DE2148822A1

DE2148822A1 - Einrichtung zur Sicherung gegen UEberdrehzahl von Kraftmaschinen,insbesondere Turbinen

Info

Publication number: DE2148822A1
Application number: DE19712148822
Authority: DE
Inventors: Yannone Robert A; Kiscaden Roy W
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1972-04-13
Also published as: CA930632A; CH530552A; AT314561B; US3680572A; JPS5119115B1

Description

Einrichtung zur Sicherung gegen Überdrehzahl von Kraftmaschinen, insb» !Turbinen

(Die Priorität der USA-Stammanmeldung Serial No. 080079 vom 12.10.1970 wird beansprucht)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherung gegen Überdrehzahl von Kraftmaschinen, insb. von Dampf- oder Gasturbinen. Dabei wird von einem unter Federspannung innerhalb einer radialen Bohrung der Maschinenwelle gehaltenen Fliehkraftkörper Gebrauch gemacht, der sich bei Überschreiten einer Ansprechdrehzahl nach außen verschiebt. Bisher war es üblich, daß der durch die Fliehkraft nach außen getriebene Bolzen an ein kompliziertes Hebelsystem anschlägt und dadurch den Schutz der Maschine bewirkende Schaltνorgange auslöst. Derartige Hebelsysteme können jedoch recht aufwendig und störanfällig sein. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, bruchsicheres pneumatisches System zu schaffen, das schon bei geringer Auslenkung des Fliehkraftkörpers sicher anspricht.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß der als zylindrischer Steuerkolben ausgebildete Fliehkraftkörper am oberen, bei Normaldrehzahl jenseits der Wellenachse liegenden Ende eine umlaufende Nut aufweist und daß in der Welle eine axiale, bis zum Steuerkolben reichende Bohrung vorgesehen ist, in die eine mit einem unter Druck stehenden Strömungsmittel beaufschlagte und im vorgegebenen Abstand von dem Steuerkolbenmantel endende Düse ragt, derart, daß bei Auslenken des Steuerkolbens durch Überdrehzahl die umlaufende Nut des Steuerkolbens vor die Mündung der Düse gelangt und der durch die Anströmquerschnittsvergrößerung bedingte Druckabfall des Strömungsmediums das Ansprechen eines der Düsen parallel geschalteten Sicherheitsventils bedingt. Durch diese verhältnismäßig starke Vergrößerung des Ausströmquerschnittes vor der Düse erfolgt also

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eine schnelle Druokabsenkung dea Strötnungsmediums in der Düse, so daß damit ein schnelles und sicheres Abschalten der Treibmittelzuführung zu der Turbine sichergestellt ist.

Zweckmäßigerweise weist die Düse dabei einen verengten Einlaßquerschnitt und einen Abzweig für die Signalleitung sur Druckkammer des Sicherheitsventils auf. Dabei ist der Druck des Strömungsmittels zu der Düse von einem Magnetventil gesteuert.

In der Signalleitung zum Sicherheitsventil können dabei noch ein Schnellentläftungsventil (quick vent valve) und ein Druckmesser angeordnet sein.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausfiihrungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch die Sicherheitseinrichtung in nicht ausgelöstem Zustand während des Normalbetriebes der Turbine und

Fig. 2 den gleichen Schnitt, jedoch in der ausgelösten Stellung.

In der Zeichnung ist zunächst ein Ende der Turbinenwelle 10 mit einem Teil des die Welle umhüllenden Gehäuses 12 dargestellt. Die Arbeitsmittelzufuhr erfolgt von einer geeigneten Arbeitsmittelquelle 14, die durch einen Dampferzeuger oder einer Brennstoffquelle für eine Gasturbinenbrennkammer gebildet sein kann. Diese Quelle wird dabei von einem druckbeaufschlagten Ventil 4 gesteuert, das zwischen der Quelle 14 und einer Brennkammer oder dem Düsenkasten 16 der Turbine angeordnet ist. Dieses Ventil 4 kann dabei in herkömmlicher Weise aufgebaut sein und einen Kolben 18 aufweisen, der in einem zylindrischen Gehäuse 20 gleitet und eine Durchgangsöffnung 22 für den

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Dampf oder den Brennstoff aufweist, wenn das Ventil die in Mg. 1 gezeigte Stellung einnimmt. Der Kolben 18 wird dabei in der dargestellten Lage durch einen vorbestimmten Druck eines Strömungsmittelβ im Zylinder 20 gehalten, und geht in die in Fig. 2 gezeigte Lage durch die Wirkung einer Druckfeder 24 Über, wenn der Druck im Zylinder 20 absinkt. Damit ist dann der Durchgang durch daa Ventil 4 unterbrochen.

Um eine überdrehzahl der Maschine zu verhindern, wird die Arbeitsweise des Ventils 4 durch den Ausgangsdruck eines als pneumatischer Verstärker arbeitenden Systems 28 geregelt, das aus einer «it Druckluft beaufschlagten Düse 30 und einem entsprechenden Steuerkolben 32 in der rotierenden Welle 10 besteht. Der Steuerkolben 32 ist dabei in einer radialen zylindrischen Bohrung 34 in der Welle 10 beweglich gelagert. Der Steuerkolben 32 wird durch eine Druckfeder 36 radial nach innen gedrückt und wandert bei entsprechender Überdrehzahl gegen die Vorspannung der Feder nach außen. Die Feder wird dabei in der Öffnung 34 durch eine justierbare Schraube 38 gehalten, durch die der Auslösewert eingestellt werden kann.

Die Welle 10 weist ferner eine axiale Bohrung 42 auf, die in der Bohrung 34 des Steuerkolbens 32 endet. Die Aus laß Öffnung 40 der Düse 30 endet dabei in einem vorgegebenen Abstand d vom Umfang des Steuerkolbens 32. Die Einlaßöffnung 44 der Düse 30 ist über ein Magnetventil 58 mit einer entsprechenden regelbaren Druckquelle 46 für die Druckluft oder ein anderes Strömungsmedium verbunden. Die Düse 30 ist dabei in dem äußeren Gehäuse 12 eingebaut und weist einen weiteren Auslaß 48 für ein Drucksignal zum Sicherheitsventil 4 auf. Ferner weist die Düse eine Einschnürung 52 zwischen der Einlaßöffnung 44 und dem Abzweig 48 für die Signalleitung zum Sicherheitsventil 4 auf.

Der Steuerkolben 32 ist am oberen Ende mit einer umlaufenden Ausnehmung 54 versehen, die bei Normaldrehzahl der Maschine

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jenseits der Maschinenwelle und außerhalb des Einstrombereiches der DUsenöffnung 40 liegt. Bei einem bestimmten eingestellten Luftdruck an der Einlaßöffnung 40 der Düse 30 kann auch der Signaldruck am Abzweig 48 auf ein gewünschtes Druckniveau eingestellt werden, der geringer sein kann als der Versorgungsdruck für die Düse, der durch den Abstand d der Auslaßöffnung 40 der Düse 30 von dem Steuerkolben 32 nach Pig. abhängig ist. Der Druck am Abzweig 48 wird sich nunmehr wesentlich verändern, wenn sich der Abstand d ändert, wie das in Fig. 2 mit dem neuen Abstand d1 zwischen der Nut 54 des Steuerkolbens 32 und dem Düsenauslaß 40 gezeigt ist. Wenn nämlich eine vorgegebene Überdrehzahl der Welle 10 erreicht ist, wird der Steuerkolben 32 durch die auftretenden Fliehkräfte nach außen getrieben, so daß die Nut 54 vor die Düse 30 gelangt. Dadurch ergibt sich eine plötzliche Vergrößerung des Ausströmquerschnittes und damit ein Druckabfall in der Düse und in der Signalleitung zum Sicherheitsventil 4» so daß dieses schließt und die Arbeitsmittel zu fuhr zur Turbine sperrt, wie das in Fig, 2 gezeigt ist. Dabei ist in diese Signalleitung noch ein Ventil 50 eingeschaltet, das die Ansprechgeschwindigkeit der Sicherheitseinrichtung erhöht. Ferner kann ein Druckanzeiger 56 vorgesehen sein, um den jeweils herrschenden Signaldruck anzuzeigen.

Sollte sich die Welle 10 axial bewegen, so kann die Lage der Düse 30 so gewählt werden, daß sich der Abstand d infolge einer derartigen Bewegung verringert, wodurch der Druck am Abzweig 48 ansteigt. Da als Anzeige für eine Überdrehzahl ein Druckabfall erforderlich ist, stört ein Druckanstieg nicht die Funktionsfähigkeit des Systems. Ein wesentlicher Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß es auch sicher gegen Bruch ist, da es auf einen niedrigen Druck anspricht. Dadurch führt auch ein Druckverlust zu einer Abschaltung der Anlage.

Das Magnetventil 58 dient zur Abtrennung der Druckluftquelle 46 von dem Verstärkersystera 28. Wenn das Magnetventil stromlos ist, so wird dadurch der Versorgungsluftdruck des Systems

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zu Null reduziert, so daß das Einlaßventil 4 geschlossen bleibt. Dieses Magnetventil kann somit auch zur Steuerung des Anf ahrens oder als zusätzliche Abschalt sicherung bei einer anderen Störung als einer Überdrehzahl verwendet werden.

5 Ansprüche
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Claims

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Patentan s ρ r ü c h e

M J Einrichtung zur Sicherung gegen Überdrehzahl bei Kraftmaschinen, insb. Turbinen, mit einem unter Federspannung innerhalb einer Radialbohrung der Maschinenwelle gehaltenen Fliehkraftkörper, der sich bei Überschreiten einer Ansprechdrehzahl nach außen verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß der als zylindrische Steuerkolben (32) ausgebildete Fliehkraftkörper am oberen, bei !formaldrehzahl jeweils der Wellenachse liegende Ende eine umlaufende Nut (54) aufweist und daß in der Welle (10) eine axiale, bis zum Steuerkolben (32) reichende Bohrung (42) vorgesehen ist, in die eine mit einem unter Druck stehenden Strömungsmittel beaufschlagte und im vorgegebenen Abstand (d) von dem Steuerkolbenmantel endende Düse (30) ragt, derart, daß bei Aus lenken des Steuerkolbens (32) durch Überdrehzahl die umlaufende Nut (54) des Steuerkolbens (32) vor die Mündung (40) der Düse (30) gelangt und der durch die Ausströmquerschnittsvergrößerung bedingte Druckabfall des Strömungsmediums das Ansprechen eines der Düse (33) parallel geschalteten Sicherheitsventils (4) bedingt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (30) einen verengten Einlaß quer schnitt (52) und einen Abzweig (48) für die Signalleitung zur Druckkammer (20) des Sicherheitsventils (4) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Strömungsmittels von einem Magnetventil (58) gesteuert ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung zum Sicherheitsventil (4) ein Schnellentlüftungsven til (50) und ein Druckmesser (56) angeordnet sind.

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5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (58) als zusätzliches Steuerventil für das Sicherheitsventil (4) ausgebildet ist.

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