DE177815C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Januar 1905 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Regelungsvorrichtungen bekannter Art für Turbinen mit elastischem Triebmittel, bei denen die Ventilsteuerung mittels eines in seiner Spannung veränderlichen Druckmittels (Steuer mittels) erfolgt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Spannung des Steuermittels durch ein Strahlgebläse geregelt wird, welches unter dem Einflüsse eines beliebigen Reglers seine Stellung in bezug auf die Steuermittelleitung ändert. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung unter Zugrundelegung einer in ihren Grundzügen bekannten Regelungsvorrichtung dargestellt, bei welcher die Ventile hintereinander, nach Maßgabe der durch den Regler bewirkten Änderung der Steuermittelspannüng, sich öffnen oder schließen.

Fig. ι zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zwischen dem Zentrifugalregler und dem Spannungsregler eine Übersetzung ins Langsame vorgesehen ist.

Fig. 2 ist eine Oberansicht des Spannungsreglers.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen abgeänderten Spannungsregler und durch die Steuervorrichtungen der zu regelnden Einströmventile.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Spannungsreglers und die direkte Verbindung desselben mit dem Fliehkraftregler.

Fig. 5 zeigt im Schnitt eine andere Ausführungsform der Steuervorrichtungen der Ventile.

Fig. 6 bis 9 zeigen zu Fig. 4 gehörige Einzelheiten.

In Fig. 3 bezeichnet 1 den Deckel der Türbinenkammer bezw. eine der Scheidewände einer mehrstufigen Turbine, 3 das zugehörige Laufrad mit den Schaufeln 2. Das Treibmittel strömt den Leitkanälen 6, durch eine gemeinsame Leitung 4 zu, von welcher kurze Zweigleitungen 5 in die unteren Enden der Kammern 7 führen. Diese Kammern sind in dem Deckel der Turbinenkammer ausgebohrt und nach außen durch mit Gewinde 9 versehene Kappen 8 abgeschlossen. Zwischen die Zweigleitungen 5 und die zugehörigen Leitkanäle sind Ventile 10 eingeschaltet, welche mit Kolben 11 verbunden sind und in den unteren kegelförmigen Enden der Kammern 7 sitzen. Die Kolben 11 sind in den zugehörigen Kammern dampfdicht angeordnet und werden durch den auf ihre Unterseite wirkenden Druck des Treibmittels nach aufwärts bewegt. Diesem annähernd konstanten Druck, welcher der Kesselspannung annähernd gleich ist, wirken Federn 12 entgegen, deren Stärke in den aufeinander folgenden Kammern in grundsätzlich bekannter Weise zunehmend gewählt ist, damit

die Ventile in einer bestimmten Reihenfolge zur Wirkung kommen. Die Kolbenstangen 13 sind in bekannter Weise mit kleinen Pufferkolben 14 ausgebildet, welche in entsprechenden, in den Kappen ausgebildeten Zylindern 15 gleiten und die Ventilbewegung dämpfen. Die Einrichtung ist derart getroffen, daß die Federn für sich nicht imstande sind, die zugehörigen Ventile dem konstanten Druck entgegen zu schließen. Das Schließen erfolgt durch den zusätzlichen Druck eines auf die Oberseiten der Kolben wirkenden Steuermittels, welcher der Belastung bezw. der Geschwindigkeit der Turbine entsprechend geregelt wird.

Das Gehäuse 16 des Spannungsreglers besteht aus zwei miteinander verschraubten Teilen 17, 18, welche zusammen eine Kammer 19 einschließen. Das Steuermittel tritt durch eine bei 20 angeschlossene Leitung in einen Zylinder 21 ein, in welchem eine in die Kammer 19 mündende Düse 22 gleitet, die durch eine Stopfbüchse 23 geführt ist und eine nach außen reichende, bei 25 abgedichtete Spindel 24 besitzt. Das Ausströmende 26 der Düse ist unter einem rechten Winkel zum Einströmende angeordnet und leitet das in Form eines Strahles austretretende Druckmittel entweder in die Steuermittelleitung 27 oder in die Treibmittelleituug 28, welche durch ein kurzes Verbindungsstück

■30 29 an einen im Deckel der Turbinenkammer im ausgebildeten Leitkanal 30 angeschlossen ist, in welchem ein Ventil 31 eingebaut ist. Die Leitungen 27 und 28 sind an die Gehäuseteile 17 und 18 angegossen, und zwar derart, daß ihre Mündungen 32 und 33 dicht übereinander liegen und nur durch die dünne Wand 34 getrennt sind, welche nach dem Gehäuse hin zugeschärft ist. Die Steuermittelleitung 27 ist durch ein kurzes Verbindungsstück 35 an einen im Deckel 1 der Turbinenkammern ausgebildeten Kanal 36 angeschlossen, welcher in die erste der Kammern 7 unmittelbar oberhalb des in seiner oberen Stellung befindlichen Kolbens 11 mündet und von jedem Zylinder der Reihe nach zum nächstfolgenden führt. Sämtliche Kammern oder Zylinder sind somit stets miteinander oberhalb der Kolben verbunden, und es herrscht daher in denselben der gleiche Druck. In die Mündung 32 der Leitung 27 sind senkrechte Platten 37 eingebaut, welche den durch den austretenden Strahl ausgeübten Stoßabschwächen und einem Teile des Druckmittels die Rückkehr in die Kammer 19 gestatten.
Es sei nun angenommen, daß das freie Ende des bei 39 mit der Düsenspindel 24 verbundenen Lenkers 28 derart von einem Regler beeinflußt werde, daß bei abnehmender Belastung und zunehmender Geschwindigkeit der Turbine die Düse 26 gehoben wird und umgekehrt. Da das in den Kammern 7 oberhalb der Kolben vorhandene Steuermittel nur durch die Mündung 32 der Leitung 36 nach außen treten kann, so ändert sich dessen Spannung unter dem Einfluß des durch die Düse austretenden Strahles, und zwar findet je nach der Stellung der Düse 26 eine Injektor- oder eine Ejektorwirkung statt, so daß die höchste statische Spannung des Steuermittels in der Leitung 36 der Spannung des aus der Düse ausströmenden Druckmittels gleich ist, während die kleinste Spannung ungefähr durch das erzeugte teilweise Vakuum gegeben ist. Die Düse 22, 26 wird. durch den Regler gerart eingestellt, daß durch die Einwirkung des austretenden Strahles die Spannung des Steuermittels in Leitung 27 eine solche Größe erhält, daß durch dieselbe eine der jeweiligen Belastung der Turbine entsprechende Anzahl von Ventilen 10 offen gehalten wird. Bei Anwendung eines Geschwindigkeitsreglers ist die Einrichtung derart getroffen, daß bei (abnehmender Belastung und) zunehmender Geschwindigkeit die Düse gehoben wird und die Spannung des Steuermittels unter der Einwirkung des Strahles zunimmt, bis sie ihren Höchstwert erreicht, bei welchem sämtliche Ventile 10 durch den vereinigten Steuermittel- und Federdruck geschlossen sind und kein Treibmittel durch die Leitkanäle 6 strömt. Bei zunehmender Belastung und abnehmender Geschwindigkeit der Turbinen bewegt sich die Düse nach abwärts, wodurch die Druckwirkung des Strahles abnimmt und gleichzeitig die Saugwirkung zunimmt. Dadurch füllt die Spannung des Steuermittels in den Kammern 7 und es öffnet sich eine der Belastung der Turbine entsprechende Anzahl von Ventilen 10 unter dem Einflüsse des auf die Unterseite der Kolben 11 wirkenden Druckes. Bei höchster Belastung steht die Düse 26 der Mündung 33 gegenüber, und das Strahlgebläse erzeugt in Kammer 19 und somit auch in der Leitung 36 ein teilweises Vakuum, so daß alle Ventile geöffnet werden. Bei geringster Belastung steht die Düse 26 der Mündung 37 gerade gegenüber und die Steuermittelspannung wird durch die Injektor Wirkung derart vergrößert, daß sie im Verein mit dem Federdruck die Ventile 10 schließt. Die Einrichtung kann hierbei derart getroffen sein, daß das aus Kammer 19 dem Leitkanal 30 kontinuierlich zuströmende Treibmittel, dessen Menge bei jeder Düsenstellung annähernd die gleiche ist, zum Antrieb der Turbine bei Leerlauf ausreicht, wie dies bei derartigen Spannungsreglern bekannt ist. Es muß hervorgehoben werden, daß die Steuermittelleitung nach außen ganz abgeschlossen ist, und daß das durch die Düse 26 zuströmende Druckmittel nicht etwa verloren geht, sondern in grundsätzlich bekannter Weise als Treibmittel vollkommen ausgenutzt wird. Wenn

