DE240972C

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Publication number: DE240972C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 240972 — KLASSE SBa. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Oktober 1910 ab.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Beaufschlagung einer Freistrahlturbine. Die Druckflüssigkeit, welche in Verbindung mit dem vom Regler gesteuerten und von der .Flüssigkeit betätigten Mechanismus in Wasserkraftanlagen zur Verwendung gelangt, ist öl. Dieses wird in einen Druckzylinder eingelassen, wirkt darin auf einen Steuerkolben und verschiebt ihn, um

ίο so durch die Verschiebung des Kolbens jene Maschinenteile zu betätigen, welche die Wassermenge mit Bezug auf den Motor beherrschen. In bekannten Vorrichtungen dieser Art war gewöhnlich ein Ölbehälter vorhanden, von welchem aus Öl unter Druck vor bzw. hinter den Kolben floß, je nachdem die Einstellung des Reglers einen Mehr- - oder Minderbedarf an Wasser andeutet; das benutzte Öl wurde vom Druckzylinder aus nach einer Sammelgrube geleitet. In diesem System befand sich irgendwo — meistens zwischen dem Ölbehälter und der Sammelgrube für das gebrauchte Öl — eine von einer entsprechend angeordneten Kraftquelle aus betriebene Pumpe, welche das öl aus der Sammelgrube nach dem ursprünglichen Behälter zurückbeförderte, sobald der Druck darin unter sein Maximum gefallen war; war jedoch das Öl im Behälter wieder auf dem höchsten Druck angelangt, was meistens durch eine mit zweckmäßigen Ventilen versehene Leitung erreicht wurde, so wurde das von der Pumpe gehobene Öl unter Ausschaltung des Behälters aus seiner Leitung weiterbefördert und'unter Druck in raschem Kreislauf erhalten. Da aber das gesamte öl nach kürzerer oder längerer Zeit aus dem Behälter entnommen war, um den Kolben zu betätigen, und da es ferner nach seiner Betätigung des Kolbens aus dessen Zylinder in die Sammelgrube floß, von welcher es durch die stetig arbeitende Pumpe wieder zurückbefördert wurde, war, wie leicht ersichtlich, das Öl nach kürzerer oder längerer Zeit, wenn der Behälter ausgeschaltet war, einer raschen Kreislaufbewegung unterworfen. Dieser rasche Kreislauf des Öles bei beträchtlicher Geschwindigkeit und unter Druck erhöht die Temperatur des Öles über ein zulässiges Maß hinaus und verkürzt dadurch sowohl die Dauer der Brauchbarkeit als auch seine Wirksamkeit als ein Betätigungsmittel zur raschen, sicher und sparsam arbeitenden Verstellung eines Kolbens, welcher die Wassermenge einer Kraftmaschine entsprechend plötzlichen Belastungsschwankungen verändern soll; das öl wird dadurch dünnflüssig und schwach. Infolge dieser Verschlechterung des Öles als Druckmittel ist es dann' notwendig, in verhältnismäßig kurzen Zwischenräumen durch neues zu ersetzen, oder es ist ungebrauchtes Öl nachzufüllen; dies bedeutet eine Erhöhung der Betriebskosten und erfordert außerdem die Abschaltung der betreffenden Wasserkraftmaschine bis nach Einführung des Ersatzöles. Dadurch leidet die Dauer und Gleichförmigkeit des Betriebes der gesamten Anlage, das Endergebnis ist eine Verringerung der Gesamt-

leistung; in Anlagen, die zur Erzeugung elektrischer Ströme für Kraft- oder Lichtzwecke dienen, ist dies natürlich ein großer Übelstand. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist es der Zweck dieser Erfindung, das Öl fortwährend unter einem vorherbestimmbaren höchsten Druck zu erhalten und das öl sowie dessen Zuleitungsmechanismus in Ruhe zu lassen, bis zu jenem Zeitpunkt, wo es den

ίο Kolben verschiebt und den Zuleitungsmechanismus in Betrieb setzt, welcher das Öl aus der Sammelgrube entnimmt und zur Aufrechterhaltung des Druckes nach dem Behälter befördert; dieser' Zeitpunkt fällt zusammen mit jenem, in welchem der Druck im Behälter unter ein bestimmtes Maß heruntergeht, wenn Öl aus ihm zur Betätigung des Kolbens abfließt. Durch die Erhaltung des Öles unter gleichförmigem Druck und durch Aufrechterhaltung des Ruhezustandes für gewöhnlich wird das öl besonders geeignet, auf die geringste Verstellung des Reglermechanismus zu antworten, und die volle Lebensdauer, Stärke und der Wirkungsgrad des Öles werden bewahrt.

