DE1080939B

DE1080939B - Regelduese fuer Freistrahlwasserturbinen, Nadelventile od. dgl.

Info

Publication number: DE1080939B
Application number: DEV12124A
Authority: DE
Inventors: Karl Gabriel
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1957-03-12
Filing date: 1957-03-12
Publication date: 1960-04-28

Description

DEUTSCHES

Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Regeldüse für Freistrahl Wasserturbinen, ■: Nadelventile od. dgl. mit einer koaxial im Düsengehäuse befestigten Führungshülse, in der eine hohle Regulier- bzw. Abschlußnadel axial verschiebbar gelagert ist. Zum Ausgleich der vom Wasserdruck her im Schließsinn auf diese Düsennadel in axialer Richtung wirkenden hydraulischen Kräfte, die bekanntlich in Abhängigkeit von. der jeweiligen Nadelstellung verschieden groß sind, ist dort in die hohle Düsennadel eine hydraulische, vorzugsweise vom Betriebswasser beaufschlagte Ausgleichsvorrichtung, und zwar ein Servomotor eingebaut. Im übrigen Nadelhohlraum sind auch noch der vom Maschinenregler od. dgl. gesteuerte Regelservomotor sowie eine mechanische, aus einer Feder bestehende Ausgleichsvorrichtung derart untergebracht, daß der hydraulische Ausgleichsservomotor in dem, in Strömungsrichtung gesehen, vorderen Teil des Nadelhohlraumes, der Regelservomotor im hinteren Teil des Nadelschaftes liegt, während die mechanische Ausgleichsvorrichtung innerhalb des Regelservomotors angeordnet ist. Dieser hintere Teil des Nadelschaftes ist durch eine, am rückwärtigen ■Ende der Führungshülse angeordnete Kappe sowie durch Dichtungen, die zwischen dem Nadelschaft und der Führungshülse angeordnet sind, gegen das Betriebswasser flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Abschlußkappe dient auch als Halter für den Kolben des Ausgleichsservomotors. Zu diesem Zweck ist dessen Kolbenstange durch den übrigen Nadelhohlraum hindurchgeführt und an dieser Kappe befestigt.

Die Erfindung betrifft eine gegenüber dem Hauptpatent günstigere Anordnung des hydraulischen Ausgleichsservomotors und des Regelservomotors innerhalb der Nadel bzw. der Führungshülse. Sie besteht in dem Vorschlag, den hydraulischen Ausgleichsservomotor in dem, in Strömungsrichtung gesehen, hinteren Teil und den Regelservomotor im vorderen Teil der Regeldüse anzuordnen.

Hierdurch wird unter anderem der Vorteil erreicht, daß eine besondere Abdichtung des Führungsspaltes zwischen dem Nadelschaft und der Führungshülse erspart wird. Der Arbeitsraum des Ausgleichsservomotors ist nämlich mit dem Betriebswasser verbunden, er steht also unter dem Betriebswasserdruck. Somit verbindet der Führungsspalt zwischen dem Nadelschaft und der Führungshülse zwei die gleiche Flüssigkeit und den gleichen Druck enthaltende Räume, nämlich den Arbeitsraum des Ausgleichsservomotors mit dem eigentlichen Strömungsraum im Düsengehäuse. Eine Abnutzung der Nadelführung bringt daher keine nachteiligen Wirkungen mit sich.

Bei der bisherigen Anordnung des Regelservomötors" im hinteren Teil des Nadelschaftes war dagegen eine Regeldüse für Freistrahlwasserturbinen,
Nadelventile od. dgl.

Zusatz zum Patent 1 066 508

Anmelder:

J.M. Voith. G.m.b.H.,
Heidenheim/Brenz, Ulmer Str. 43

Karl Gabriel, Heidenheim/Brenz,
ist als Erfinder genannt worden

besondere, sogar mehrfache Abdichtung innerhalb dieses Führungsspaltes zwischen dem unter dem Druck des Betriebsöles stehenden Arbeitsraum des Regelservomotors und dem vom Betriebswasser durchströmten Raum des Düsengehäuses notwendig.

