DE1136650B

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Publication number: DE1136650B
Application number: DENDAT1136650D
Authority: DE
Publication date: 1962-09-13

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL:

S47559 Ic/88aS47559 Ic / 88a

18. F E B R U AR 1956 13. SEPTEMBER 196218. F E B R U AR 1956 SEPTEMBER 13, 1962

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für den ringförmigen, durch mindestens einen Servomotor axial verschiebbaren Mengenregulierkörper einer vollbeaufschlagten hydraulischen Freistrahlturbine mit einer Zuführvorrichtung für die Arbeitsflüssigkeit in Form einer Leitung mit anschließender Spirale und den weiteren nachstehend aufgeführten Merkmalen. Der Mengenregulierkörper lenkt die Ringströmung in die axiale Richtung um und wird von den feststehenden, drallerzeugenden Schaufeln des Leitapparates annähernd spielfrei durchdrungen. Der Boden des Mengenregulierkörpers weist einen etwa kegelförmigen, axial vorstehenden Ringteil auf, der mit feststehenden, die Strömung leitenden Teilen der Spirale einen die Strömung umlenkenden und in Strömungsrichtung sich verengenden Ringraum sowie mit dem .feststehenden Turbinendeckel einen weiteren abgedichteten Ringraum bildet. Die Eintrittskante des Laufrades ist im freien, die Form eines Hyperboloids aufweisenden Ringstrahl angeordnet. Der Durchmesser des Kreises, auf dem der Mengenregulierkörper in seiner Schließstellung den gegenüberliegenden feststehenden Teil des Leitapparates berührt, ist kleiner als der Austrittsdurchmesser der Leitschaufeln, aber größer als der Austrittsdurchmesser des kegelförmigen Bodenansatzes am Mengenregulierkörper. The invention relates to an adjusting device for the annular, by at least one servomotor axially displaceable flow regulating body of a fully pressurized hydraulic free jet turbine with a supply device for the working fluid in the form of a line with a subsequent spiral and the other features listed below. The flow regulating body directs the Circular flow in the axial direction and is from the stationary, swirl-generating blades of the diffuser penetrated almost free of play. The bottom of the flow control body has a approximately conical, axially protruding ring part, the one with fixed, flow-guiding parts the spiral has an annular space that deflects the flow and narrows in the direction of flow Forms a further sealed annular space with the stationary turbine cover. The leading edge of the impeller is arranged in the free ring beam in the form of a hyperboloid. The diameter of the circle on which the flow control element in its closed position is opposite the opposite touches the fixed part of the diffuser is smaller than the outlet diameter of the Guide vanes, but larger than the outlet diameter of the conical base on the flow control body.

Bei dieser bekannten Turbine, die auch als Ringstrahlturbine bezeichnet wird, können für den axial verschiebbaren Mengenregulierkörper erhebliche Stellkräfte erforderlich sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit geringen Stellkräften auskommende Stellvorrichtung für den Mengenregulierkörper zu schaffen.In this known turbine, which is also referred to as a ring jet turbine, can be used for the axial displaceable flow regulating body considerable actuating forces may be required. The invention has the task is based on an adjusting device for the flow regulating body that gets by with low adjusting forces to accomplish.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem vom Mengenregulierkörper und vom Turbinendeckel gebildeten abgedichteten Ringraum und einer Stelle der Zuführvorrichtung stromaufwärts der Leitschaufeln ein Verbindungskanal angeordnet, und die Fläche des Mengenregulierkörpers, die vom Druck im abgedichteten Ringraum zwischen dem Mengenregulierkörper und dem Turbinendeckel beaufschlagt wird, ist um so viel größer als die Fläche des Mengenregulierkörpers, die in dessen Schließstellung vom Strömungsmitteldruck im Ringraum zwischen ihm und den feststehenden Teilen des Leitapparates belastet wird, daß in der Nähe der Leerlaufstellung des Mengenregulierkörpers die auf ihn wirkenden hydraulischen Druckkräfte gleich groß sind, so daß bei Ausfall der vom Servomotor erzeugten Stellkraft eine resultierende Schließkraft entsteht.According to the invention is between that formed by the flow regulating body and the turbine cover sealed annulus and a point of the feed device upstream of the guide vanes Connecting channel arranged, and the surface of the flow control body, which is sealed by the pressure in the Annular space between the volume regulating body and the turbine cover is applied, is around so much larger than the area of the flow regulating body that is affected by the fluid pressure in its closed position is loaded in the annulus between it and the fixed parts of the diffuser, that in the vicinity of the idle position of the flow regulating body the hydraulic acting on it Pressure forces are equal, so that if the actuating force generated by the servomotor fails, a resultant Closing force arises.

Durch die Erfindung wird der Fortschritt erzielt, Stellvorrichtung für den Mengenregulierkörper einer vollbeaufschlagten hydraulischen Freistrahlturbine The invention achieves the progress, adjusting device for the volume regulating body of a fully pressurized hydraulic free jet turbine

Anmelder:Applicant:

Societe financiere d'Expansion Commerciale et Industrielle S. A. »Sfindex«, Samen (Schweiz)Societe financiere d'Expansion Commerciale et Industrielle S.A. "Sfindex", Samen (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Phys. Η. Schroeter, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1Representative: Dipl.-Phys. Η. Schroeter, patent attorney, Munich 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 22. Februar 1955 (Nr. 16 445)Claimed priority: Switzerland of February 22, 1955 (No. 16 445)

daß der Kraftaufwand für das Verstellen des Mengenregulierkörpers gering gehalten und außerdem ein selbsttätiges Abschließen der Druckleitung bei Ausfall des Servomotors erzielt wird. Da nunmehr die auf den Mengenregulierkörper wirkenden Kräfte kleiner werden, kann dieser Körper bedeutend leichter gebaut werden. Dies bringt einmal Vorteile bei der Fertigung mit sich, zum anderen Vorteile im Betrieb, da auch die zu bewegenden Massen erheblich verringert werden.that the effort required to adjust the volume regulator is kept low and also a automatic closing of the pressure line is achieved in the event of failure of the servomotor. Since now the Forces acting on the volume regulating body become smaller, this body can be significantly lighter be built. On the one hand, this has advantages in production and, on the other hand, advantages in operation, since the masses to be moved are also considerably reduced.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der abgedichtete Ringraum zwischen dem Mengenregulierkörper und dem Turbinendeckel von Teilen der Spirale gebildet werden, und der Verbindungskanal zwischen dem abgedichteten Ringraum und der stromaufwärts des Leitschaufeleintritts gelegenen Stelle der Zuführvorrichtung kann stark drosselnd ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, the sealed annular space between the volume regulating body and the turbine cover are formed by parts of the volute, and the connecting duct between the sealed annulus and the one located upstream of the guide vane inlet Place of the feed device can be designed to be strongly throttling.

Um bei stark sandhaltigem Wasser eine Beschädigung der Vorrichtung möglichst zu vermeiden, kann nach einem weiteren Gedanken der Erfindung im Mengenregulierkörper ein gegen den Ringraum zwischen dem Mengenregulierkörper und dem Turbinendeckel abgeschlossener Raum zur Aufnahme der in den Mengenregulierkörper hineinragenden Teile der Leitschaufeln angeordnet sein.In order to avoid damage to the device in the case of water with a high concentration of sand, can according to a further idea of the invention in the volume regulating body against the annular space between the volume control body and the turbine cover closed space for receiving the parts of the guide vanes protruding into the flow regulating body can be arranged.

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Zur Erhöhung der Steuermöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zwischen der Abzweigstelle des Kanals, der die Druckleitung und den vom Mengenregulierkörper und vom Turbinendeckel gebildeten Ringraum verbindet, und der Spirale ein Absperrschieber angeordnet sein.To increase the control options of the device according to the invention, between the junction the channel, the pressure line and the flow control body and the turbine cover formed annulus connects, and the spiral can be arranged a gate valve.

Es kann zweckmäßig sein, daß der Verbindungskanal zwischen der Stelle der Zuführvorrichtung stromaufwärts der Leitschaufeln und dem vom Mengenregulierkörper und vom Turbinendeckel gebildeten Ringraum als mindestens ein Spalt zwischen dem Mengenregulierkörper und der Bohrung für den Mengenregulierkörper im Spiralgehäuse ausgebildet ist. Der Verbindungskanal zwischen der Stelle der Zuführvorrichtung stromaufwärts der Leitschaufeln und dem vom Mengenregulierkörper und vom Turbinendeckel gebildeten Ringraum kann aber auch als Bohrung in der Spiralgehäusewand ausgebildet sein.It can be useful that the connecting channel between the location of the feed device upstream of the guide vanes and that formed by the flow regulating body and the turbine cover Annular space as at least one gap between the flow regulating body and the bore for the Volume regulating body is formed in the spiral housing. The connecting channel between the body of the Feed device upstream of the guide vanes and that of the flow regulating body and the turbine cover The annular space formed can also be designed as a bore in the spiral housing wall be.

Vorteilhafterweise kann der den Mengenregulierkörper verschiebende Servomotor auf dem Turbinendeckel angeordnet sein. Der den Mengenregulierkörper verschiebende Servomotor kann ferner als ein zur Turbinenwelle koaxialer, ringförmiger Kolbenmotor ausgebildet sein.Advantageously, the servomotor displacing the quantity regulating body can be mounted on the turbine cover be arranged. The servomotor displacing the quantity regulating body can also be used as an annular piston motor coaxial with the turbine shaft can be formed.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing. It shows

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Freistrahlturbine gemäß der Erfindung, 1 shows an axial section through an embodiment of a free jet turbine according to the invention,

Fig. 2 einen Teilschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,FIG. 2 shows a partial section of the device according to FIG. 1 on an enlarged scale,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 2 mit einer besonderen Ausbildung des Ringraumes,3 shows a section similar to that in FIG. 2 with a special design of the annular space,

Fig. 4 einen Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, 4 shows an axial section of a further exemplary embodiment,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die in Fig. 4 dargestellte Turbine undFIG. 5 shows a plan view of the turbine shown in FIG. 4 and FIG