Das Verfahren zur Beherrschung des Druckes im ölvorrat, um den durch Flüssigkeit gesteuerten Kolben je nach den verschiedenen Geschwindigkeitsänderungen des Reglermechanismus zu betätigen, besteht demnach in der Erhaltung einer Ölmasse in einem Behälter

, unter einem höchsten Druck, in der Verbindung einer anderen ölmasse in einer Sammelgrube mit der ersten ölmenge (wobei diese Verbindung einen unter Druck zu betätigenden Mechanismus einschließt) und im Treffen von Maßregeln, um dem Öl den Ausfluß aus dem Druckbehälter auf Verstellung des Reglermechanismus hin zu gestatten und dadurch den Kolben zu verschieben. Es besteht ferner in der Rückleitung des aus dem Zylinder des eben erwähnten Kolbens abfließenden gebrauchten Öles nach

- einer Sammelgrube, wobei das Öl von jedem der beiden Zylinderenden austreten kann, und aus der Zuleitung des Öles aus der Sammelgrube nach dem Druckbehälter unter Mitwirkung des durch Druck betätigten Mechanismus, wobei jedoch nur so viel Öl dem Druckbehälter zugeführt wird, daß der durch den Ölausfluß verminderte Druck wieder hergestellt wird. Es besteht schließlich in der Herstellung eines Ruhezustandes im Öl und in der Aufrechterhaltung dieses Zustandes so lange, bis durch Verstellung des Reglers die Verschiebung des Kolbens und die Erzeugung des höchsten Druckes im Behälter notwendig gemacht wird. In der Zeichnung ist die Anwendung des Verfahrens mit Bezug auf ein tangential beaufschlagtes Wasserrad schematisch dargestellt. Die verschiedenen Zylinder sind im Schnitt gezeigt.

Die Kraftmaschine 3 in Form eines Peltonrades erhält ihren Antrieb durch den Wasserstrahl 2 aus der Düse 3, welche durch die ausschwingbare Verbindung 4 an die Zuleitung 3¹ des Wassers angelenkt ist. Die Schwingbewegung der Düse wird beherrscht durch den von Flüssigkeit betätigten Kolben 5, der sich im Zylinder 6 bewegt. Die Kolbenstange 7 ist mit einem Arm 7¹ eines Winkelhebels 8 verbunden, dessen anderer Arm mit dem Vorderende der Düse 1 in Verbindung steht.

Im Behälter 9 befindet sich Öl unter Druck, das zum Einlaß 10 des Zylinders 11 durch das Rohr 12 Zutritt hat. Im Zylinder 11 bewegt sichder Steuerschieberia¹, welcher die Zylinderöffnungen 13 und 13¹ verschließen oder freigeben kann. Die Schieberstange 14 steht durch den Hebel 14² mit den Kugeln 14¹ des Reglers in Verbindung und wird gehoben oder gesenkt, je nach der Abnahme oder Zunahme der Geschwindigkeit, wie üblich.

Von den öffnungen 13 und 13 ¹ aus gehen die Röhren 15 und 15 ¹ nach den Einlassen 16 und 16¹. des Druckzylinders 6, um die Druckflüssigkeit vor oder hinter den Kolben 5 m den Zylinder zu leiten.

Eine an passender Stelle angebrachte Sammelgrube oder ein Sammelbehälter 17 dient zur Aufnahme des aus dem Zylinder 11 ausfließenden gebrauchten oder überschüssigen Öles; zu diesem Zweck führt ein Abflußrohr 17¹ vom Zylinder nach der Grube: Das Abflußrohr 17¹ vom unteren Zylinderende ist mit dem oberen Zylinderende 18 durch das Rohr 18¹ verbunden. .

In das Rohr ig, welches von der Sammelgrube 17 nach dem Druckbehälter 9 führt, ist eine Kolbenpumpe 20 eingeschaltet; sie fördert Öl aus der Sammelgrube nach dem Behälter, wenn dessen Druck unter sein Maximum heruntergeht, und ihr Betrieb wird selbsttätig unterbrochen, sobald das Öl im Druckbehälter 9 wieder den ursprünglichen höchsten Druck erreicht hat. Obwohl das Öl im Behälter fortwährend unter Druck steht, tritt es die Kreislauf bewegung erst dann an,- wenn der Druck im Behälter sich etwas verringert hat; sonst bleibt es in Ruhe.

Die Betriebskraft zur Betätigung des Kolbens der Pumpe 20 liefert das Wasser, welches aus der Hauptleitung 3¹ durch die Zweigleitung 20¹ nach einer Pumpe geführt wird. Diese arbeitet in der gewöhnlichen Weise, und ihre Ausbildung bildet nicht den Gegenstand der Erfindung.

Die Steuerung von Wasserrädern, Turbinen und anderen Wasserkraftmaschinen von einem Regler aus und bei gewöhnlichem Betrieb erfordert nicht, daß der Kolben 5 sich fortwährend hin und her bewege, sondern erfordert nur einen Hub oder zwei kurze Hübe nacheinander bei plötzlichen Belastüngsschwankungen.

Das Öl unter Druck, welches auf den Kolben einwirkt, wird deshalb nicht in Gestalt eines . gleichförmigen, ununterbrochenen Strahles oder Stromes benutzt; in gewissen Zeitpunkten nur ist eine verhältnismäßig große Menge erforderlich, während zwischen diesen Punkten, bisweilen für eine Spanne von einigen Minuten, gar kein Öl wegen der Normalgeschwindigkeit der Maschine notwendig ist. Jedoch muß sich

ίο der Druck des Öles zu allen Zeiten innerhalb gewisser Grenzen halten, um, den geringsten Schwankungen des Reglers folgend, austreten zu können.

