DE1202676B - Hydraulisch verstellbare Drehfluegel fuer das Lauf-rad einer Stroemungsmaschine, insbesondere einen Verstellpropeller fuer Schiffsantriebe oder eine Kaplan-Turbine - Google Patents

Description

• Hydraulisch verstellbare Drehflügel für das Laufrad einer Strömungsmaschine, insbesondere einen Verstellpropeller für Schiffsantriebe oder eine Kaplan-Turbine Aus dem deutschen Patent 1070 057 ist eine Ausbildung eines Verstellpropellers bekannt, bei der die Drehflügel neben der Lagerung ihres Halses in der Nabe vornehmlich mit einer axialen Bohrung ihrer Wurzel je auf einem Bolzen gelagert sind, wobei diese Bolzen sternförmig auf einem Ring angeordnet sind, dessen Bohrung die Stehstange mit Laufsitz umfaßt. Die durch den Schraubenschub erzeugten Biegungsmomente werden von diesem Ring mit seinen Lagerbolzen aufgenommen, so daß die Halslagerung der Drehflügel in der Nabe entlastet wird und nur noch Schraubenschub und Fliehkräfte aufnehmen muß. Dieser Ring mit den sternförmig angeordneten Bolzen, der ein neues Maschinenelement darstellt und der in seiner kinematisch zugeordneten Lage lediglich durch die Seelenachse der Drehflügel ohne Freiheitsgrad gehalten wird und keinerlei Befestigungspunkte mit dem Nabenkörper besitzt, also zentrisch in der Schwebe gehalten wird, soll als der »Schwebende Lagerstern« bezeichnet werden. Gegenüber der bekannten »Tellerlagerung« von Drehflügeln stellt die bei der Erfindung angewandte Drehflügellagerung auf dem schwebenden Lagerstern deshalb die optimale Lösung für das geringste Drehmoment zum Drehen der Drehflügel dar, weil sie den kleinstmöglichen Hebelarm, nämlich den Radius der Bohrung in der Flügelwurzel, für die Reaktionskraft, die vom Schub-Biegungs-Moment berührt, besitzt. Diese Verringerung der Steuerkräfte in Verbindung mit der nach den Gesetzen der Statik und Dynamik ausgeführten Ausnutzung des Konstruktionsraumes zwischen den Drehflügeln im Nabenkörper selbst und die Befreiung des Nabenkörpers von den Biegungskräften und Schubkräften ermöglichen es, den Nabenkörper im Durchmesser auf ein Minimum zu bringen, so daß hierdurch erst ein Optimum im Bau von Strömungsmaschinen, bei denen Drehflügel verwendet werden, erreicht ist. Der sprunghafte Fortschritt der Technik liegt also auf dem Gebiete der Wirkungsgradvergrößerung von Propellern und Turbinen mit Drehflügeln durch Verringerung des Nabenkörperdurchmessers und Angleichung der Nabenkörper an Schrauben mit festen Flügeln. Es wird hierdurch ein weites Feld für die Anwendung der Umsteuerschrauben geöffnet, denn die erzielte Wirkungsgradvergrößerung bringt erst als ständiger Kostenfaktor den dauernden Gewinn.
• Durch die Erfindung wird erreicht, daß durch die Anwendung der bekannten hydraulischen Vorrichtung in Verbindung mit der Drehflügellagerung auf dem schwebenden Lagerstern die Umsteuerkräfte gerade bei Schnelläufern mit hohen Fliehkräften gegenüber der bekannten Drehflügeltellerlagerung nur noch halb so groß sind, wie sich rechnerisch nachweisen läßt. Da man den Durchmesser des Preßzylinders stets so groß ausführen wird, wie es der Nabenkörper zuläßt, ergibt sich eine Herabsetzung des Öldrucks auf die Hälfte, so daß man der Zuführung des Preßöls durch die hohle Hauptwelle den Vorzug geben wird, da die Abdichtungsschwierigkeiten an der laufenden Welle bei geringerem Druck wesentlich geringer sind; außerdem ist die Überwachung binnenbords leichter möglich als am Wellenbock unter Wasser. Auch die Anbringung der notwendigen Rückführungseinrichtung der hydraulischen Steuerung und der Anzeigevorrichtung ist binnenbords konstruktiv leichter durchzuführen.
• Die Beeinflussung der Steuerungsgenauigkeit durch die bekannten Längsschwingungen der Hauptwelle ist in der Nähe des Hauptdrucklagers, wo sie abgefangen werden, bei einer Ölzuführung binnenbords geringer als bei der Ölzuführung am Wellenbock unter Wasser an der Entstehungsstelle der Längsschwingungen durch die Propellererschütterungen.
• Die erfindungsgemäße Bauart mit der bekannten hydraulischen Vorrichtung in Verbindung mit der Drehflügellagerung auf dem schwebenden Lagerstern, der den wertvollen Konstruktionsraum zwischen den Drehflügeln ausnutzt, ist in gleicher Weise anwendbar bei Wasserturbinen vom Typ Kaplan, da der Lagerstern zwei-, drei-, vier-, fünf- bis neunstrahlig ausgeführt werden kann. Dafür eine Kulissensteuerung der Konstruktionsraum zwischen den Drehflügeln unzureichend ist, verwenden die Hersteller von Wasserturbinen vorzugsweise den klassischen Kurbeltrieb mit einem Lenker oder bei Doppelkurbel mit zwei gegenläufigen Lenkern; jedoch erreichen sie nicht die Durchmesserverringerung des Nabenkörpers durch den schwebenden Lagerstern. Beispiele für Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verstellpropeller für Schiffsantriebe oder Kaplan-Turbinen sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Umsteuerschraube für Schiffe mit Druckölzuführung und Lagerung des Nabenkörpers in einem hinteren Wellenbock, F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Umsteuerschraube für Schiffe oder einen Kaplan-Turbinenläufer mit Druckölzuführung durch die hohle Welle, F i g. 3 einen Querschnitt durch einen dreiflügeligen Umsteuerpropeller für Schiffe.
• Es bedeutet in den Figuren 1 den Servomotorzylinder des hydraulischen Servomotors mit einem Kolben 2, dessen Kolbenstange 3 durch die zur Nabenachse koaxiale Bohrung 4 des schwebenden Lagersterns 5 hindurchgeht und im Ende einen Steuerkopf 6 trägt. Dieser Steuerkopf 6 trägt die Lageraugen für Lenker 7, die ihrerseits an dem Arm 8 der Doppelkurbe19 der Drehflüge110 angreifen;derServomotorzylinder 1 trägt ebenfalls Lageraugen für andere Lenker 7, die ihrerseits jeweils an dem anderen Arm 8 der Doppelkurbel 9 der Drehflügel 10 angreifen. Dieser bekannt hydraulische Servomotor besitzt also nur einen Zylinder und ist in der Lage, mittels der gegenläufig bewegten Lenker an den Doppelkurbeln der Drehflügel ein Drehmoment zu erzeugen, herrührend aus der geradlinigen Bewegung der Kolbenstange, welche die Verbindung zwischen dem Steuerkopf 6 und dem sich zu diesem gegenläufigen Zylinder 1 herstellt, und die nur den konstruktiv überschüssigen Raum der Bohrung im schwebenden Lagerstern in Anspruch nimmt. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1. ist der Nabenkörper mit dem achteren Wellenzapfen 14 in einem Wellenbock 13 gelagert.
• Kinematisch spielt sich der Vorgang der Umsteuerung folgendermaßen ab: Bei der Stellung des Kolbens 2 am Deckel des Servomotorzylinders 1. hat letzterer seine Endstellung dicht am Lagerstern erreicht, ebenso der Steuerkopf 6. Bei Einleitung von Preßöl zwischen Deckel und Kolben gleiten durch die Lenker zwangiäufig miteinander gekuppelt der Zylinder 1 um den Umsteuerhub in seine äußere Endstellung und der Steuerkopf 6 ebenfalls um den Umsteuerhub in seine äußere Endstellung. Der Kolben 2 bewegt sich hierbei im Zylinder 1 um der_ doppelten Umsteuerhub. Der Zylinder 1 und der Steuerkopf 6 werden in zylindrischen Führungen 11 des Nabenkörpers geführt und hierbei durch Feder und Nut 12 an einer möglichen Drehung durch schräg angreifende Lenker oder bei unregelmäßiger Belastung der Drehflügel gelindert. Sie nehmen also in sich selbst geschlossen alle Steuerkräfte auf, so daß der Nabenkörper von den Steuerkräften entlastet ist, leichter gebaut werden kann und somit auch zur Gewichtsverminderung beiträgt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Hydraulisch verstellbare Drehflügel für das Laufrad einer Strömungsmaschine, insbesondere einen Verstellpropeller für Schiffsantriebe oder eine Kaplan-Turbine, bei denen der Servomotorzylinder in dem Nabenkörper koaxial zur Welle verschieblich gelagert ist und sein zu ihm gegenläufiger Servomotorkolben auf seiner Kolbenstange einen Steuerkopf trägt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Flügelhälse der Drehflügel (10) in bekannter Weise auf einem schwebenden, mit einer zur Nabenachse koaxialen Bohrung (4) versehenen Lagerstern (5) gelagert sind, und daß dieser zwischen Servomotor (1, 2) und Steuerkopf (6) angeordnet ist und die Kolbenstange (3) mit Spiel umfaßt, welche die Verbindung herstellt zwischen dem sich gegenläufig bewegenden Servomotorzylinder (1) und dem Steuerkopf (6), an denen je für sich die Lenker (7) angelenkt sind, die in bekannter Weise an den diametral angeordneten Kurbelzapfen der Doppelkurbel (9) der Drehflügel (10) angreifen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verstellpropeller für Schiffe die Druckölzuführung zum Servomotor (1, 2) durch den Wellenbock (13), in dem der Nabenkörper mit einem achteren Wellenzapfen (14) gelagert ist, in den Steuerkopf (6) erfolgt und durch zwei Bohrungen in der Kolbenstange (3) vor und hinter den Kolben (2) geleitet wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verstelipropeller für Schiffe oder bei einer Kaplan-Turbine die Druckölzuführung zum Servomotor (1, 2) durch die hohle Welle in den Steuerkopf (6) erfolgt und durch zwei Bohrungen in der Kolbenstange (3) vor und hinter den Kolben (2) geleitet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1070 057, 962 579, 959 714; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1772 000; schweizerische Patentschrift Nr. 342861; französische Patentschrift Nr. 1205 951; USA: Patentschriften Nr. 2 682 926, 2 686 569, 2715447.