Fig. 6 einen Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels. 6 shows an axial section of a further exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt eine vollbeaufschlagte hydraulische Freistrahlturbine. Aus der Druckleitung 1 gelangt die Arbeitsflüssigkeit in die Spirale 2 und von hier in einen Leitapparat, bestehend aus einer festen, strömungsbegrenzenden Meridianwand 3 mit starr darauf befestigten Leitschaufeln 4 aus einer axial verschiebbaren, strömungsbegrenzendeiiMeridianwand 5, die als Mengenregulierkörper dient. Der Mengenregulierkörper 5 weist am Boden einen kegelförmigen, axial vorstehenden Ringteil 5 a auf. Zwischen dem Mengenregulierkörper 5 und der festen Wand 3 ist ein Ringraum 3 a vorhanden, der die Strömung umlenkt und sich in Strömungsrichtung an der Stelle 3 b verengt. r_L ist der Austrittsradius der Leitschaufeln 4, r_K ist der Austrittsradius des kegelförmigen Bodenansatzes 5 a am Mengenregulierkörper 5 und r₀ ist der Austrittsradius an der Wand 3. Die Durchdringungen zwischen den Leitschaufeln 4 und dem Mengenregulierkörper 5 sind genau passend und weisen nur so viel Spiel auf, wie zur Ermöglichung der axialen Bewegung des Mengenregulierkörpers 5 notwendig ist. Im Betriebszustand erteilen die starren Leitschaufeln 4 der durchströmenden Arbeitsflüssigkeit den gewünschten Drall, worauf sie vor dem Austritt aus dem Leitapparat in axialer Richtung umgelenkt wird und nach Verlassen desselben einen freien Ringstrahl 6 bildet, der die Form eines Hyperboloids annimmt. Das Laufrad 7 der Turbine ist derart angeordnet, daß sich seine Eintrittskante 7 a inFig. 1 shows a fully loaded hydraulic free jet turbine. From the pressure line 1 , the working fluid enters the spiral 2 and from here into a guide apparatus, consisting of a fixed, flow-limiting meridian wall 3 with guide vanes 4 rigidly attached to it and an axially displaceable, flow- limiting meridian wall 5, which serves as a flow control body. The quantity regulating body 5 has a conical, axially protruding ring part 5 a at the bottom. Between the quantity regulating body 5 and the fixed wall 3 there is an annular space 3 a which deflects the flow and narrows in the direction of flow at the point 3 b. _{r L} is the exit radius of the guide vanes 4, _{r K} is the exit radius of the conical bottom extension 5 a on the volume control body 5 and r ₀ is the exit radius on the wall 3. The penetrations between the guide vanes 4 and the volume control body 5 are exactly fitting and only point so a lot of play, as is necessary to enable the axial movement of the quantity regulating body 5. In the operating state, the rigid guide vanes 4 impart the desired twist to the working fluid flowing through, whereupon it is deflected in the axial direction before exiting the guide apparatus and, after leaving the same, forms a free ring jet 6 which takes the form of a hyperboloid. The impeller 7 of the turbine is arranged such that its leading edge 7 a in

diesem freien Ringstrahl 6 befindet und durch diesen auf einer geschlossenen Kreisringfläche beaufschlagt wird. Die aus dem Laufrad 7 austretende Arbeitsflüssigkeit fließt mit vorwiegend axialer Geschwindigkeitskomponente ab und kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise weggeführt werden.this free ring beam 6 is located and is acted upon by this on a closed circular ring surface. The working fluid emerging from the impeller 7 flows away with a predominantly axial velocity component and can be carried away in any convenient way.