Es sei angenommen, daß unter Vermittlung der doppelt wirkenden Pumpe 20 das Öl im Behälter 9 auf einem Druck von 15 kg pro Quadratzentimeter erhalten wird. Die Wasser- und Ölzylinder der betreffenden Pumpe 20 müssen mit Bezug aufeinander so bemessen

ao sein, daß der Druck in der Wasserpumpe, welcher durch die Zweigleitung 20¹ oder von irgend-. - einer unabhängigen Quelle hervorgerufen wird, stets groß genug ist, jenen Höchstdruck im Ölzylinder aufrechtzuerhalten, der erforderlich ist, den vom Regler gesteuerten Mechanismus zu betätigen. Solange der Druck im Ölzylinder der Pumpe geringer ist als der Höchstdruck, wird die Pumpe öl aus der Sammelgrube nach dem Druckbehälter 9 befördern, aber im Augenblick, wo der Höchstdruck erreicht ist, wird die Pumpe aufhören zu laufen, und das gesamte Öl ist im Ruhezustand.

Im Druckbehälter 9 mag eine Luftblase vermittels einer Druckpumpe 22, die in passender Weise angetrieben wird, aufrechterhalten werden. Die Luft drückt in dieser Art fortwährend auf das Öl von oben, so daß es durch das vom Boden ausgehende Rohr 12 jederzeit sofort abfließen kann, um bei Veränderung der Reglerstellung den Kolben 5 zu verschieben. Der Luftdruck auf der Oberfläche des Öles im Behälter trägt zur raschen Ableitung vom Öl aus dem Behälter bei. Sobald der Druck im Behälter nur auch um ein Geringes nachläßt, wird die Pumpe 20 selbsttätig in Betrieb versetzt, um Öl aus der Sammelgrube 17 unter Druck nach dem Behälter 9 zu befördern und den Höchstdruck dort wieder herzustellen.

Läßt zum Beispiel die Belastung der Kraftmaschine plötzlich nach, so wächst augenblicklich die Geschwindigkeit des Reglers; dieser bewegt den Hebel 14², so daß die Schieberstange 14 gesenkt wird und der Schieber 12¹ die Auslaßöffnung 13¹ freigibt. Öl unter Druck fließt dann durch Rohr 15 ¹ in den Zylinder 6 hinter den Kolben 5. Das zufließende Öl verschiebt den Kolben und hebt die Düse 1, bis die Beaufschlagung der Wasserkraftmaschine proportional der Belastung ist, wodurch der Regler wieder auf Normalgeschwindigkeit gebracht wird. Während der Verschiebung des Kolbens 5 wird das vor ihm befindliche Öl aus der öffnung 16 in den Zylinder 11 und über den Steuerschieber gepreßt, von wo es durch die Rohre 18¹,17¹ zur Sammelgrube 17 geht. Wenn nun durch die. Entziehung von Öl aus dem Behälter 9 der Druck in ihm unter den zuläßlichen Höchstdruck heruntergeht, so wird die Pumpe 20 selbsttätig in Betrieb gesetzt und saugt Öl aus der Sammelgrube 17 in den Behälter, bis der Höchstdruck wieder hergestellt ist; darauf wird sie selbsttätig außer Betrieb gesetzt, und das öl ist in Ruhe. Verlangsamt sich der Gang des Reglers, so tritt der umgekehrte Arbeitsgang ein; das öl wird vor dem Kolben in den Zylinder, eingelassen und verschiebt ihn nach der anderen Richtung, wodurch auch eine Ausschwingung der Düse nach der anderen Richtung hervorgerufen wird.

Die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung auf andere Wasserkraftmaschinen als Peltonräder ist natürlich mit etwaigen konstruktiven Abänderungen leicht möglich.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur selbsttätigen Regelung der Beaufschlagung von Strahlturbinen durch Drucköl, welches die Düse unter Vermittlung eines von einem Steuerschieber beherrschten Kolbens verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucköl sich gewöhnlich im Ruhezustand befindet und erst dann aus dem Zylinder (6) des Kolbens in einen Sammelbehälter (17) fließt und aus

■ diesem nach einem Druckbehälter (9) befördert wird, wenn der Druck in diesem unter eine bestimmte Grenze sinkt.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einerseits mit dem Sammelbehälter (17), andererseits mit dem Druckbehälter (9) in Verbindung stehende Pumpe (20) für das Druckmittel und eine diese Pumpe antreibende zweite Pumpe angeordnet sind, welche Pumpen mit Bezug aufeinander so bemessen sind, daß die Druckmittelpumpe nur dann angetrieben wird, wenn der Druck im Behälter, gegen welchen die Druckmittelpumpe arbeitet, unter eine bestimmte Grenze gesunken ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.