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Die Erfindung betrifft einen Stellmotor für durch ein Hydraulikmittel,
vorzugsweise Wasser, betriebene Turbinenregelungen mit einer den Ablauf des Hydraulikmittels
aus dem Stellmotor regelnden, durch Impuls- und Rückführkräfte betätigten, berührungsfrei
vor der Ablauföffnung des Stellmotors angeordneten Steuerplatte.
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Die bekannten Stellmotoren dieser Art haben den Mangel, daß sie die
von ihnen betätigten Ventile, insbesondere von Dampfturbinen, nicht schnell genug
schließen, weil die Zeit, die die Steuerplatte zum Abdecken des zusammenhängenden
Querschnitts der Ablauföffnung des Stellmotors benötigt, zu lang ist.
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Die Erfindung hat zum Zweck, diese Zeit zu verkürzen. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, diese Zeitverkürzung durch Verringern des von der Steuerplatte
für das Abdecken der Ablauföffnung erforderlichen Weges zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl die
Ablauföffnung des Zylinders des Stellmotors als auch eine in an sich bekannter Weise
in der Steuerplatte vorgesehene Ablaufsteueröffnung in eine Anzahl durch Stege .getrennter
Ablaufteilquerschnitte so unterteilt sind, daß in der einen Endstellung der Steuerplatte
alle Ablaufteilquerschnitte geöffnet und in der anderen Endstellung der Steuerplatte
alle Ablaufteilquerschnitte durch die Stege geschlossen sind.
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Hierdurch wird erreicht, daß alle in einer gewissen Anzahl vorgesehenen
Teilquerschnitte durch eine kleine Bewegung der Steuerplatte geschlossen werden
können, im Gegensatz zu der bekannten Ausbildung, bei der die Ablauföffnung des
Stellmotors und der Steuerplatte einen ungeteilten Querschnitt aufwies und demzufolge
die Steuerplatte zum Abdecken der Ablauföffnung einen der Gesamtgröße des Ablaufquerschnitts
entsprechenden und demzufolge langen Weg zurücklegen mußte.
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Um eine Einstellung oder Korrektur des Zusammenhanges zwischen Impulsdruck
und Stellmotorhub (Proportionalitätsfaktor) in vorteilhaft einfacher Weise beim
erfindungsgemäß ausgebildeten Stellmotor vornehmen zu können, wird gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Steuerimpuls in an sich bekannter Weise
auf , einen die Steuerplatte tragenden, blattfedergelagerten Steuerhebel durch einen
Faltenbalg zu übertragen, wobei der Faltenbalg in Längsrichtung des Steuerhebels
verstellbar ist.
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Zur Erzielung einer raumsparenden Konstruktion ; für den Stellmotor
nebst einem .die Steuerplatte bewegenden Steuerhebel ist es zweckmäßig, den Steuerhebel
im Zylinder des Stellmotors quer zur Zylinderachse anzuordnen.
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Um die Charakteristik der Stellmotor-Einrichtung ohne die bisher üblichen
Rückführmechanismen wie Keil, Rollen u. dgl., die in Verbindung mit Wasser als Regelflüssigkeit
Schwierigkeiten ergeben würden, verändern zu können, werden gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung zwischen Steuerhebel und Kolben des Stellmotors zwei Rückführfedern
mit unterschiedlicher Steife angeordnet, von denen die eine sich gegen den Kolben
mittels eines Federtellers abstützt, der nach Beendigung eines bestimmten Kolbenhubes
gegen einen starren Anschlag, vorzugsweise gegen eine Stellschraube, zur Anlage
kommt.
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Der einmal eingeleitete Schließvorgang des Stellmotors läßt sich erfindungsgemäß
dadurch beschleunigen, daß die Wandungen der Ablaufteilquerschnitte in der Steuerplatte
derart geneigt oder gekrümmt angeordnet werden, daß das durchströmende Hydraulikmittel
auf die Steuerplatte eine Kraft ausübt, die in der die Ablaufteilquerschnitte freigebenden
Richtung verläuft. Eine so ausgebildete Steuerplatte ist dynamisch entlastet, da
durch die Schrägstellung der Stege der Umlenkeffekt den Unterdruck der abzusteuernden
Flüssigkeit praktisch aufhebt.
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Durch strömungsgünstige Formgebung der Stege in der Ablauföffnung
des Zylinders des Stellmotors und durch diffusorartige Erweiterung der in der Steuerplatte
befindlichen Ablaufteilquerschnitte in Strömungsrichtung des Hydraulikmittels ist
in öffnungsstellung der Steuerplatte ein besonders geringer Widerstand vorhanden,
was bedeutet, daß größere Mengen an Hydraulikmitteln hindurchtreten können als bei
üblichen Anordnungen.
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Für Dampfturbinenregelungen ist es erwünscht, daß der Stellmotor eine
kleine öffnungsgeschwindigkeit und eine große Schließgeschwindigkeit besitzt. Um
dies bei dem Stellmotor gemäß der Erfindung zu erzielen, wird der Zulauf des Hydraulikmittels
zum Stellmotor so angeordnet, daß er vor einer in der Steuerplatte vorgesehenen
Kammer mündet, deren Steuerkante in der Schließstellung der Steuerplatte den Zustrom
.des Hydraulikmittels zu einem vor den Ablaufteilquerschnitten der Steuerplatte
liegenden Raum abschließt, ihn aber in der der Öffnungsbewegung des Kolbens entsprechenden
Stellung der Steuerplatte freigibt.
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Hierdurch wird der Zulauf nur von einem Steuerschlitz gebildet, und
der Ablauf des Hydraulikmittels findet durch mehrere Ablaufteilquerschnitte statt.
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Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher
erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g.1 einen Stellmotor gemäß der Erfindung in
schematischer Darstellung im Schnitt, F i g. 2 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform
im Schnitt, F i g. 3 die Draufsicht auf die einen Wandteil des Zylinders des Stellmotors
bildende Schlitzplatte, F i g. 4 die Druckhubcharakteristik von Stellmotoren für
die Betätigung der nacheinander öffnenden Regelventile von düsengruppengeregelten
Dampfturbinen, F i g. 5 eine abgewandelte Ausführung der Steuerplatte, F i g. 6
eine Draufsicht auf die Steuerplatte nach F i g. 5, F i g. 7 eine an einem hin und
her bewegbaren Teil gelagerte Steuerplatte mit zugehöriger Schlitzplatte im Schnitt.
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Bei dem Stellmotor nach der F i g. 1 gleitet der Kolben 1 in dem Zylinder
2 des Stellmotors, Weichpackungen 3 verhindern das Entweichen des Hydraulikmittels,
z. B. des Druckwassers, das durch die Drossel 4 in den Stellmotor eintritt und den
Kolben 1 gegen ,die Kraft der Schließfeder 5 nach oben drückt. Die Rückführfeder
6 ist so angeordnet, daß ihr unteres Ende so lange den Hub des Kolbens 1 mitmacht,
bis die Stellschraube 7 dies durch Anlage gegen den Federteller 8 verhindert. Die
Kraft der Kontaktfeder 9 ist größer als die der Rückführfeder 6. Das obere Ende
der Rückführfeder 6 wirkt auf den blattfedergelagerten Steuerhebel 10 gegen die
Kraft
des Faltenbalges 11 und die der Einstellfeder 12.
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Der Ablauf des Druckwassers aus dem Stellmotor wird durch die am freien
Ende des Steuerhebels 10 befindliche Steuerplatte 13 gesteuert, deren Stege die
Ablaufteilquerschnitte 28 in der Schlitzplatte 14 oder in dem Zylinder 2 mehr oder
weniger verdecken. Die Zahl der Ablaufteilquerschnitte 27,28 in der Steuerplatte
13 und in der Schlitzplatte 14 richtet sich nach der zu steuernden Flüssigkeitsmenge.
Ihre Gesamtfläche entspricht etwa der Ringfläche, die Steuerschieber üblicher Bauart
freigeben würden. Die Länge aller aneinandergereiht gedachter Ablaufteilquerschnitte
27 entspricht etwa dem Umfang solcher Steuerschieber. Die Ablaufteilquerschnitte
27; 28 in der Steuerplatte 13 und in der Schlitzplatte 14 sind so ausgeführt, daß
sie im geöffneten Zustand der Platten für das abfließende Druckwasser einen geringen
Widerstand bilden (F i g. 2). Auch sind die Ablaufteilquerschnitte 27 der Steuerplatte
13 geneigt, so daß die strömende Flüssigkeit infolge Umlenkung auf die Steuerplatte
13 eine Kraft ausübt, die in der die Ablaufteilquerschnitte 27; 28 freigebenden
Richtung verläuft, so daß ein einmal eingeleiteter Schließvorgang des Stellmotors
beschleunigt wird.
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F i g. 3 zeigt die Draufsicht auf die Schlitzplatte 14. Die Kontur
der Steuerplatte 13 bei geschlossenen Ablaufteilquerschnitten 27; 28 ist gestrichelt
eingezeichnet.
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Um zwischen der Steuerplatte 13 und der Schlitzplatte 14 einen von
der Stellung des Steuerhebels 10 unabhängigen, gleichmäßigen, engen Spalt aufrechtzuerhalten,
werden die den Spalt bildenden Begrenzungsflächen in Bewegungsrichtung der Steuerplatte
13 leicht gewölbt ausgebildet.
