DE226680C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 226680 KLASSE BSa. GRUPPE

HANS ZÜBLIN in ZÜRICH.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Januar 1910 ab.

Regelungsvorrichtungen für Nadeldüsen von Freistrahlturbinen, bei welchen bei plötzlicher Entlastung des Turbinenrades die Regelung durch Ablenkung des gesamten aus der Düse austretenden Wassers in radialer Richtung erfolgt, sind bereits bekannt. Bei denselben wird die Ablenkung des Wassers durch ein der Düsenöffnung vorgeschaltetes Ablenkorgan mit Durchtrittsöffnung für den ίο A¥asserstrahl, welches über den Nadelkopf bis zum Anliegen an denselben geschoben wird, bewirkt.

Gegenüber dieser bekannten Regelungsart wird gemäß vorliegender Erfindung die Ablenkung des aus der Düse austretenden Wassers in der Weise bewirkt, daß eine Spindel, die in der als hohler Schaft ausgebildeten, zum Schließen der Düsenöffnung dienenden Nadel achsial verschiebbar ist und mit einem gegen den Nadelkopf anliegenden Ablenkkopf ausgerüstet ist, mit letzterem aus dem Nadelkopf und aus der Düsenöffnung herausbewegt wird.

Auf beiliegender Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt:

Fig. ι eine erste Ausführungsform der Regelungsvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform derselben, ebenfalls im Längsschnitt, und

Fig. 3 einen Teil der Fig. 2 im Schnitt mit den Regelungsorganen in einer zweiten Stellung.

Fig. 4 zeigt einen Teil der Fig. 2 in Draufsicht.

Die Regelungsvorrichtung nach Fig. 1 besitzt zur Regelung des aus der Düse 1 austretenden und z. B. auf ein Peltonrad wirkenden Wasserstrahles eine zweiteilige Düsennadel, Avelche aus dem zum Abschließen der Düsenöffnung dienenden hohlen Schaft 2 mit Kopf 2' und der zum Ablenken des Druckwassers bei plötzlicher Entlastung dienenden Spindel 3 besteht, die im Schaft 2 achsial verschiebbar ist und an ihrem vorderen Ende einen mit der Spindel verschraubten, leicht auswechselbaren, aas eigentliche Ablenkorgan bildenden Kopf 3' trägt. Dieser Kopf besitzt in der Mitte seiner Länge eine Verdickung, die nach vorn in eine Spitze zuläuft und 'nach hinten konisch abfällt.

Der Schaft 2 wird durch einen Servomotor betätigt, welcher einen mit dem Schaft zusammengebauten Kolben 4 besitzt, der in einem Zylinder 5 geführt ist; in diesem Zylinder kann beiderends Druckwasser zur Verschiebung des Kolbens bzw. des Schaftes eingeführt werden. Zur Betätigung der Spindel 3 ist ein auf dieser befestigter Kolben 6 vorgesehen, der in einem mit dem Schaft zusammengebauten Zylinder 7 geführt ist. In diesen letzteren Zylinder kann vor den Kolben Druckwasser eingeführt und dadurch der Kolben bzw. die Spindel entgegen der Wirkung einer Feder 8 zurückbewegt werden, wobei diese Feder in einem mit dem Zylinder aus einem Stück be-

stehenden Gehäuse 9 untergebracht ist. Mit der Düse 1 ist ein Gehäuse zusammengebaut, welches einen der Düsenöffnung vorgeschalteten, als Nebenauslaß für das Druckwasser die-η enden, nach dem Unterwasserkanal führenden Kanal 10 einschließt.

Zur Einführung des Druckwassers in die beiden Zylinder 5 und 7 ist eine Druckwasserleitung 11 vorgesehen und in diese vor dem Zylinder 4 ein Steuerventil 12 und vor dem Zylinder 7 ein Dreiweghahn 13 eingeschaltet. Ventil und Dreiweghahn sind mit einer gemeinsamen Ableitung 14 für das aus den Zylindern 5 und 7 verdrängte Wasser verbunden ; sie werden vom Fliehkraftregler 15 aus durch Vermittlung der an die Hülse des Reglers angreifenden Regulierstange 16 und der mit dieser und dem Steuerventil 12 sowie dem Dreiweghahn 13 unter Vermittlung von Katarakten verbundenen Stangen 17 und 18 betätigt. Mit 19 ist eine an den Dreiweghahn angreifende Zugfeder bezeichnet, welche bestrebt ist, den Hahn in eine solche Lage zu drehen, in welcher er den Zylinder 7 mit der Druckleitung 11 verbindet. 20 ist das mit der Regulierstange 16 und mit dem Gehäuse 9 verbundene Rückführungsgestänge und 21 eine um die Spindel 3 gelegte Pufferfeder, welche bestrebt ist, den Kopf 3' der Spindel in die entsprechend trichterförmig gestaltete Bohrung am Kopf 2.' des Schaftes 2 zu ziehen.

Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Regelungsvorrichtung ist nun folgende :

Solange der Gang der Turbine ein normaler ist, d. h. nur kleinere Schwankungen in der Geschwindigkeit des Peltonrades auftreten, wird die Düsennadel, d. h. also Schaft 2 und Spindel 3 miteinander, vom Regler 16 aus durch Vermittlung des Servontotors* 4, 5 bewegt. Die auf den Kolben 4 wirkende Druckflüssigkeit hält die Nadel 2, 3 in jeder Stellung im Gleichgewicht. Das vom Regler 15 aus durch Vermittlung der um den Verbindungspunkt mit der Stange 18 sich drehenden Re- gulierstange 16 betätigte Steuerventil 12 reguliert den Zu- und Abfluß der Druckflüssigkeit in und aus dem Zylinder 5, während die Bewegungen der Nadel 2, 3 durch die Rückführung 20 wieder ausgeglichen werden.

Im Moment einer plötzlichen Entlastung und daheriger steigender Geschwindigkeit des Peltonrades bleibt infolge des momentanen starken Ausschlages des Fliehkraftreglers 17 mit Ventil 12 momentan fest; die Regulierstange 16 dreht sich demnach um den Verbindungspunkt mit der Stange 17, wodurch der Dreiweghahn 13 so gedreht wird, daß die vor dem Kolben 6 im Zylinder 7 befindliche Druckflüssigkeit durch die Leitung 14 ausströmen kann. Während der Kolben 4 mit Schaft 2 und Zylinder 7 durch die zu beiden Seiten des Kolbens 4 befindliche Druckflüssigkeit momentan festgehalten ist, wird infolge der Abnahme des Druckes im Zylinder 7 der Kolben 6 mit Spindel 3 durch die sich entspannende Feder 8 um eine solche Strecke vor- bzw. aus dem Schaft 2 herausbewegt, die genügt, um dem nach der Düsenöffnung strömenden Druckwasser die zur vollständigen Vortreibung der Nadelspindel 3 erforderliche Angriffsfläche zu bieten. Die vorerst lockere Pufferfeder 21 wird durch dieses plötzliche Vorgehen der Nadelspindel 3 gegen das Ende der Be\vegung gespannt und schwächt somit den sonst erfolgenden starken Stoß des Kolbens 6 gegen die Wandung des Zylinders 7. Wenn die Spindel 3 die der Stellung in Fig. 3 entsprechende vorderste Lage eingenommen hat, so wird das aus der Düse 1 austretende Druckwasser durch den hinteren konischen Teil des Kopfes 3' nach allen Seiten hin gleichmäßig und stoßlos in den Kanal 10 hinein abgelenkt. Während dieses Vorganges wird durch das allmähliche Nachgeben des mit dem Gestänge 17 verbundenen Kataraktes das Steuerventil 12 so bewegt, daß die Druckflüssigkeit im Zylinder 5 den Kolben 4 und den mit ihm verbundenen Schaft 2 langsam nach vorn, d. h. in die Schlußstellung treibt.

Nimmt infolge der Ablenkung des Druckwassers die Geschwindigkeit des Peltonrades ab, so wird durch die Regulierstange 16 und unter Mitwirkung der sich zusammenziehenden Feder 19 der Dreiweghahn so gedreht, daß wieder Druckwasser in den Zylinder 7 vor den Kolben 6 gelangt. Dieser wird durch den steigenden Flüssigkeitsdruck nach hinten bewegt und zieht dadurch die Spindel 3 wieder zurück, wobei der Kopf 3' derselben innig in den Trichter am Kopf 2' des ihr auf halbem Wege entgegenkommenden Schaftes gepreßt wird. Nach erfolgter Vereinigung von Nadelspindelkopf 3' mit Schaftkopf 2,' ist die Austrittsöffnung der Düse so verkleinert, daß trotz der erfolgten Entlastung ein neuer Gleichgewichtszustand bei der gegebenen normalen Tourenzahl entstanden ist.