Da nunmehr das hintere Ende des Nadelschaftes den unter Betriebswasserdruck stehenden Kolben des Ausgleichsservomotors bildet, ist es nicht mehr unbedingt notwendig, das hintere Ende der Führungshülse durch eine mit Wasserdurchtrittsöffnungen versehene Kappe abzuschließen. Das Hülsenende kann in diesem Fall, soweit das strömungstechnisch zulässig ist, offen gelassen und die Kolbenstange des Ausgleichsservomotors an irgendeinem Tragteil der Führungshülse befestigt sein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung am Ausführungsbeispiel einer Regeldüse für eine Freistrahlturbine dargestellt.

Durch die hohle Regulier- bzw. Abschlußnadel 1 kann der Austrittsquerschnitt 2 eines geradlinig ausgebildeten Düsengehäuses 3 gesteuert werden. Die Nadel 1 ist zusammen mit ihrem Schaft 4 in einer koaxial zum Düsengehäuse 3, beispielsweise mittels Streben befestigten Führungshülse 5 axial verschiebbar gelagert. Am rückwärtigen Ende der Führungshülse ist eine Kappe 50 angeordnet, die Durchtrittsöffnungen 28 für den Zutritt des Betriebswassers zum Zylinder 60 des Ausgleichsservomotors A aufweist.

Der vordere Hohlraum der Düsennadel 1 bildet den Zylinder, 15 des Regelservomotors B, dessen Kolben 150 feststeht. Er ist mit seiner durch den übrigen Nadelhohlraum hindurchgeführten Kolbenstange 7 an der Abschlußkappe 50 befestigt. Der Regelservo-

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motor B ist doppeltwirkend ausgebildet. Das Betriebsöl wird von außen her mittels der durch die Strebe 25 und durch die Kolbenstange 7 gebohrten Leitung 26, 27 den beiden Zylindern 15 und 15' zugeführt. Der hintere Zylinder 15' des Regelservomotors ist durch einen am rückwärtigen Ende des Nadelschaftes 4 befestigten, auf der Kolbenstange 7 gleitend gelagerten Deckel 600 abgeschlossen. Dieser Deckel ist rückwärtig hülsenartig verlängert. Er ist an seinem Umfang in der Führungshülse 5 und an seiner Innenfläche auf der Kolbenstange 7 geführt.

Der Deckel 600 bildet den Kolben des durch die öffnungen 28 mit dem Betriebswasser verbundenen Ausgleichsservomotors A. Die durch den Durchmesser des Zylinders 60 des Ausgleichsservomotors A und den Durchmesser des diesen Zylinder durchdringenden Kappenbundes Ta bestimmte wirksame Kolbenringflache 600 a· ist so gewählt, daß der Ausgleichsservomotor bei halber öffnungsstellung der Düsennadel der auf die Nadel wirkenden Öffnungskraft ungefähr das Gleichgewicht hält. In dem Raum zwischen dem Deckel 600 und dem Kolben 150 des Regelservomotors ist als mechanische Ausgleichsvorrichtung eine Feder 12 mit Federtellern 13 und 14 untergebracht. Für den Federteller 13 bildet der Absatz 70 an der Kolbenstange 7 und für den Federteller 14 die Buchse 700 den Endanschlag.

Für die Ableitung der in dem Raum 29 innerhalb des Deckels 600 etwa aus dem Zylinder 15' des Regelservomotors B übertretenden Drucköls oder aus dem Zylinder 60 des Ausgleichsservomotors A übertretenden Sickerwassers ist eine Leitung 180 angeordnet.

Zur Rückführung der durch die Düsennadel ausgeführten Bewegungen ist in an sich bekannter Weise ein Rückführhebel 19 vorgesehen, der beispielsweise mit seinem zylindrischen Ende in eine Ringnut 190 des Deckels 600 eingreift und so dessen Stellung abtastet und weitermeldet.