Auf die Spirale 2 ist ein Turbinendeckel 8 aufgesetzt. Er trägt ein Lager 9 für die Turbinenwelle 10. Auf den Deckel 8 aufgesetzt sind zwei Servomotoren 12, welche über die verlängerte Kolbenschubstange 13 direkt mit dem Mengenregulierkörper 5 verbunden sind und dessen Bewegungen steuern. Teile des Mengenregulierkörpers 5, der Spirale 2 und des Deckels 8 bilden einen Ringraum 11, der am kleinsten wirksamen Radius r_D zwischen dem verschiebbaren Mengenregulierkörper 5 und dem feststehenden Deckel 8 abgedichtet ist. Das Spiel in den Leitschaufeldurchdringungen ist derart klein, daß der Spaltwasseraustausch zwischen dem Leitapparatekanal 3 a und dem Ringraum 11 keine Bedeutung hat. Diesem Ringraum 11 wird nun Arbeitsflüssigkeit zugeleitet, die der Zuführvorrichtung 1, 2 an einem beliebigen Punkt stromaufwärts der Leitschaufeln 4 entnommen wird. In Fig. 1 sind zwei Möglichkeiten der Zuführung gezeichnet: 14 ist eine Bohrung durch die Wand der Spirale 2, die den Raum 11 mit dem Inneren des Spiralgehäuses verbindet. 15 bezeichnet eine Nut am Umfang des Mengenregulierkörpers 5, durch welche Arbeitsflüssigkeit aus der Spirale 2 in den Raum 11 gelangen kann. Es sind jedoch auch andere Zuführungsarten, wie sie später noch näher beschrieben werden, denkbar. Die beiden in Fig. 1 gezeichneten Beispiele für die Anordnung des Verbindungskanals 14 bzw. 15 haben gemeinsam, daß sich der im Raum 11 herrschende Druck demjenigen in der Zuleitung zum Leitapparat 4 anpassen wird. Im Axialschnitt ist die geometrische Gestaltung der strömungsführenden Wand des Mengenregulierkörpers 5 und der Leitapparatbegrenzungswand 3 derart, daß in geschlossener Stellung des Leitapparates 4, d. h., wenn der bewegliche Mengenregulierkörper 5 auf der feststehenden Begrenzungswand 3 aufsitzt, vom Abschlußradius r₀ ausgehend ein sich radial nach außen erstreckender Spalt zwischen diesen beiden Wänden bestehenbleibt, in welchem von der Spirale 2 her Arbeitsflüssigkeit unter den Mengenregulierkörper 5 treten kann.A turbine cover 8 is placed on the spiral 2. It carries a bearing 9 for the turbine shaft 10. Two servomotors 12 are placed on the cover 8 , which are connected directly to the quantity regulating body 5 via the extended piston push rod 13 and control its movements. Parts of the quantity regulating body 5, the spiral 2 and the cover 8 form an annular space 11 which is sealed at the smallest effective radius r _D between the displaceable quantity regulating body 5 and the fixed cover 8. The play in the guide vane penetrations is so small that the gap water exchange between the diffuser duct 3 a and the annular space 11 is of no importance. Working fluid is now fed to this annular space 11 and is taken from the feed device 1, 2 at any point upstream of the guide vanes 4. In Fig. 1, two possibilities of supply are drawn: 14 is a hole through the wall of the spiral 2, which connects the space 11 with the interior of the spiral housing. 15 denotes a groove on the circumference of the quantity regulating body 5, through which working fluid can pass from the spiral 2 into the space 11. However, other types of feed, as will be described in more detail later, are also conceivable. The two examples shown in FIG. 1 for the arrangement of the connecting duct 14 and 15 have in common that the pressure prevailing in space 11 will adapt to that in the supply line to the diffuser 4. In axial section is the geometric design of the flow-guiding wall of the Mengenregulierkörpers 5 and the Leitapparatbegrenzungswand 3 so that in closed position of the distributor 4, that is, when the movable Mengenregulierkörper 5 is seated on the stationary boundary wall 3, r to the conclusion of radius ₀ starting a radially outwardly extending gap remains between these two walls, in which working fluid can pass from the spiral 2 under the volume regulating body 5.

Es wirken also sowohl auf die strömungsbegrenzende Außenseite als auch auf die Innenseite des Mengenregulierkörpers 5 stets hydraulische Kräfte. Dabei wirken im öffnenden Sinn die vom Arbeitsmittel im Spalt 3 a auf den beweglichen Mengenregulierkörpers ausgeübten Druckkräfte. Diese Kräfte sind abhängig vom spezifischen Gewicht, der Geschwindigkeit und dem Druck der Arbeitsflüssigkeit sowie von dem Impuls der an der Düsenmündung umgelenkten Wassermasse. In Schließrichtung wirkt auf den Mengenregulierkörper 5 eine Kraft, die vom Druck der Arbeitsflüssigkeit im Raum 11 abhängig ist. Zu diesen Kräften kommen bei der Verschiebung des Mengenregulierkörpers 5 noch der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Reibungs- und Trägheitskräfte. So there are always hydraulic forces acting both on the flow-limiting outside and on the inside of the flow regulating body 5. In the opening sense, the pressure forces exerted by the working medium in the gap 3 a on the movable volume regulating body act. These forces are dependent on the specific weight, the speed and the pressure of the working fluid as well as the momentum of the water mass diverted at the nozzle mouth. In the closing direction, a force acts on the volume regulating body 5 , which force is dependent on the pressure of the working fluid in the space 11. In addition to these forces, when the quantity regulating body 5 is displaced, there are also friction and inertia forces which are opposite to the direction of movement.

Die Abmessungen der Teile sind nach der Erfindung so gewählt, daß in der Schließstellung des Mengenregulierkörpers 5 der Druck im Raum 11 und im verbleibenden Spalt 3 a gleich groß ist. Da der Abschlußradius r₀ etwas größer als der innereThe dimensions of the parts are chosen according to the invention so that in the closed position of the volume regulating body 5, the pressure in the space 11 and in the remaining gap 3 a is the same. Because the end radius r _{0 is} slightly larger than the inner one

Radius r_D des Ringraumes 11 ist, ergibt sich eine resultierende Kraft, die bei Ausfall der vom Servomotor 12 erzeugten Stellkraft im schließenden Sinne auf den Mengenregulierkörper 5 wirkt.Radius r _{D of} the annular space 11 results in a resultant force which, if the actuating force generated by the servomotor 12 fails, acts in the closing sense on the quantity regulating body 5 .