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Zur Einstellung oder Korrektur des Zusammenhanges zwischen Impulsdruck
und Stellmotorhub (Proportionalitätsfaktor) kann der Faltenbalg 11 gemäß Pfeil 15
verschoben werden.
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Durch Verschrauben des einen Federteller 16 tragenden Gewindeschaftes
17 ist der Arbeitsbeginn des Stellmotors einstellbar bzw. korrigierbar. Das durch
die Steuerplatte 13 hindurchtretende Wasser tritt durch den Ablaufstutzen
18 aus.
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Die Wirkungsweise des Stellmotors ist folgende: Das durch die Drossel
4 eintretende Druckwasser hebt den Kolben 1 an und öffnet über die Rückführfeder
6 und den Steuerhebel 10 die Ablaufteilquerschnitte 27; 28 in der Steuerplatte 13
und in der Schlitzplatte 14, bis der Kolben 1 stehenbleibt. Erhöht sich der Impulsdruck
im Faltenbalg 11, dann werden die Ablaufteilquerschnitte 27; 28 geschlossen und
die sich stauende Flüssigkeit hebt den Kolben 1 wieder so lange an, bis über die
Rückführung ein erneutes Gleichgewicht infolge Abfließens von Druckflüssigkeit entsteht.
Der Kolben 1 macht also einen dem Impulsdruck proportionalen Hub. Dies geschieht,
bis die Stellschraube 7 ein weiteres Spannen der Rückführfeder 6 verhindert. Jetzt
geht der Kolben 1 bei weiterer Impulsdrucksteigerung rückführlos in seine Endlage.
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F i g. 4 zeigt die Charakteristik von Stellmotoren, wie sie für die
Betätigung der nacheinander öffnenden Regelventile düsengruppengeregelter Dampfturbinen
erforderlich ist. In bestimmten Fällen kann völlig rückführfreies Öffnen der Regelventile
unzweckmäßig sein. Dann ist der Einbau einer zweiten Rückführfeder 19 angebracht,
deren Wirkung dann beginnt, wenn die Rückführfeder 6 durch die Stellschraube 7 wirkungslos
wird. Die Rückführfeder 19 ist im allgemeinen weicher als die Rückführfeder 6, so
daß die Druck-Hub-Charakteristik entsprechend der gestrichelten Linie in F i g.
4 verläuft.
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Kommt es darauf an, den Druckwasserverbrauch gering zu halten, dann
ist eine zusätzliche Steuerung des Wasserzulaufes angebracht. In diesem Falle werden
die Steuerplatte 13 und die Schlitzplatte 14 etwas abgewandelt, wie in F i g. 5
gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Druckwasser nicht - wie in F i
g. 1 gezeigt ist - durch die Drossel 4, sondern durch die Zulaufbohrung
20 zugeführt, die vor einer halbzylinderförmigen Kammer 21 in einer Verlängerung
der Steuerplatte 13 mündet, die in F i g. 6 in Draufsicht dargestellt ist.
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In der in F i g. 5 dargestellten Lage verschließt die untere Steuerkante
22 den Zulauf des von der Zulaufbohrung 20 kommenden Druckwassers zum oberen
Steuerschlitz 23 der Schlitzplatte 14 und damit zum Raum 24. Es kann auch
kein Wasser vom Raum 24 abfließen (von der durch den Dichtspalt zwischen beiden
Platten abfließenden Leckmenge abgesehen).
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Wird infolge Impulsdruckerhöhung die Steuerplatte 13 etwas nach unten
verschoben, dann strömt Wasser durch den oberen Steuerschlitz 23 in den Raum 24.
Geht die Steuerplatte 13 infolge Rückführung nach oben, so wird die Zulaufwassermenge
zu 0 und alle Ablaufteilquerschnitte 28 der Schlitzplatte 14 werden zu Abläufen.
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Da nur ein Steuerschlitz 23 Zulauf, aber mehrere Ablaufteilquerschnitte
28 der Schlitzplatte 14 Abläufe darstellen, ist die Öffnungsgeschwindigkeit des
Stellmotors gering, die Schließgeschwindigkeit aber groß, wie dies bei solchen Stellmotoren
für Dampfturbinenregelungen erwünscht ist.
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Die Steuerplatte 13 kann anstatt an dem Steuerhebel 10 an einem in
seiner Längsrichtung hin und her bewegbaren Teil wie Stange 25 befestigt sein, die
ihrerseits gemäß F i g. 7 von zwei Blattfedern 26 getragen wird. Die Impuls- bzw.
Rückführkräfte würden bei dieser Ausführung an der Stange 25 angreifen und die Steuerplatte
13 in der erforderlichen Weise einstellen.
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Es ist genauso gut möglich, an Stelle .der Blattfederlagerung des
Steuerhebels 10 eine normale Bolzenlagerung vorzusehen.