Die hier dargestellte Regeldüse arbeitet folgendermaßen:

Zum Öffnen der Düsennadel 1 wird durch die Leitung 26 die Steuerflüssigkeit dem hinteren Zylinder 15' des Regelservomotors B zugeführt und dabei der vordere Zylinder 15 des Regelservomotors durch die Leitung 27 entleert. Die Druckkraft der Ausgleichsfeder 12, deren einer Federteller 13 am Absatz 70 der Kolbenstange 7 anliegt und deren anderer Federteller 14 gegen den Deckel 600 drückt, erzeugt von der Schließstellung der Nadel an bis etwa zur halben öffnungsstellung eine zusätzliche Öffnungskraft. Ist beim öffnen der Düsennadel der Federteller 14 am Anschlag 700 der Kolbenstange aufgetroffen, dann ist die Feder 12 nahezu entspannt. In dieser Anschlagstellung des Federtellers 14 ist auch der an der Nadel befestigte Zwischenring 30 am anderen Federteller 13 aufgetroffen. Die vom Betriebswasser in dieser Stellung auf die vordere Fläche des Nadelkopfes ausgeübte Kraft ist dabei so groß, daß die Schließkraft des Ausgleichsservomotors zum Ausgleich allein genügt. Beim weiteren öffnen der Düsennadel über diese Mittelstellung hinaus wird dann der Federteller 13 mitgenommen, die Ausgleichsfeder 12 also in zunehmendem Maße zusammengedrückt. Dadurch erhält die Düsennadel zu der konstanten Schließkraft des Ausgleichsservomotors A von der Feder 12 her eine zusätzliche, und zwar mit dem Öffnen der Nadel zunehmende Schließkraft, die der zunehmenden Öffnungskraft des immer mehr dem Betriebsdruckwasser ausgesetzten Nadelkopfes ausgleichend entgegenwirkt.

Soll die Nadel wieder geschlossen werden, dann erhält der Zylinder 15 des Regelservomotors B durch die Leitung 27 Drucköl, und die Nadel wird wieder in die Schließrichtung bewegt. Dabei wirkt zunächst

ίο die Ausgleichsfeder 12 bis zum Anschlag des Federtellers 13 am Absatz 70 der Kolbenstange als zusätzliches Schließorgan. Wird danach die Nadel weiter geschlossen, dann wird der Federteller 14 vom Deckel mitgenommen, die Feder wieder zusammengedrückt und damit von ihr eine Öffnungskraft erzeugt.

Claims

Patentansprüche;

1. Regel düse für Freistrahl Wasserturbinen, Nadelventile od. dgl. mit einer koaxial im Düsengehäuse befestigten Führungshülse, in der eine hohle Regulier- bzw. Abschlußnadel axial verschiebbar gelagert ist, der wiederum ein hydraulischer Regelservomotor zum Verstellen der Düsennadel sowie eine hydraulische und eine mechanische Einrichtung zum Ausgleich der vom Wasserdruck her im Schließ sinn auf die Nadel wirkenden Kräfte eingebaut sind, nach Patent 1 066 508, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelservomotor (B) durch den, in Strömungsrichtung gesehen, vorderen Teil und der Ausgleichsservomotor (A) durch den hinteren Teil der Regeldüse gebildet wird.

2. Regeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des vorderen Teils des hohlen Nadelschaftes (4) als Zylinder (15) für den Regelservomotor (B) dient, dessen feststehender Kolben (150) mittels einer Stange (7) an einem feststehenden Teil der Regeldüse, beispielsweise an der Führungshülse (5) befestigt ist, während der hintere Deckel der Düsennadel als Kolben (600) für den Ausgleichsservomotor (A) ausgebildet ist.

3. Regeldüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch eine Kappe (50) abgeschlossene hintere Ende der Führungshülse (5) den Zylinder, (60) des Ausgleichsservomotors (A) bildet.

4. Regeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (150) des Regelservomotors (B) beidseitig von der Regelflüssigkeit beaufschlagt ist, derart, daß er als doppeltwirkender S ervokolben arbeitet.

5. Regeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kolbenringfläche (600 a) des Ausgleichsservomotorkolbens (600) derart gewählt ist, daß der Ausgleichsservomotor (A) bei halber öffnungsstellung der

Düsennadel der auf die Nadel wirkenden Öffnungskraft ungefähr das Gleichgewicht hält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 916 639, 404 476;
schweizerische Patentschrift Nr. 104 860.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen