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Leitschaufelverstelleinrichtung für Wasserturbinen und -pumpen Die
Erfindung betrifft eine Leitschaufelverstelleinrichtung für Wasserturbinen und -pumpen,
hauptsächlich großer Abmessungen, mit radial bis kegelig durchströmten Leitschaufeln
Finkscher Bauart, die über ihre Drehzapfen, Kurbeln, Lenker und einen Regelring
mechanisch oder mittels hydraulischer Stellmotoren verstellbar sind, deren Zylinder
als Ringnut mit radialer oder axialer Öffnung und Deckring durch mehrfache Umfangsunterteilung
der Ringnut gebildet sind.
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Es ist bekannt, die auf dem Turbinendeckel gelagerten Regelringe mittels
Verstellstangen von einer Regelwelle oder mittels hydraulischer Stellmotoren zu
verstellen, die auf dem Turbinendeckel befestigt sind, um die erheblichen Stehkräfte
auf diesen und nicht unmittelbar auf das Mauerwerk zu übertragen. Es sind einfach
und doppelt wirkende zylindrische, aber auch Ringstellmotoren mit rundem und viereckigem
Zylinderquerschnitt bekanntgeworden.
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Bei den letzteren sind die ringsegmentförmigen Stellkolben als Tauchkolben
ausgebildet, die mit dem Regelring verbunden sind, während die Stehzylinder an einem
besonderen Tragring auf dem Turbinendeckel befestigt sind.
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Bei anderen Ringstellmotoren ist es bekannt, den Regelring direkt
als Hohlnut auszubilden, die durch Ringsegmente mehrfach unterteilt ist, wobei die
als Kolben dienenden Ringsegmente fest mit dem Turbinendeckel und die als Zylinderboden
dienenden mit dem Regelring verbunden sind.
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Ferner ist es bekannt, Ringzylindernuten direkt im Turbinendeckel
einzulassen, sie mittels Deckringen abzudecken, sie durch Segmente in Zylinderräume
zu unterteilen und die beweglichen Kolbensegmente fest mit dem Regelring zu verbinden.
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Auch sind Regelringe mit relativ kleinen Abmessungen vornehmlich bei
axial durchströmten Turbinen bekanntgeworden, bei denen der Regelring innerhalb
des Stützschaufelkranzes angeordnet ist.
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Ferner ist es bekannt, Turbinenleitschaufeln mittels Schlitzkurbeln
ohne Lenker von einem kleinen Regelring aus zu verstellen, der allerdings mit einer
den gesamten Leitapparat überdeckenden Schutzhaube verbunden ist, an der die Stellkräfte
angreifen. Der Regelring ist hier gewissermaßen als Nabe dieser Schutzhaube anzusehen.
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Bei einem Leitapparat einer Turbine mit festen Leitschaufeln und verstellbaren
Hahnküken ist gleichfalls ein relativ kleiner Regelring bekanntgeworden.
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Gegenüber diesen bekannten Anordnungen ermöglicht der Vorschlag nach
der Erfindung bei radial bis kegelig durchströmten Leiträdern eine besonders gedrängte
Ausführung des Ringstellmotors in Verbindung mit einem extrem kleinen Regelring
dadurch, daß der Regelring mittel- oder unmittelbar auf einem Rohr gelagert ist,
welches die Turbinen- oder Pumpenwelle mit geringem Luftzwischenraum konzentrisch
umgibt und entweder auf dem Turbinen- oder Pumpendeckel befestigt oder aus einem
Stück mit diesem gefertigt ist. Die Erfindung bietet besonders bei großen Turbinen
und Pumpen erhebliche wirtschaftliche und fertigungstechnische Vorteile, bei denen
die Regelringe nach der herkömmlichen Bauweise sehr groß sein und Gewichte von weit
über 10 t aufweisen würden. Auch die Abmessungen der Ringstellmotoren, die den Abmessungen
des Regelringes angepaßt werden müßten, würden sehr groß sein müssen.
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Da große Werkstückdurchmesser wegen des hohen Werkstoffaufwandes,
der erforderlichen größeren Bearbeitungszugaben, der teureren Werkzeugmaschinenstunden,
des erhöhten Ausschußrisikos, der schwierigen Einhaltung der Paßgenauigkeit und
der erschwerten Montage im Vergleich mit kleineren Werkstücken teurer sind, bringt
der Vorschlag gemäß der Erfindung, den Ringstellmotor und den Regelring radikal
zu verkleinern, eine fühlbare Verbilligung mit sich.
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Die hierbei notwendige Verlängerung der Lenker fällt preislich nicht
ins Gewicht, da die Ausführung derselben als Rohre eine leichte Konstruktion ergibt.