Die Ausführungsform der Regelungsvorrichtung nach Fig. 2 bis 4 weicht von der erstbeschriebenen darin ab, daß hier der Zylinder 7 für den auf der Spindel sitzenden Kolben 6 nicht mit dem Schaft 2 zusammengebaut ist, sondern ein Stück für sich bildet. Der Zylinder 7 besitzt an seinem hinteren Ende eine Führungsbüchse 22 und an seinem vorderen Ende ein nach vorn offenes Gehäuse 23, in welches der Schaft 2 mit seinem hinteren, mit einem Anpaß 24 versehenen Ende ragt. Der den Eintritt des Druckwassers in den Zylinder 7 regelnde Dreiweghahn 13 wird hier von der Spindel 3 aus betätigt. Zu diesem Zwecke ist auf letzterer ein Stift 25 befestigt,

welcher durch einen länglichen Schlitz in der Büchse 22 aus dieser herausragt. Der Stift 25 befindet sich zwischen zwei in seine Bahn ragenden Hebeln 26, die mit dem Dreiweghahn 13 in Verbindung stehen. Dem Dreiweghahn ist in der Druckwasserleitung 11 ein zweiter, gewöhnlicher Durchlaß 27 vorgeschaltet, welcher mit der mit Katarakt ausgerüsteten, an die Regulierstange 16 angreifenden Stange 18 durch eine Stange 28 verbunden ist und unter Wirkung der an die Stange 18 angreifenden Zugfeder 32 in Offenstellung gehalten wird.

Der Zylinder 7 mit Gehäuse 23 kann mit der Spindel 2 gekuppelt werden. Zu diesem Zwecke sind an letzterer zwei durch einen Längsschlitz im Schaft 2 nach außen ragende Nocken 30 (Fig. 2 und 4) vorgesehen, hinter welche am Gehäuse 23 drehbar gelagerte Klinken 31 greifen können. Diese Klinken stehen unter Wirkung der Feder 32 und sind mit der Stange 18 verbunden. Auf dem in das Gehäuse 23 ragenden Ende des Schaftes 2 sitzt zwischen dem Gehäuse und dem Anpaß 24 eine Schraubenfeder 33 und zwischen dem Anpaß und einem gegen die Nocken 30 anliegenden losen Ring 34 eine zweite Feder 35. Durch die Wirkung der Feder 32 werden, wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, die Klinken 31 mit den Nocken 30 in Eingriff gehalten. 20 ist das mit der Stange 18 an die Regulierstange 16 und an den Schaft 2 angreifende Rückführungsgestänge.

Die Wirkungsweise dieser zweiten Ausführungsform der Regelungsvorrichtung ist bei normalem Gang der Turbine die gleiche wie bei der erstbeschriebenen Ausführungsform, indem vom Fliehkraftregler 15 aus nur das Steuerventil 12 betätigt und infolgedessen durch den Servomotor 4, 5 die beiden Teile 2, 3 der Düsennadel miteinander betätigt werden, wobei die Bewegungen der Nadel durch die Rückführung 20 wieder ausgeglichen werden.

Im Momente einer plötzlichen Entlastung des Peltonrades werden die Klinken 31 vom Fliehkraftregler 15 aus gehoben und dadurch die Spindel 3 mit Nocken 30 freigegeben; gleichzeitig wird auch der Hahn 27 geschlossen. Der Dreiweghahn 13 nimmt hierbei eine solche Lage ein, daß der Raum vor dem Kolben in Verbindung mit der Ableitung 14 gelangt (Fig. 2). Während der Loskupplung der Nadelspindel wird das Steuerventil 12 so gesteuert, daß der Kolben 4 mit Schaft durch die Druckflüssigkeit momentan festgehalten wird, worauf . unter der Wirkung der sich entspannenden Feder 35 die Spindel 3 allein um so viel vorbewegt wird, daß sie durch das nach der Düsenöffnung strömende Druckwasser vollständig in die in Fig. 3 dargestellte Lage vorgetrieben wird, in welcher das aus der Düsenöffnung austretende Druckwasser durch den Kopf 3' gleichmäßig und ohne Stoß in den Kanal 10 abgelenkt wird. Nach erfolgter Loskupplung des Gehäuses 23 von der Spindel 3 wird im gleichen Moment unter Wirkung der sich entspannenden Feder 33 das Gehäuse 23 zurückbewegt. Ein heftiger Stoß des Kolbens 6 gegen die Wandung des Zylinders 7 wird durch die gegen das Ende der Bewegung gespannt werdende Pufferfeder 21 vermieden. Bei der gleichzeitig erfolgenden entgegengesetzten Bewegung von Kolben 6 und Zylinder 7 wird das in letzterem befindliche Wasser durch die Leitung 14 hinausgepreßt.