zwecks feinerer Einstellung der Turbine die gerade im Spiel des Reglers liegenden Ventile in bestimmten Zeitintervallen geöffnet und geschlossen werden sollen, ein Regelungsverfahren, das an sich allgemein üblich ist, so kann dieses abwechselnde Öffnen und Schließen eines Ventils oder einer Gruppe von Ventilen, bei der die Erfindung darstellenden Regelungsvorrichtung durch ein Mittel erreicht werden, das an

ίο sich bei anderen mit Intervallen arbeitenden Steuerungen schon bekannt ist, darin bestehend, daß man das Ende 40 des Lenkers 38 nicht mehr ^ wie früher angenommen wurde, fest anordnet, sondern mit der Exzenterstange 41 eines mit der Welle 43 sich drehenden Exzenters 42 verbindet. Dadurch erhält die Düse 22, 26 neben der ihr vom Regler erteilten Bewegung noch eine hin- und hergehende Bewegung, und die Spannung des Steuermittels in den Zylindern 7 wird rasch und im entgegengesetzten Sinne aufeinander folgenden Schwankungen ausgesetzt, wodurch bekanntlich dasjenige Ventil, dessen Kolben bei der herrschenden Steuermittelspannung sich gerade im Gleichgewicht befindet, in bestimmten Zeitintervallen geöffnet und geschlossen wird. Diese feine Regelung kann auch mittels der in Fig. 4 dargestellten umlaufenden Vielfachdüse 44 erzielt werden, welche, wie die in Fig. 3 dargestellte Düse, in einem Zylinder 21 gleitbar angeordnet ist, in welchen das Druckmittel bei 20 eintritt. Die Packung 23 ist hier am oberen Ende des unteren Gehäuseteiles 45 angeordnet und wird durch den ringförmigen mittleren Gehäuseteil 46 gehalten.

In der Kammer 47 dieses Gehäuses dreht sich die Düse mit ihren Mündungen 48. Die Düsenspindel 49 geht durch eine Stopfbüchse des Deckels 50 nach außen. Die drei Gehäuseteile sind durch Bolzen 51 fest verbunden, zweckmäßig sind die Düsen aus zwei Teilen herzustellen, von denen der obere 52 in den unteren

54 bei 53 mittels eines entsprechenden Ansatzes eingeschraubt ist. Von zwei diametralen Punkten der Kammer 47 führen entgegengesetzt gestellte und nach außen sich verjüngende Kanäle 55, 56 zu Leitungen 57, 58, welche -den Leitungen 27 und 28 in Fip\ 3 entsprechen. Die Mündung des Injektorenkanals

