenwand 15 sowie den Federteller 13 die Entlastungsfeder 12 zusammenpreßt, das in dem Raum links des Stirnflansches 20 vorhandene Volumen nicht verdichtet wird.For the return of the control movements carried out by the nozzle needle, a return lever 19 is provided in a manner known per se which, for example by means of spring force, is constantly in contact with the end flange 20 of the needle shaft 4 and thus scans and reports its position. The end flange 20 is provided with bores 17 which are connected to bores 17 a in the spring plate 14 . These bores are arranged so that during an opening movement of the nozzle needle 1, in which the spring plate 13 rests against the partition 15 and in which the nozzle needle 1 compresses the relief spring 12 via the partition 15 and the spring plate 13, the relief spring 12 in the space to the left of the end flange 20 existing volume is not compressed.
Die in Fig. 1 dargestellte Regeldüse arbeitet folgendermaßen: The control nozzle shown in Fig. 1 works as follows:
Die vom Betriebswasser beaufschlagte Fläche des Kolbens 60 der Ausgleichseinrichtung A ist so bemessen, daß in der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung der innen auf die Düsennadel 1 auf Schließen wirkende Wasserdruck der Ausgleichseinrichtung A etwas kleiner ist als der auf die äußere Fläche des Kopfes der Düsennadel 1 auf öffnen wirkende Wasserdruck zusammen mit der in dieser Stellung auf öffnen wirkenden Kraft der Entlastungsfeder 12. Der vordere Federteller 13 liegt dabei am Anschlag 70 der Stange 7 an, und der hintere Federteller 14 stützt sich gegen den mit dem Nadelschaft 4 verbundenen Stirnflansch 20 ab. Somit verbleibt von der Schließstellung an eine im Öffnungssinne auf die Düsennadel wirkende, beliebig klein wählbare Kraft übrig, der vom Regelservomotor B das Gleichgewicht zu halten ist.The area of the piston 60 of the compensating device A acted upon by the process water is dimensioned so that in the closed position shown in Fig. 1 the water pressure of the compensating device A acting on the inside on the nozzle needle 1 to close is slightly smaller than that on the outer surface of the head of the nozzle needle 1 water pressure acting on opening together with the force of relief spring 12 acting on opening in this position. The front spring plate 13 rests against the stop 70 of the rod 7 , and the rear spring plate 14 is supported against the end flange 20 connected to the needle shaft 4 . Thus, from the closed position onward, there remains a force that acts on the nozzle needle in the opening direction and can be selected as small as desired, which is to be maintained by the control servomotor B in equilibrium.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1066508B true DE1066508B (en) | 1959-10-01 |
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ID=592597
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DENDAT1066508D Pending DE1066508B (en) |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1066508B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2435805A1 (en) * | 1973-08-02 | 1975-02-27 | Titovi Zavodi Litostroj | DISCHARGE CAP FOR LIQUIDS |
-
0
- DE DENDAT1066508D patent/DE1066508B/de active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2435805A1 (en) * | 1973-08-02 | 1975-02-27 | Titovi Zavodi Litostroj | DISCHARGE CAP FOR LIQUIDS |
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