In der Betriebsstellung des Mengenregulierkörpers 5, d.h. beim Durchströmen von Arbeitsflüssigkeit durch den Leitapparat 4, vermindert sich die Größe der öffnenden Kraftkomponente, und zwar in Abhängigkeit vom Druckverlust und von der kinetischen Energie der Flüssigkeit. Die Summe der öffnenden Kräfte ist im Betrieb also immer kleiner als im geschlossenen Zustand. Es wird daher in allen Betriebsstellungen des Mengenregulierkörpers 5 eine resultierende Schließkraft auftreten. Der Mengenregulierkörper 5 wird somit beim Ausfallen der Steuerkräfte selbsttätig schließen.In the operating position of the volume regulating body 5, ie when working fluid flows through the diffuser 4, the size of the opening force component is reduced, depending on the pressure loss and the kinetic energy of the fluid. The sum of the opening forces is always smaller in operation than in the closed state. A resulting closing force will therefore occur in all operating positions of the quantity regulating body 5. The quantity regulating body 5 will thus close automatically when the control forces fail.

Wenn Leitapparat 4 und Ringraum 11 derart bemessen werden, daß sich auf den Mengenregulierkörper 5 eine ständige Schließkraft ergibt, besteht die Möglichkeit, die Bewegungen des Mengenregulierkörpers 5 mit nur öffnenden Servomotoren 12 zu steuern.If the guide apparatus 4 and the annular space 11 are dimensioned in such a way that there is a constant closing force on the quantity regulating body 5 , it is possible to control the movements of the quantity regulating body 5 with only opening servomotors 12 .

Die Einhaltung von kleinen Spielen in den Durchdringungen beeinträchtigt die Verwendung des Ringraumes 11 gemäß Fig. 1 für den hydraulischen Ausgleich des Mengenregulierkörpers nicht. Bei stark sandhaltigem Wasser sind die engen Querschnitte aber gefährdet und können sich mit der Zeit ausweiten, wodurch sich die Verhältnisse unzulässig verändern könnten. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, können bessere Bedingungen geschaffen werden, indem man die Leitschaufeln 4 durch Abdeckbleche 16 oder durch nicht gezeichnete einzelne Abdeckhauben vom eigentlichen Druckraum 11 trennt. Es entsteht dadurch im Mengenregulierkörper 5 ein vom Ringraum 11 abgeschlossener Raum, in welchen Teile der Leitschaufeln 4 hineinragen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine durch Verschleiß eintretende Vergrößerung der Leitschaufeldurchdringungen wohl noch den Wirkungsgrad der Turbine in ungünstigem Sinne beeinflußt, daß die Regulierbedingungen aber nicht verändert werden.Compliance with small play in the penetrations does not affect the use of the annular space 11 according to FIG. 1 for the hydraulic compensation of the volume regulating body. In the case of water with a lot of sand, however, the narrow cross-sections are endangered and can expand over time, which could change the conditions in an impermissible manner. As shown in FIG. 3, better conditions can be created by separating the guide vanes 4 from the actual pressure chamber 11 by cover plates 16 or by individual cover hoods (not shown). This creates a space in the volume regulating body 5 which is closed off by the annular space 11 and into which parts of the guide vanes 4 protrude. This measure ensures that an enlargement of the guide vane penetrations caused by wear still influences the efficiency of the turbine in an unfavorable sense, but that the regulating conditions are not changed.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Stellvorrichtung. Diejenigen Teile, welche die Arbeitsflüssigkeit zu führen haben, sind gleich ausgeführt wie in Fig. 1, d. h. also die Zuführungsleitung 1, die Spirale 2, die strömungsbegrenzende Wand 3, der Mengenregulierkörper 5, die Leitschaufeln 4 und das Laufrad 7. Auch hier ist ein Ringraum 11 vorhanden, welchem Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird, wobei der Abschlußradius r₀ der Wand 3 größer ist als der innere Halbmesser r_D des Ringraumes 11, so daß eine resultierende Schließkraft auf den Mengenregulierkörper 5 ausgeübt wird. Fig. 4 zeigt zwei Möglichkeiten der Zuführung des Arbeitsmittels zum Ringraum 11. Die eine besteht aus Bohrungen 14, welche die Spirale 2 und den Ringraum 11 miteinander verbinden. Die andere besteht aus einem Rohr 17, das von der Spirale 2 in den Ringraum 11 führt. Ein solches Rohr ermöglicht bei Bedarf den Einbau von Absperrorganen. Der Deckel 8 trägt eine abwärts gerichtete rohrförmige Verlängerung 18, welche die Dichtungen 19 zwischen dem Deckel und dem Mengenregulierungskörper aufnimmt. Weiter sind Dichtungen 28 zwischen dem Mengenregulierungskörper 5 und der Wandung der Spirale 2 vorhanden. Während die Abdichtung des Ringraumes 11 mit Dichtungen 19 gegen den Dek-4 shows a further example of an adjusting device designed according to the invention. Those parts which have to guide the working fluid are carried out the same as in Fig. 1, so that the feed line 1, the coil 2, the flow-restricting wall 3, the Mengenregulierkörper 5, the guide vanes 4 and the rotor 7. Here, too, is a Annular space 11 is present, to which working fluid is supplied, the terminating radius r _{0 of} the wall 3 being greater than the inner radius r _{D of} the annular space 11, so that a resulting closing force is exerted on the quantity regulating body 5. Fig. 4 shows two ways of supplying the working medium to the annular space 11. One consists of bores 14 which connect the spiral 2 and the annular space 11 to one another. The other consists of a tube 17 which leads from the spiral 2 into the annular space 11 . Such a pipe enables shut-off devices to be installed if necessary. The cover 8 carries a downwardly directed tubular extension 18 which receives the seals 19 between the cover and the flow control body. Seals 28 are also provided between the quantity regulating body 5 and the wall of the spiral 2 . While the sealing of the annular space 11 with seals 19 against the cover