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Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, den Zylinder des Ringstellmotors
mit dem Rohr und dem Spurlagerbock zu einem Stück zu vereinigen oder sie als getrennte
Teile axial übereinander anzuordnen; wenn der Stellzylinder zwischen dem Spurlager
und
dem Turbinendeckel angeordnet wird, wirkt der Spurdruck dem
im Inneren des Stellzylinders herrschenden Öldruck entgegen und trägt so zur Versteifung
der Zylinderwände bei.
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Eine weitere Vereinfachung kann nach der Erfindung dadurch erzielt
werden, daß das Rohr als feststehende und der Regelring als bewegliche Zylindersand
des Stellzylinders dient. Die in radialer Richtung nach außen offene Ringnut des
Steljzylinders, die mit den die Zylinderböden bildenden Ringsegmenten und dem Turbinendeckel
fest verbunden ist, ist hierbei von dem Regelring, an dem die beweglichen Ringkolbensegmente
fest angeschraubt sind, als drehbare zylindrische Wand verschlossen. Die Übertragung
der Stellkräfte auf den Turbinendeckel erfolgt somit über das Rohr knapp an der
Turbinenwelle.
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Wahlweise kann das Rohr auch ohne Nut ausgebildet sein, während die
den Zylinder bildende Ringnut im Regelring enthalten ist. In diesem Falle erhalten
die zylindrischen Pa ßgleitstellen zwischen der inneren Zylinderwand, dem Rohr und
dem Regelring einen besonders kleinen Durchmesser, d. h. die Abdichtung eine geringe
Länge, so daß mit kleinen Leckverlusten zu rechnen ist.
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Die beiden zusetzt beschriebenen Ausführungen sind besonders raumsparend,
weil die Kolbensegmente direkt am Regelring festgeschraubt sind. Hierdurch entfällt
die zusätzliche Kolbenlänge zur Abdeckung der Schlitze für die Befestigungsschrauben
im Deckring, die bei der bekannten Anordnung der Zylindernuten mit Deckring und
getrenntem Regelring erforderlich sind.
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Der verkleinere Regelring kann neben den bekannten Ringstellmotoren
auch in bekannter Weise mittels Verstellstangen von einer Regelwelle verstellt werden.
Da sein Durchmesser nach der Erfindung. gemessen am Lenkerbolzen-Teilkreis, gleich
oder kleiner als die Hälfte des Leitschaufelbolzen-Teilkreisdurchmessers sein kann,
wird hierdurch entweder die Länge L der Lenker oder der Radius R der Leitsehaufelkurbeln
größer als der Abstand A zwischen zwei nebeneinanderliegenden Leitschaufelbolzen.
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Der durch die Vielzahl der am kleinen Regelring angreifenden Lenker
entstehende Platzmangel wird nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Lenkerbolzen
am Regelring axial in mehreren Etagen angeordnet sind, wobei bei zwei Etagen jeder
zweite Lenkerbolzen, bei drei Etagen jeder dritte Lenkerbolzen in derselben Etage
liegt.
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Ein weiterer Vorteil des unmittelbar an der Turbinenwelle angeordneten
Stellmotors bzw. Regelringes ist darin zu sehen; daß der Bedienungssteg zwischen
dem Leitschaufelbolzen-Teilkreis und dem Regelring angeordnet werden kann, was seinen
Durchmesser verkleinert und die Zugänglichkeit zu den Schmiers=ehen der Lenkerzapfen
verbessert.
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Wenn der an dem Rohr unmittelbar bei der Turbinenwelle gelagerte Regelring
mittels einfach oder doppelt wirkender gerader Stellmotoren angetrieben wird, erfolgt
die Befestigung der Stehzylinder gemäß der Erfindung entweder direkt am Rohr, an
dem der Regelring gelagert ist, oder am Spurlagerbock.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Bei der in Abb. 1 dargestellten Leitschaufelverstelleinrichtung eine: Wasserturbine
sind die Leitschaufeln 1 über drehbare Leitschaufelzapfen 2, Kurbeln 3, Kurbelbolzen
4, Lenker 5 und Lenkerbolzen 6 vom drehbaren Regelring 7 aus verstellbar. Der Regelring
7 ist mittels eines hydraulischen Ring-Stellmotors 9, 9a, 10, 12 angetrieben. Die
Turbinenwelle 17 ist mit geringem Luftzwischenraum von einem Rohr 9 umgeben, das
als innere Stellzylinderwand, als mittelbare Lagerung des Regelringes 7, zur Übertragung
der tangentialen Stellkräfte des Stellmotors auf den Turbinendeckel 11 und des axialen
Spurdruckes vom Spurlager auf den Deckel dient.
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In Abb. 1 ist das Rohr 9 mit dem Spurlagerboek 8 aus einem Stück gefertigt,
während in Abb. 1 a, auf der rechten Seite, Rohr 9 und Spurlagerbock 8 als getrennte
Teile dargestellt sind.
