DE2461C

DE2461C - Automatic hydraulic protection device for turbines

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Publication number: DE2461C
Application number: DENDAT2461D
Authority: DE
Original assignee: J. C. B. LEHMANN, Ingenieur, in Erfurt

Description

1878.1878.

Klasse 88.Class 88.

J. C. BERNHARD LEHMANN in ERFURT. Selbsttätige hydraulische Schützenvorrichtung für Turbinen.J. C. BERNHARD LEHMANN in ERFURT. Automatic hydraulic protection device for turbines.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 26. Februar 1878 ab.Patented in the German Empire on February 26, 1878.

Die selbsttätige hydraulische Schützenvorrichtung besteht aus drei Haupttheilen, nämlich dem Regulator, welcher die Geschwindigkeitsveränderungen aufnimmt, dem hydraulischen Kolben, welcher durch das Druckwasser bewegend auf den (Leitschaufel-) Regulirapparat wirkt und dem zwischen Regulator und hydraulischen Kolben befindlichen Steuerapparate, welcher unter dem Einflüsse des Regulators die Zuführung des Druckwassers nach dem hydraulischem Kolben bewirkt oder abschüefst.The automatic hydraulic contactor device consists of three main parts, viz Regulator, which absorbs the speed changes, the hydraulic piston, which by the pressurized water acts on the (guide vane) regulating apparatus and the between regulator and hydraulic piston located control apparatus, which under the Influences of the regulator the supply of pressurized water after the hydraulic piston causes or rejects.

Bei dieser Schützenvorrichtung fällt dem Regulator nur eine indirecte Wirksamkeit zu, während die eigentliche Arbeitsleistung für die Inbewegungsetzung des Regulirapparates durch das Druckwasser vollbracht wird. Das Druckwasser ist entweder das Zuflufswasser zur Turbine mit natürlichem Druck oder künstlich gespanntes Wasser.In this protective device, the regulator has only an indirect effect, while the actual work for setting the regulating apparatus in motion by the Pressurized water is accomplished. The pressurized water is either the feed water to the turbine with natural pressure or artificially constrained water.

Der hydraulische Kolben befindet sich entweder in einem Apparate für sich oder mit den Constructionstheilen der Turbine im unmittelbaren Zusammenhange. Genannter Kolben bewegt sich entweder in einem Cylinder geradlinig oder in einem ringförmigen Gehäuse in einer Kreislinie.The hydraulic piston is either in an apparatus by itself or with the Construction parts of the turbine in the immediate context. Said piston moves either in a straight cylinder or in an annular housing in a Circle line.

Zur Beschreibung der auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Beispiele übergehend, sei vorher bemerkt, dafs überall zur Bezeichnung derselben Theile dieselben Buchstaben verwendet worden sind.Moving on to the description of the examples shown in the accompanying drawings, it should be noted beforehand that the same letters are used everywhere to designate the same parts have been.

Auf Blatt I ist in Fig. 1 eine von innen beaufschlagte Radialturbine mit Wasserzuführung von unten im Durchschnitt, in Fig. 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Das Zuflufsrohr h führt das Wasser nach dem Leitapparat m, um von hier in das Laufrad / überzugehen. Der Leitapparat m ist mit seinem Cylinder k um den feststehenden, auf dem oberen Flantsch des Knierohrs h aufgeschraubten cylindrischen Aufsatz i drehbar. Da die zur Hälfte nach oben, zur Hälfte nach unten geführten Leitzellen m mit halbringförmigen Oeffnungen in dem Aufsatze i correspondiren, so ist, wenn die Leitzellen-Oeffnungen voll vor den Oeffnungen in dem Aufsatze i sich befinden, die Turbine voll geöffnet, beginnt sich zu schliefsen, wenn die Leitzellen-Oeffhungen hinter die, neben den Oeffnungen in dem Aufsatze i verbliebenen Wandungen treten und ist ganz geschlossen, wenn die Leitzellen-Oeffnungen sich vollständig hinterjenen Wandungen befinden. Die Regulirung der Turbine geschieht also durch Bewegung des Leitapparates selbst und diese Bewegung wird dem mit dem Leitradcylinder k verschraubten Zahnsegment q entweder durch Drehung mittelst Hand an dem Handrade / durch die Welle r und die Zahnräder ^₁ ^₂ mitgetheilt oder durch den nun zu beschreibenden hydraulischen Apparat.On sheet I, FIG. 1 shows a radial turbine acted upon from the inside with water supply from below on average, and FIG. 2 shows a side view. The inlet pipe h leads the water to the diffuser m in order to pass from here into the impeller /. The guide apparatus m can be rotated with its cylinder k around the fixed cylindrical attachment i screwed onto the upper flange of the elbow tube h . Since the correspondiren halfway up, half way out below Leitz Ellen m with semi-annular apertures in the essay i, then when the routing cells apertures i fully front of the openings in the essay are located, the turbine is fully open, starts to be close when the guide cell openings come behind the walls remaining next to the openings in the attachment i and are completely closed when the guide cell openings are completely behind those walls. The turbine is regulated by moving the guide apparatus itself, and this movement is communicated to the toothed segment q screwed to the guide wheel cylinder k either by turning by hand on the handwheel / by the shaft r and the gearwheels ^ ₁ ^ ₂ or by the one to be described hydraulic apparatus.