kel 8 ein unbedingtes Erfordernis darstellt, erreicht man durch die zusätzliche Maßnahme der Abdichtung 28 einen weitgehenden Abschluß des Ringraumes 11 von den unmittelbar anschließenden Raumen, so daß im Ringraum 11 auch ein anderer Betriebsdruck als in den anstoßenden Räumen aufrechterhalten werden kann. Der Ringraum 11 übernimmt, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, keine direkten Steuerfunktionen, er dient nur einemKel 8 is an absolute requirement, one achieves by the additional measure of the seal 28 a substantial closure of the annular space 11 from the immediately adjacent spaces, so that a different operating pressure than in the adjoining spaces can be maintained in the annular space 11. As in the example shown in FIG. 1, the annular space 11 does not take on any direct control functions, it only serves one

ίο gewissen Ausgleich und der Festlegung der Endlage bei Ausfall des Servomotors. Die Einstellung des Mengenregulierkörpers 5 auf gewünschte Öffnungsweiten des Leitapparates 4 geschieht in dem in Fig. 4 gezeichneten Beispiel mit Hilfe eines Ringservomotors, der koaxial zur TurbinenweUe 10 angeordnet ist. Der Mengenregulierkörper 5 hat zu diesem Zweck oben eine rohrförmige Verlängerung 20, an welcher der Servokolben 21 befestigt ist. Der Servozylinder wird durch einen Aufsatz 22 auf dem Deckel 8 gebildet und durch ein Lagertragrohr 23 abgeschlossen, welches auf dem Aufsatz 22 befestigt ist und mit Lager 9 die Welle 10 umfaßt. Die Steuerflüssigkeit wird den beiden Servoräumen 24 und 25 durch ein nicht gezeichnetes Steuerventil über die auch zum Ableiten der Steuerflüssigkeit dienenden Steuerleitungen 26 und 27 zugeführt. Eine derart mit einem Ringservomotor ausgestattete Regulierung umfaßt nur wenige bewegte Teile, welche kräftig dimensioniert werden können, und vereinfacht die Regulierbewegungen. ίο certain compensation and the definition of the end position in the event of failure of the servo motor. The setting of the Mengenregulierkörpers 5 to desired opening widths of the diffuser 4 is done in the drawn in Fig. 4, by means of a ring servomotor, which is arranged coaxially to the TurbinenweUe 10th For this purpose, the quantity regulating body 5 has a tubular extension 20 at the top, to which the servo piston 21 is attached. The servo cylinder is formed by an attachment 22 on the cover 8 and closed off by a bearing support tube 23 which is fastened on the attachment 22 and encompasses the shaft 10 with the bearing 9. The control fluid is fed to the two servo spaces 24 and 25 through a control valve (not shown) via the control lines 26 and 27, which are also used to discharge the control fluid. A regulation equipped with a ring servo motor in this way comprises only a few moving parts, which can be powerfully dimensioned, and simplifies the regulating movements.

Während die Stelle der Einführung des Arbeitsmittels in den Ringraum 11 praktisch keine große Bedeutung hat, ist die SteUe der Entnahme des Arbeitsmittels aus der Zuführvorrichtung von größerer Wichtigkeit. Denn der im Ringraum 11 auftretende Druck und damit die auf den Mengenregulierkörper 5 wirkende Schließkraft ist vom Druckentnahmepunkt abhängig. In der Wahl dieses Druckentnahmepunktes und in der Art der Arbeitsmittelzuführung in den Ringraum 11 besteht eine große Zahl der Möglichkeiten, welche alle völlig unabhängig von der sonstigen Ausbildung der Maschine gewählt werden können. So sind in Fig. 1 die bereits besprochenen zwei Varianten mit Bohrungen 14 und Nuten 15 und in Fig. 4 die Variante mit der Leitung 17 gezeichnet. Fig. 5 stellt eine Draufsicht auf eine Turbine mit einem Teil der Zuführung dar und zeigt, daß die Arbeitsflüssigkeit von verschiedenen Stellen aus durch den Deckel 8 hindurch in den Ringraum 11 geführt werden kann. 17 ist die schon oben beschriebene, in Fig. 4 gezeichnete Leitung aus der Spirale 2 in den Deckel 8. 31 bezeichnet eine Leitung, welche von einem Punkt zwischen Abschlußschieber 35 und Spirale 2 in den Deckel führt, und 32 eine solche, die die Arbeitsflüssigkeit oberhalb des Abschlußschiebers 35 entnimmt und dem Ringraum 11 zuführt. In allen diesen Zuleitungen können nach Erfordernis hier nicht gezeichnete Abschlußschieber eingebaut werden. Die Abnahme des Arbeitsmittels oberhalb des Ab-Sperrschiebers 6 bietet den Vorteil, den Mengenregulierkörper 5 auch bei geschlossenem Absperrschieber mit einer Schließkraft zu belasten, während dies in den anderen Anordnungen nicht möglich ist. Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäß gestalteten Stellvorrichtung für eine hydraulische Freistrahlturbine. Durch die Leitschaufeln 4 erhält die Arbeitsflüssigkeit einen Drall, den es zwischen den Düseneinsätzen 43 und 45 beibehält. In-While the point of introduction of the working medium into the annular space 11 is practically of no great importance, the control of the removal of the working medium from the supply device is of greater importance. Because the pressure occurring in the annular space 11 and thus the closing force acting on the quantity regulating body 5 is dependent on the pressure tapping point. There are a large number of possibilities in the choice of this pressure tapping point and in the type of working medium supply into the annular space 11 , all of which can be selected completely independently of the other design of the machine. Thus, the two variants already discussed with bores 14 and grooves 15 are drawn in FIG. 1 and the variant with the line 17 in FIG. 4. FIG. 5 shows a plan view of a turbine with part of the feed and shows that the working fluid can be fed from different points through the cover 8 into the annular space 11. 17 is the line already described above and drawn in FIG. 4 from the spiral 2 into the cover 8. 31 denotes a line which leads from a point between the closing slide 35 and the spiral 2 into the cover, and 32 a line which carries the working fluid removes above the end slide 35 and supplies the annular space 11. In all of these supply lines, locking slides, not shown here, can be installed as required. The removal of the working medium above the shut-off slide valve 6 offers the advantage of loading the volume regulating body 5 with a closing force even when the slide valve is closed, while this is not possible in the other arrangements. 6 shows a further example of an adjusting device designed according to the invention for a hydraulic free jet turbine. The guide vanes 4 give the working fluid a swirl which it maintains between the nozzle inserts 43 and 45 . In-

Claims

As a result of the swirl, a free ring jet in the form of a hyperboloid 6 emerges after exiting the nozzle. The leading edges 7a of the blades of the impeller 7 are located in the ring jet between the nozzle mouth 43, 45 and the apex of the ring jet. In order to avoid that the narrow gaps of the originally practically backlash-free engagement of the guide vanes 4 in the flow regulating body 5 widen over time due to wear, seals 29 are provided, which are arranged on the flow regulating body 5 in the annular space 11, deviating from the embodiment according to FIG and which ensure the seal between the quantity regulating body 5 and the guide vanes 4. It would also be conceivable to close off the annular space 11 with respect to the guide vanes 4 by means of a cover 16 according to FIG. 3. This cover would then have to be provided with bores and seals for the implementation of the reinforcement bolts 36. The reinforcement bolts 36, which are subjected to tensile stress in the present example, are passed through the guide vanes 4. Due to their arrangement in the guide vanes, they do not interfere with the flow at all and are also in a favorable position in terms of strength. The shaft 10 is supported in bearings 37 and 38. The bearing 37 is placed on the extension 18 of the turbine cover 8 and takes over both the radial and the axial bearing. In the example shown, the bearing 38 is arranged under the impeller 7 and is only used for radial guidance; it is held by the spiral housing 2 by means of a support arm 39. The bearing 38 could be replaced by a neck bearing in front of the impeller and a cantilevered arrangement of the impeller, as shown in FIGS. Experience has shown that the ring free jet 6 must be ventilated inside and outside in order to achieve good jet efficiencies. In the present example, the external ventilation is made possible by a conical shield 40 and the annular gap 41 between the shield 40 and the nozzle flank 43. The necessary amount of air for internal ventilation is supplied along shaft 10 and through bores 42. The shield 40 can be formed as part of the drain housing. The nozzle efficiency is strongly dependent on the surface properties of the nozzle flanks 43 and 45. Since a certain wear and tear of these parts is to be expected during operation, the nozzle inserts 43 and 45 can be removed from the impeller side so that they can be replaced quickly. Since the shape of the nozzle inserts 43 and 45 can also be used to influence the jet angle, it is also possible to adapt the machine to different gradient conditions with appropriate nozzle inserts. The turbine shown in FIG. 6 is controlled via three servomotors 12 placed on the turbine cover, only one of which is shown and which are controlled by a controller (not shown). The servo pistons 44 are rigidly connected to the quantity regulating body 5 by push rods 13. These servomotors can be dismantled for inspection purposes without dismantling the machine, which above all allows the seals 46 and 47 to be replaced easily. The quantity regulating body 5 is guided through its guide tube 20 in the tubular part 18 of the cover 8. The length of this storage is chosen so that with one-sided load, z. B. by foreign bodies in the diffuser duct 3 a, no jamming occurs. The power of the servo motor 12 could also be transmitted to the quantity regulating body 5 via the pipe 20, which would save the seals 47. In this case a ring servo motor as in Fig. 4 would be useful. PATENT CLAIMS:

1. Stellvorrichtung für den ringförmigen, durch mindestens einen Servomotor axial verschiebbaren Mengenregulierkörper einer vollbeaufschlagten hydraulischen Freistrahlturbine mit einer Zuführvorrichtung für das Arbeitsmittel in Form einer Leitung mit anschließender Spirale, wobei der Mengenregulierkörper die Ringströmung in die axiale Richtung umlenkt sowie von den feststehenden, drallerzeugenden Schaufeln des Leitapparates annähernd spielfrei durchdrungen wird, wobei sein Boden einen etwa kegelförmigen, axial vorstehenden Ringteil aufweist, der zusammen mit feststehenden, die Strömung leitenden Teilen der Spirale einen die Strömung umlenkenden und in Strömungsrichtung sich verengenden Ringraum sowie mit dem feststehenden Turbinendeckel einen weiteren abgedichteten Ringraum bildet, und wobei die Eintrittskante des Laufrades im freien, die Form eines Hyperboloids aufweisenden Ringstrahl angeordnet ist und der Durchmesser des Kreises, auf dem der Mengenregulierkörper in seiner Schließstellung den gegenüberliegenden feststehenden Teil des Leitapparates berührt, kleiner als der Austrittsdurchmesser der Leitschaufeln, aber größer als der Austrittsdurchmesser des kegelförmigen Bodenansatzes am Mengenregulierkörper ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vom Mengenregulierkörper (5) und vom Turbinendeckel (8) gebildeten abgedichteten Ringraum (11) und einer Stelle der Zuführvorrichtung (1, 2) stromaufwärts der Leitschaufeln ein Verbindungskanal (14, 15, 17) angeordnet ist und daß die Fläche des Mengenregulierkörpers, die vom Druck im abgedichteten Ringraum (11) zwischen dem Mengenregulierkörper und dem Turbinendeckel beaufschlagt wird, um so viel größer als die Fläche des Mengenregulierkörpers ist, die in dessen Schließstellung vom Strömungsmitteldruck im Ringraum (3ß) zwischen ihm und den feststehenden Teilen (3) des Leitapparates (4) belastet wird, daß in der Nähe der Leerlaufstellung des Mengenregulierkörpers die auf ihn wirkenden hydraulischen Druckkräfte gleich groß sind, so daß bei Ausfall der vom Servomotor (12, 13 bzw. 20 bis 23) erzeugten Stellkraft eine resultierende Schließkraft entsteht. 1. Adjustment device for the annular, axially displaceable by at least one servomotor volume regulating body of a fully loaded hydraulic free-jet turbine with a feed device for the working medium in the form of a line with a subsequent spiral, the volume regulating body deflects the annular flow in the axial direction and from the stationary, swirl-generating blades of the The diffuser is penetrated with almost no play, its bottom having an approximately conical, axially protruding ring part which, together with stationary, flow-guiding parts of the spiral, forms an annular space that deflects the flow and narrows in the direction of flow, and forms a further sealed annular space with the stationary turbine cover, and wherein the leading edge of the impeller is arranged in the free ring beam having the shape of a hyperboloid and the diameter of the circle on which the flow regulating body is at its closing point llung touches the opposite fixed part of the diffuser, is smaller than the outlet diameter of the guide vanes, but larger than the outlet diameter of the conical base attachment on the flow regulating body, characterized in that between the sealed annular space (11) formed by the flow regulating body (5) and the turbine cover (8) ) and a point of the feed device (1, 2) upstream of the guide vanes, a connecting channel (14, 15, 17) is arranged and that the surface of the flow regulating body which is acted upon by the pressure in the sealed annular space (11) between the flow regulating body and the turbine cover, so much larger than the area of the volume control body, which is loaded in its closed position by the fluid pressure in the annular space (3ß) between it and the fixed parts (3) of the diffuser (4) that in the vicinity of the idle position of the volume control body on him acting hydraulic pressure forces the same are large, so that if the actuating force generated by the servomotor (12, 13 or 20 to 23) fails, a resulting closing force arises.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Ringraum (11) zwischen dem Mengenregulierkörper (5) und dem Turbinendeckel (8) von Teilen der Spirale (2) gebildet wird und daß der Verbindungskanal (14, 15, 17) zwischen dem abgedichteten Ringraum und der stromaufwärts des Leitschaufeleintritts gelegenen Stelle der Zuführvorrichtung (1, 2) stark drosselnd ausgebildet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sealed annular space (11) between the flow regulating body (5) and the turbine cover (8) of parts of the spiral (2) is formed and that the connecting channel (14, 15, 17) between the sealed annular space and the point of the feed device located upstream of the guide vane inlet (1, 2) is designed to be strongly throttling.