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In Abb. 1 ist die nach außen offene Ringnut der Siellzylinder mit
viereckigem Querschnitt und mit dem Rohr 9 als innerer Zylinderwand und den Wänden
9 a als obere und untere Seitenwände begrenzt. Der Stellzylinder ist am Außendurchmesser
durch den zylindrischen Deckring 10 verschlossen. Die Unterteilung in Zylinderräume
erfolgt mittels ein oder mehrerer Ringsegmentstücke 13 (s. auch Abb. 3), die mit
Schrauben 14 am Turbinendeckel 11 festgeschraubt sind und auf denen der Spurdruck
lastet.
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Ein oder mehrere Ringkolbensegmente 12 sind mittels Schrauben 15 mit
dem Regelring 7 verbunden. Die Schrauben 15 gleiten bei der Drehung des Regelringes
in Schlitzen des zylindrischen Deckringes 10.
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Die Druckflüssigkeit kann in Rohren 16 oder auch in eingegossenen
Kanälen zugeführt werden. Zur Versteifung der oberen Stellzylinderwand 9 a gegen
den im Stellzylinder herrschenden Öldruck sind Versteifungsrippen 9 b zum Spurlagerbock
8 vorgesehen.
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In Abb. 1 und 3 ist die Länge L der Lenker 5 größer als der Abstand
A zwischen zwei nebeneinanderliegenden Leitschaufelbolzen 2. Der Bedienungssteg
1.8 ist zwischen den Leitschaufelbolzen 2 und dem Regelring 7 angeordnet.
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Die Abb.2 zeigt einen Ringstellmotor, bei dem die äußere Stellzylinderwand
durch den Regelring 7 gebildet ist, dessen Gleitflächen am Umfang durch die Dichtungen
19 und 20 gegen Leckölverluste abgedichtet sind. In der Abb. 2 ist die etagenförmige
Anordnung der Lenkerbolzen 6 am Regelring 7 zu sehen (s. auch Ansicht A), wo bei
zwei Etagen jeder zweite Lenker 5 mittels Lenkerbolzen 6 angelenkt ist. Mittels
Schrauben 15 sind die beweglichen Ringkolbensegmente 12 direkt am Regelring 7 angeschraubt.
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Die Abb. 3 zeigt die Ausführung gemäß Abb. 2 im Grundriß. Sinngemäß
kann diese Grundrißdarstellung jedoch auch auf die Abb. 1 bezogen werden. Zwecks
besserer Montage sind verschiedene Teile, wie Deckring 10 oder Regelring 7, auch
zweiteilig ausgeführt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, werden durch diese
Anordnung besonders kleine und billige Ausführungen erzielt.
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Die Abb. 4 zeigt einen mittels Verstellstangen mechanisch angetriebenen
Regelring 7, der auf dem Rohr 9 drehbar gelagert ist und bei dem die Lenkerbolzen
6 in zwei Etagen angeordnet sind.
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Die Abb.5 zeigt einen frei stehenden Ringstellmotor, bei dem der Stehzylinder
eine in axialer Richtung nach unten offene Nut ist, aber sonst etwa dem Aufbau der
Abb. 1 entspricht.
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Die Abb. 5 zeigt in Umkehrung der Verhältnisse von Abb. 2 einen Regelring
7, der als Stehzylinder ausgebildet ist und der auf dem feststehendem Rohr 9 gelagert
und abgedichtet ist. Das Rohr 9 bildet hier
zugleich die innere
Stellzylinderwand, an der die feststehenden Ringsegmente 13 mittels der Schrauben
14 angeschraubt sind und weiche die Stehkräfte auf den Turbinendeckel 11 überträgt.
Die Ringkolbensegmente 12 sind mittels der Schrauben 15 fest am Regelring 7 angeschraubt
und drehen sich mit diesem mit. Der Querschnitt des viereckigen Stellzylinders hat
die Form eines Rechteckes, dessen längere Seiten in axialer Richtung liegen, damit
die Biegemomente auf die oberen und unteren Stellzylinderwände 9 n unter der Einwirkung
des inneren Öldruckes nicht zu große Werte annehmen können.
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Die Längen der Dichtungen 19 und 20 zwischen dem Regelring 7 und dem
Rohr 9 haben ein Kleinstmaß, so daß mit geringen Leckölverlusten zu rechnen ist.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen eine Anordnung für den Antrieb des kleinen
Regelringes 7 mittels einfach wirkender gerader Tauchkolben 21, bei der die Stehzylinder
22 am Spurlagerbock 8 befestigt sind. Die Bewegung der Tauchkolben 91 wird über
Bolzen 23, Lenker 24 und Bolzen 25 auf den Regelring 7 übertragen.
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An Stelle der einfach wirkenden können selbstverständlich auch doppelt
wirkende Stellmotoren zur Anwendung kommen.
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Die vorbeschriebene Form der Stellmotoren und des Regelringes kann
sinngemäß auch bei Pumpen und anderen Kreiselmaschinen verwendet werden.