In dem in Fig. 1 im Verticaldurchschnitt, in Fig. 3 im Grundrifs dargestellten hydraulischen Cylinder α bewegt sich der Kolben b, dessen Kolbenstange mit einer Zahnstange versehen ist, die in das Getriebe q₃ eingreift und auf diese Weise durch das an derselben Axe fest- * sitzende Zahnrad q_l verschiebend auf den Zahnkranz q wirkt. Der Leitapparat hat bei dieser beispielsweise dargestellten Turbinenconstruction sich um einen Winkel von i8o° zu drehen, um die Abschätzung des Leitrades von voll offen bis geschlossen zu bewirken. In the hydraulic cylinder α shown in Fig. 1 in vertical section, in Fig. 3 in outline , the piston b moves, the piston rod of which is provided with a toothed rack which engages in the gear q ₃ and in this way is fixed by the on the same axis - * Seated gear q _{l has a} shifting effect on the ring gear q. In the turbine construction shown as an example, the diffuser has to rotate through an angle of 180 ° in order to effect the estimation of the diffuser from fully open to closed.

Auf dem hydraulischen Cylinder a befindet sich der Steuerapparat, welcher detaillirt in gröfserem Maafsstabe in Fig. 4 im verticalen Durchschnitt, in Fig. 5 in der Seitenansicht und in Fig. 6 im Grundrifs, in noch mehr vergröfserten Durchschnitten in den Fig. 9, 10 und 11; Blatt II, dargestellt ist.The control apparatus is located on the hydraulic cylinder a , which is detailed on a larger scale in Fig. 4 in vertical section, in Fig. 5 in side view and in Fig. 6 in outline, in still more enlarged sections in Figs. 9, 10 and 11; Sheet II, is shown.

Dieser Apparat, welcher auch an anderer Stelle, als unmittelbar auf dem hydraulischen Cylinder angebracht werden kann, besteht aus dem Cylinder d, von welchem aus ein Rohr ί, nach der einen und ein Rohr e.₂ nach der anderen Seite des hydraulischen Cylinders a, ferner ein zwischen den beiden Rohrstutzen <?! und i?2 von dem Cylinder d abgehendes Rohr e₃ nach dem Zuflufskrümmer h der Turbine, und endlich eine Ausflufsöffnung e am Cylinder d in das Freie führt. In dem Cylinder d ist ein Doppelkolben /Ί und /₂ leicht verschiebbar; das Druckwasser tritt durch das Rohr e₃ zwischen die Einzelkolben /i und /₂ und das Arbeitsspiel ist nun folgendes;This apparatus, which can also be attached elsewhere than directly on the hydraulic cylinder, consists of the cylinder d, from which a pipe ί, after the one and a pipe e. ₂ to the other side of the hydraulic cylinder a, furthermore one between the two pipe sockets <?! and i? 2 pipe e ₃ going out from the cylinder d after the inlet manifold h of the turbine, and finally an outlet opening e on the cylinder d leads into the open. In the cylinder d a double piston / Ί and / _{2 is} easily displaceable; the pressurized water passes through the pipe e ₃ between the individual pistons / i and / ₂ and the working cycle is now as follows;

In der auf Blatt I gezeichneten Lage verschliefst der Kolben /,, die Oeffnung e,, der K olben /₂ die Oeffnung e.₂ , es findet somit kein Abflufs des Druckwassers durch die Rohre ^₁ oder i?₂ nach dem hydraulischen Cylinder a statt und der Kolben b befindet sich in Ruhe. HebtIn the position shown on sheet I, the piston / ,, the opening e ,, the piston / ₂ closes the opening e. ₂ , so there is no drainage of the pressurized water through the pipes ^ ₁ or i? ₂ takes place after the hydraulic cylinder a and the piston b is at rest. Lifts

