DE2064115A1 - Vorrichtung zum Regeln einer Zentnpedalturbine - Google Patents

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Vorrichtung zum Regeln einer Zentripedalturbine

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, mit der die Eigenschaften Durchsatz - Druck, Leistung - Wirkungsgrad einer als Kraftmaschine arbeitenden Zentripedalturbine den Fluidzuführungsbedingungen dieser Turbine optimal angepaßt werden können, wobei die Wahl von Druck und Durchsatz nicht von Erwägungen auferlegt wird, die der Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrades und einer höheren Turbinenleistung anstreben, sondern von Erwägungen, die beispielsweise durch die Fluiderzeugung gegeben sind.

Es sind bereits zentripedal wirkende Radialturbinen mit verstellbaren Schaufelverteilern bekannt, mit denen die Turbineneigenschaften an die des Speisefluids in einem gegebenen Augenblick optimal angepaßt werden können.

Eine solche Vorrichtung ist in Figur 1 gezeigt. Das im Spiralkanal 1 aufgenommene Fluid tritt in einen Verteiler ein, dessen (-LeIt-) Schaufeln 2 dem Fluid abhängig von der Neigung dieser Leitschaufeln in der Ebene der Schaufeln des Laufrades 3 eine Tangentialgeschwindigkeit erteilen. Das Fluid tritt also in

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das Laufrad mit einer Geschwindigkeit ein, deren Stärke und Winkel von der Einstellung der Leitschaufein abhängen. Für jeden in den Spiralkanal eintretenden Mengenstrom besteht eine Einstellung, bei welcher man das Laufrad bei den besten Bedingungen wirken lassen kann.

In Figur 2 sind ausgezogen abhängig vom auf der Abszisse aufgetragenen Durchsatz q der Druck p, die Leistung P und der Wirkungsgrad η gezeigt, deren Einteilung auf der Ordinate angeordnet ist. Gestrichelt sind die Eigenschaften gezeigt, die einem höheren Schließgrad des Verteilers bzw. Leitschaufelkranzes entsprechen.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß ein komplizierter Mechanismus erforderlich ist, daß sie im Betrieb zu empfindlichen bzw. kritischen Wirkungsgradkurven führt, d. h. daß der Wirkungsgrad nur in einem sehr schmalen Bereich gut ist, und daß die Einstellung zwangsläufig erfolgen muß, wenn sich die Beschickungs- bzw. Zuführungsbedingungen änfern.

Schließlich eignen sich die Leitschaufeln für die Verwendung von Feststoffteilchen enthaltende Fluide sehr schlecht,.da Verstopfung oder Abrieb schnell eintritt. Außerdem ist es sehr schwierig, eine derartige Vorrichtung herzustellen, ohne daß es erforderlich wäre, die Drehachsen der Leitschaufeln mit einer großen Anzahl von Stopfbüchsen zu versehen, was wiederum einen komplizierten Aufbau bedingt und die Gefahr von Leckverlusten einschließt.

Die vorliegende Erfindung gestattet ist, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie nur ein einziges bewegliches Einstellorgan aufweist. Dadurch erhält man eine Maschine, deren Wirkungsgrad eindeutig weniger anfällig ist als in dem Fall, wo die Maschine mit einem Leitschaufelverteiler versehen ist. Außerdem ist die

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Vorrichtung in der Praxis dem Abrieb nicht ausgesetzt,und ein Verstopfen setzt nicht ein, da sie keinen Rand für einen Angriff aufweist, der in einer Zone großer Geschwindigkeit liegt. Das Organ selbst liegt in einem Umlaufbereich, in dem die Geschwindigkeit niedriger ist als in dem Fall, wo Leitschaufelverteiler vorliegen. Die Steuerung kann auf einfache Weise mittels eines Servomotors erfolgen, ohne daß auf einer Welle Stopfbuchsen verwendet werden müßten.

Anhand der Figuren 3 bis 7 sind beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine Zentripedalturbine bestimmt, die in Figur 3 im Querschnitt und in Figur im Längsschnitt gezeigt ist, wobei die Schnitte durch die Achse verlaufen. Die Turbine besteht im wesentlichen aus einem Spiralkanal in Form einer Schnecke, der zwei Seitenwände 4 und sowie eine Außenwand 6 aufweist, deren Verlauf insgesamt spiralförmig ist^und der in einem Mündungsstück 7 endet, das die Eintrittsöffnung für das Fluid 8 aufweist.

Die Turbine hat ein Zentripedallaufrad 9» <*^as auf einer "Welle gelagert ist, auf welche die Turbine die Energie überträgt, die sie von dem Fluid aufnimmt, welches der Turbine zugeführt wird und das durch einen Auslaß 11 entweicht, der insgesamt divergent ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem beweglichen Organ 12, dessen Anordnung in der Nähe des MündungsStücks 7 eine Querschnittsreduzierung für den Fluiddurchtritt gestattet, wobei die Lage des Mündungsstückes 7 nicht verändert wird. Dies ist eine wesentliche Maßnahme der Erfindung, wobei Aerodynamische Untersuchungen zugrundegelegt werden.