Gegen das Ende des Vorgehens der Nadelspindel 3 wird durch den auf einen der Hebel 26 auftreffenden Stift 25 der Dreiweghahn 13 so gedreht, daß der Zylinder 7 mit der Druckleitung 11 bis zu dem jetzt noch geschlossenen Hahn 27 in Verbindung tritt.

Derselbe wird durch die mit ihm über das Gestänge 28 und 18 verbundene gespannte Feder 32 langsam geöffnet, was von dem fallenden Fliehkraftregler 15 und dem mit dem Gestänge 18 verbundenen allmählich nachgiebigen Katarakt gestattet wird. Der Kolben 7 und die Spindel 3 werden durch die nun einströmende Druckflüssigkeit so weit zurückgetrieben, bis das Aufsitzen des mit der Spindel 3 verbundenen Spindelkopfes 3' im Trichr ter des Schaftkopfes 2' erreicht ist. Während zugleich die Federn 33. und 35 gespannt werden, bewegt sich infolge des noch immer wirkenden Flüssigkeitsdruckes der Zylinder 7 mit dem Gehäuse 23 in entgegengesetzter Richtung, bis die Klinken 31 unter der Wirkung der sich zusammenziehenden Feder 32 über die Nocken 30 zu greifen beginnen. Der Stift 25 an der Spindel 3 bewirkt dann durch Einwirkung auf den zweiten der beiden Hebel 26 die Umstellung des Dreiweghahnes 13, derart, daß das im Zylinder 7 befindliche Druckwasser ablaufen kann. Der Zylinder ist also jetzt und während der Regulierung des aus der Düse austretenden Wasserstrahles beim normalen Gang der Turbine ohne Druck. Infolge der eingetretenen Druckreduktion im Zylinder 7 erstrebt die zusammengepreßte Feder 33 eine neue Rückwärtsbewegung des Zylinders 7, welche aber durch das inzwischen erfolgte Greifen der Klinken 31 hinter die Nocken 30 verhindert wird. Der Druck der Feder 33 wird nun beständig" vom Zylinder 7 über die Klinken und Nocken auf die Spindel 3 über- ■ tragen und bewirkt so ein fortgesetzt inniges Aufsitzen des Nadelkopfes 3' in dem Trichter des Nadelschaftes 2. Auch hier bewegt sich während des ganzen Vorganges der Kolben 4 mit dem Nadelschaft 2 und dem Schaftkopf 2' langsam nach vorwärts, so daß die Vereini-

Claims (4)

gung von Spindel und Schaft in einer der neuen Gleichgewichtslage bei gleicher Tourenzahl entsprechenden Stellung erfolgt, die durch die nun veränderte sekundlich ausströmende Wassermenge bedingt ist. Pate nt-A ν s PRÜ c η ε :

1. Regelungsvorrichtung für Nadeldüsen von Freistrahlturbinen, bei welcher bei plötzlicher Entlastung des Turbinenrades die Regelung durch Ablenken des aus der Düse austretenden Wassers in radialer Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des Wassers in der Weise erfolgt, daß eine Spindel, die in der als hohler Schaft ausgebildeten, zum Schließen der Düsenöffnung" dienenden Nadel achsial verschiebbar ist und mit einem gegen den Nadelkopf anliegenden Ablenkkopf ausgerüstet ist, mit letzterem aus dem Nadelkopf und aus der Düsenöffnung herausbewegt wird.

2. Vorrichtung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenöffnung ein Gehäuse vorgeschaltet ist, das dem aus der Düse austretendem Wasserstrahl freien Durchtritt zum Turbinenrad gestattet und bei Ablenkung des Wasserstrahles durch den Ablenkkopf das abge-, lenkte Wasser möglichst stoßlos in den Unterwasserkanal leitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelschaft durch einen Servomotor betätigbar ist und die Nadelspindel einen Kolben besitzt, welcher unter Wirkung einer Feder auf ein Flüssigkeitskissen wirkt, wobei während des normalen Ganges der Turbine nur der Servomotor betätigt wird, um Schaft und Spindel miteinander zu bcAvegen, während bei plötzlicher Entlastung der Nadelschaft langsam, jedoch die Nadelspindel anfänglich durch die Feder, dann durch die Kraft des aus der Düse strömenden und auf den Ablenkkopf auftreffenden Wassers unter Verdrängung des Flüssigkeitskissens rasch in die Ablenkungsstellung vorbewegt wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Nadelschaft unabhängigen Zylinder für den Spindelkolben vom Fliehkraftregler gesteuerte Klinken gelagert sind, welche zwecks Kupplung des Zylinders mit der Spindel, entgegen der Wirkung einer zweiten Feder, in Eingriff mit an der Nadelspindel Angesehenen

bracht werden.

Nocken ge-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.