55 wird, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, durch ein Dreieck gebildet, dessen Grundlinie dem Boden der Kammer 47 zugekehrt ist, und dessen Spitze von der Kammerdecke in einem Abstande sich befindet, der größer ist als der Durchmesser der Düsenmündung, so daß, wenn die Düsen in ihrer höchsten Stellung sich befinden (bei Leerlauf der Turbine), die Drüsenstrahlen in den Kanal 55 nicht eintreten. Die Mündung des Ejektorkanals 56 ist, wie aus Fig. 7 zu ersehen, entgegengesetzt angeordnet. Die beiden Kanäle 55, 56 haben an den äußeren Enden, an welchen sie in die Leitungen 57, 58 übergehen, einen kreisrunden Querschnitt, doch ist der Durchmesser des Ejektorkanals an dieser Stelle größer als der des Injektorkanals 55 (s. Fig. 6 und 7). Fig. 9 veranschaulicht schematisch die Wirkungsweise der Vorrichtung, und zwar entspricht die Linie χ der höchsten Stellung der Düsen, die Linie y einer mittleren und die Linie ζ der untersten Stellung derselben. Bei Leerlauf der Turbine bewegen sich die Düsenenden 59 längs der Linie x, und das aus denselben in Strahlenform austretende Druckmittel tritt nur in den Ejektorkanal 56 ein. Dadurch wird die Spannung in der Kammer verringert. Bei voller Belastung der Turbine bewegen sich die Düsenenden längs der Linie z, ohne der Mündung des Ejektorkanals gegenüberzutreten. Bei mittlerer Belastung wirkt das Strahlgebläse saugend und drückend und erzeugt dadurch eine gewisse mittlere Spannung des Steuermittels. Es mag bemerkt werden, daß infolge der Dreieckform der Mündungen der Kanäle 55, 56 die Zeiten, während welcher die Düsen bei jeder Umdrehung diesen Mündungen gegenüberstehen und wirksam sind, mit der Höhenstellung der Düsen wechseln, und zwar nimmt, wie einleuchtend, bei Aufwärtsbewegung der Düsen die Injektorwirkung ab und gleichzeitig die ■ Ejektorwirkung zu, und umgekehrt. Wie Fig. 2, 4, 6 und 8 zeigen, sind die Platten 37 in entsprechende, mittels einer Säge hergestellte Schlitze des Teils 46 eingesetzt und haben sämtlich dieselbe Höhe, wogegen die Länge nach den Seiten zu abnimmt, so daß zwischen den inneren Enden der Platten und den Seitenwänden des Kanals ein freier Durchgang verbleibt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist die Düse 44 mit sechs Ausströmenden 48 versehen, so daß stets ein Düsenende den Injektorkanal und ein gegenüberliegendes Düsenende dem Ejektorkanal gegenübersteht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Düse 60 mit fünf Enden versehen, wodurch eine ungleichmäßige Wirkung hervorgerufen, d. h. Schwankungen in der Spannung erzeugt werden, insofern, als die Düsen nicht diametral gegenüber liegen. Die Seitenwände der Kanäle 55, 56 können, wie aus Fig. 2 und 8 zu ersehen ist, gekrümmt oder gerade sein.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sitzt der Regler 61 auf einer Welle 62, die von dem Gehäuse 45, 46 ausgebildeten Lagern 63, 64 aufgenommen wird und ein Kegelrad 65 trägt, das von der Turbine getrieben wird. Die auf Hülse 66 lose drehbare Muffe 67 ist durch Lenker 68 mit einem bei 70 drehbaren Hebel 69 verbunden. An den Lenker 68 ist eine Muffe 71 angeschlossen, welche auf einer mittels Mutter 73 auf der Spin-

del 49 befestigten Hülse 72 lose drehbar, aber in der Längsrichtung nicht verschiebbar angeordnet ist. Auf der Spindel 49 ist ein Zahnrad 74 aufgekeilt, welches in eine Verzahnung der Reglerwelle 62 eingreift. Dadurch wird eine verhältnismäßig geringe Umdrehungszahl der Düse erzielt, während die Längsbewegung der Reglermuffe mit einer weit geringeren Übersetzung auf die Düse übertragen wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der für zwei Geschwindigkeiten einstellbare Regler 61 mit der Düse unmittelbar verbunden und wird mittels der auf der Reglerwelle 75 sitzenden Riemenscheibe 76 angetrieben. Die Düsenspindel 49 gleitet im Innern der hohlen Welle 75 und wird durch einen Stift yy mitgenommen, welcher in dem Schlitz 78 der Reglerwelle gleiten kann. Die Reglerwelle ist durch zu beiden Seiten des Lagers 79 angeordnete Bunde 80, 81 gegen Verschiebung gesichert. Unter Umständen kann man an Stelle der in Fig. 3 dargestellten Antriebsvorrichtung die in Fig. 5 veranschaulichte Einrichtung anwenden, welche an sich nicht Gegenstand der Erfindung ist. Bei dieser Einrichtung sind die Ventile mit Differentialsteuerkolben A, B, C, D ... verbunden, deren Hochdruckzylinder durch Leitungen 82 in Reihe geschaltet sind. Die oberen Enden sämtlicher Niederdruckzylinder stehen überdies durch Leitung 84 mit der Atmosphäre oder einem Kondensator in Verbindung. Die Ventile 87 sind mittels Spindeln 86 mit den Differentialkolben 85 unmittelbar verbunden und als Doppelsitzventile ausgebildet. Das Treibmittel strömt in die Ventilgehäuse 88 durch seitliche Öffnungen aus dem Kanal 4 ein. Das Steuermittel tritt durch einen im Deckel 1 der Turbinenkammer ausgebildeten Kanal .89 in die Niederdruckzylinder. Die aufeinander folgenden Kanäle 83 haben abnehmenden Durchmesser, um den Verlust, welcher beim Auspuffen des Steuermittels durch Leitung 84 in der unteren Stellung der Kolben 85 stattfindet, möglichst zu verringern.