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Figur 4 zeigt eine wegen ihres Wirkungsgrades und ihrer Einfachheit bevorzugte Ausführungsform. Der Körper bzw. das Organ 12 kann sich stufenlos aus einem Gehäuse 13 herausbewegen, das am Umfang des Spiralkanals angeordnet ist. Das Organ ist um eine Achse l4 verschwenkbar. Seine Vorderseite 15 hat eine normale konvergente Krümmung, seine Rückseite l6 erreicht genau die Krümmung der Spirale des Spiralkanals, so daß dieser Kanal eine geschlossene bzw. vollkommene Form hat, wenn der Körper 12 völlig in dem Gehäuse 13 verschwunden ist.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei ,welcher der Körper 12 die Form einer Klappe 17 hat, die um eine Achse verschwenkbar ist. Die Kontinuität des Verlaufs des Luftstromes wird durch eine Klappe 19 gewährleistet, die sich um eine Achse 2o dreht und deren Bahn der Spirale des Spiralkanals entspricht, so daß der Kanal keinerlei Unterbrechung aufweist, wenn die Klappen 17 und 19 in das Gehäuse 21 zurückgezogen sind. Vorzugsweise steuert man die Klappe 19 durch den Servomotor, wobei diese Klappe, indem sie auf der Klappe 17 aufliegt, diese schwenkt» Die Klappe 17 ist vorzugsweise mit -einer Einrichtung, wie einer Feder, versehen, welche sie immer gegen die Klappe 19 anliegend hält.

In Figur 6 ist eine stark vereinfachte erfindungsgemäße Ausführungsform vorgesehen, die aus einer einzigen Klappe 22 besteht, welche um eine Achse 23 verschwenkbar ist und völlig in ein Gehäuse 24 zurückgezogen werden kann.

Figur 7 zeigt eine zu Figur 4 ähnliche Ausführungsform, bei welcher ein Servomotor 25 durch seinen Flansch 26 direkt auf dem Gehäuse 13 befestigt ist. Die Stange 27 des Servomotors, die sich axial verschiebt, steuert die Klappe 12 mit Hilfe eines Hebels 28, der sich nur um einen geringen Winkel dreht, wenn sich die Klappe verschiebt, so daß die von dem Servomotor

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entwickelte Kraft unter den optimalen möglichen Bedingungen ausgenutzt werden kann. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie keine Dichtung auf einer Welle aufweist.

Die Verwendung der Vorrichtung in den vorstehend 'beschriebenen unterschiedlichen Abänderungen führt zu wirksam modifizierten Charakteristiken einer Zentripedalturbine, wodurch eine Optimalanpassung an die ^momentanen Fluidzuführungszustände gewährleistet ist, eine stark ausgebreitete bzw. entfaltete Wirkungsgradkurve beibehalten wird und eine nur geringe Empfindlichkeit gegenüber der Wirkung von Teilchen verbleibt, die in dem Fluid enthalten sein können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also immer dann verwendet, wenn sich der Fluiddurchsatz oder der Fluiddruck ändern können, wobei die WirkungsÖffnung nicht konstant bleibt, was zu bedeutenden Änderungen des Arbeitspunktes der Maschine führt. Dies ist insbesondere bei Anlagen der Fall, wo der Druck stromaufwärts unabhängig von Durchsatzänderungen absolut konstant gehalten werden soll oder der Durchsatz unabhängig von Druckänderungen konstant gehalten werden kann. Dieser Fall tritt insbesondere bei Produktionszyklen von Eisenhütten- und chemiechen Produkten auf.

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Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE

   j 1./Vorrichtung zum Andern der Arbeitskurven einer Zentri- \y pedalturbine, gekennzeichnet durch eine Schließeinrichtung (12, 17, 19, 22), die in der Nähe des Umfangs des Spiralkanals (l) um eine Achse (l4, l8, 2o, 23), welche parallel zur Wellenachse der Maschine verläuft, schwenkbar ist, wodurch eine Einschnürung des Zuströmquerschnitts für das Fluid zwischen der Schließeinrichtung (12, 17, 19, 22) und dem Mündungsstück (7) des Spiralkanals (l) erreichbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließeinrichtung (12) um eine Achse (l4) verschwenkbar ist, die in Richtung der Fluidzuführung gesehen stromab von der Schließeinrichtung (12) angeordnet ist, und daß die Form dieser Schließeinrichtung_#(12) so gewählt ist, daß ihre Vorderseite (15) konvergent verläuft und ihre Hinterseite (l6) eine derartige Krümmung hat, daß bei weitgeöffneter Schließeinrichtung (12) die Bahn der Spirale des Spiralkanals (l) ununterbrochen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließeinrichtung (22) um eine Achse verschwenkbar ist, die in Strömungsrichtung des Fluids gesehen stromauf von der Schließeinrichtung (22) angeordnet ist.

   k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließeinrichtung zwei Klappen (17, 19) aufweist, die jeweils um Achsen verschwenkbar sind, von denen die eine (l8) stromauf und die andere (2o) stromab von der Schließeinrichtung (17, 19) jeweils in Strömungsrichtung des Fluids gesehen so angeordnet sind, daß ein optimaler ununterbrochener Verlauf des dem Fluid zur Verfügung stehenden Kanals und bei geöffneter Schließeinrichtung eine gute Kontinuität des Verlaufs der Spirale des Spiralkanals (l) gewährleistet ist.

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