Dasselbe gilt von den Kanälen 82.

Die Erfindung ist aber selbstverständlich ohne weiteres auch auf die Ventile der weiteren Leiträder anwendbar. Bei mehrstufigen Turbinen wird vorteilhafterweise für jedes Leitrad ein besonderer Regler angewendet. Unter Umständen kann es sich jedoch empfehlen, die Ventile gruppenweise zu verbinden, so daß die Ventile einer größeren Zahl von Leiträdern durch einen einzigen Regler gesteuert werden.

was an sich ebenfalls bekannt ist. Die Erfindung ist nicht an die Anwendung eines der hier beschriebenen Regler gebunden. Es könnte auch die Regelung der Spannung des Steuermittels durch das Strahlgebläse dadurch vereinfacht werden, daß nur die Injektor- oder nur die Ejektorwirkung desselben benutzt würde. Schließlich könnte man auch die Mündungen der Injektor- und Ejektorkanäle beweglich und die Düse feststehend anordnen, anstatt die oben beschriebene Einrichtung anzuwenden.

Claims (9)

Patent-Ansprüche:

1. Regelungsvorrichtung für Turbinen, bei welcher die Steuerung der Ventile durch ein in seiner Spannung veränderliches Druckmittel (Steuermittel) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Steuermittels durch ein Strahlgebläse geregelt wird, dessen Stellung in bezug auf die Steuermittelleitung unter- dem. Einflüsse eines Reglers sich ändert.

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse durch den Regler der Mündung der Steuermittelleitung in veränderlichem Maße gegenübergestellt wird und die Steuermittelspannung dadurch regelt, daß es eine veränderliche Menge des Druckmittels in die Steuermittelleitung drückt.

3. Regelungsvorrichtung nachAnsprüch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse die Spannung in der Steuermittelleitung dadurch beeinflußt, daß es in einer mit der Steuermittelleitung verbundenen Kammer ein Vakuum von veränderlicher Größe erzeugt.

4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse in einer Kammer sich bewegt, welche einerseits . mit der Steuermittelleitung und andererseits mit einer zur Turbine führenden Treibmittelleitüng o. dgl. verbunden ist, derart, daß der Druckmittelstrahl je nach der Stellung des Gebläses nur in die eine oder andere Leitung oder in veränderlichem Verhältnis in beide Leitungen eintritt.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung der Steuermittelleitung Platten angeordnet sind, welche den Druckmittelstrahl zerteilen.

6. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse außer der demselben durch den Regler erteilten Bewegung noch eine schwingende oder drehende Bewegung erhält, durch welche rasch und in entgegengesetztem Sinne aufeinander folgende Schwankungen in der Steuermittelspannung hervorgerufen werden.

7. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Steuermittelleitung und der zur Tür-

bine führenden Treibmittelleitung in dem Gebläsegehäuse derart ausgebildet sind, daß in der einen Grenzstellung des drehenden und in achsialer Richtung beweglichen Strahlgebläses nur die eine Mündung und in der anderen Grenzstellung nur die andere Mündung beeinflußt wird, während beim Übergange aus der einen in die andere Grenzstellung die Wirkung des Strahlgebläses auf jede der beiden Leitungen allmählich, und zwar im entgegengesetzten Sinne sich ändert.

8. Regelungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse mit einer größeren Anzahl von Düsen versehen ist.

9. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlgebläse sowohl die achsiale als auch die drehende Bewegung vom Regler erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.