sich der Doppelkolben, so wird die Oeffnung e> vom Kolben /₂ frei und das durch das Rohr e₂ zwischen dem Doppelkolben nach dem Cylinder d geführte Druckwasser tritt durch <?₂ und durch das Rohr e_% in den hydraulischen Cylinder α gegen den Kolben b; der letztere beginnt sich unter dem Drucke des gespannten Wassers zu verschieben und bewirkt mittelst der Zahneingriffe Cq^q₁ q einer Verdrehung des Leitapparates mk. Während dieser Verschiebung des Kolbens b kann das auf der Rückseite desselben befindliche ungespannte Wasser durch das Rohr e_t unterhalb des Kolbens _/₂ der mit der Hebung des Doppelkolbens die Oeffnung ^₁ frei gemacht hat, durch den Cylinder d nach unten entweichen.the double piston, the opening e> of the piston / _{2 is} free and the pressurized water guided through the pipe e ₂ between the double piston to the cylinder d passes through <? ₂ and through the pipe e _% in the hydraulic cylinder α against the piston b; the latter begins to shift under the pressure of the taut water and, by means of the tooth engagements Cq ^ q ₁ q, causes a twisting of the guide apparatus mk. During this displacement of the piston b , the unstressed water on the back of the same can escape down through the tube e _t below the piston _ / _2, _{which has opened the opening ^ 1} with the lifting of the double piston, through the cylinder d.

Senkt sich der Doppelkolben in die Lage, wie auf Blatt II gezeichnet, so findet dasselbe Spiel in entgegengesetzter Richtung statt; durch die frei gewordene Oeffnung ^₁ tritt das zwischen den Doppelkolben· geführte Druckwasser mittelst des Rohres C₁ nach dem hydraulischen Cylinder a, den Kolben b nach entgegengesetzter Richtung als vorhin verschiebend, während das ungespannte, vom vorigen Spiel zurückgebliebene Wasser auf der anderen Seite des Kolbens a durch das Rohr <?., über den gesunkenen Kolben /₂ hinweg in das Freie gelangen kann.If the double piston is lowered into the position as shown on sheet II, the same play takes place in the opposite direction; through the vacated opening ^ ₁ passing between the double piston · guided pressurized water by means of the tube C ₁ according to the hydraulic cylinder A, the piston b to the opposite direction than before-shifting, while the unstressed, remaining from the previous game water of on the other side Piston a through the tube <?., Over the sunk piston / ₂ can get into the open.

Wird der Doppelkolben so tief gesenkt, dafs die obere Fläche des Kolbens /, unter die Austrittsöffnung e zu liegen kommt, so deckt der Kolben f.ν die Eintrittsöffnung e₃ , schliefst also das Druckwasser ab, während das vor und hinter dem hydraulischen Kolben b befindliche Wasser einerseits durch das Rohr e_lt den Cylinder d und die Oeffnung e, andererseits durch das Rohr e., und die obere Oeffnung des Cylinders d mit dem Freien in Verbindung steht. Diese tiefste Stellung wird dem Kolben b nur gegeben um den Kolben b frei beweglich zu machen, wenn die Selbstregulirung durch den Steuerapparat ausgelöst und mittelst des Handrades -p mit Hand gestellt werden soll.If the double piston so deep lowered, the upper surface DAF the piston /, comes to lie below the outlet opening e, the piston covers f.ν the inlet opening e _3, that is asleep from the pressurized water while the front and behind the hydraulic piston b water located on the one hand through the pipe e _lt the cylinder d and the opening e, on the other hand through the pipe e., and the upper opening of the cylinder d is in communication with the open air. This lowest position is given to the piston b only to make the piston b freely movable when the self-regulation is triggered by the control unit and is to be set by hand using the handwheel -p.

Die nach oben verlängerte Zugstange des Doppelkolbens /i/_a steht durch einem Hebel mit der Hülse eines Regulators in Verbindung und da an sich schon durch die Führung des Druckwassers zwischen die Steuerkolben kein Ueberdruck auf dieselben stattfindet, aufserdem auch das Gewicht des Doppelkolbens und Gestänges durch ein Gegengewicht am Hebel ausgeglichen ist, so hat die Hülse des Regulators nur den geringen Reibungswiderstand des Doppelkolbens im Cylinder d zu überwinden, um eine weit bedeutendere mechanische Leistung durch das Druckwasser hervorzururufen.The upwardly lengthened pull rod of the double piston / i / _a is connected to the sleeve of a regulator by a lever and since there is no overpressure on the control piston by guiding the pressurized water between the control piston, the weight of the double piston and rods also through a counterweight is balanced on the lever, the sleeve of the regulator only has to overcome the low frictional resistance of the double piston in cylinder d in order to produce a far more significant mechanical performance by the pressurized water.

In Fig. ι bedeutet g eine nach Art des sogenannten Bayonnetverschlusses construirte, mit Hand stellbare Auslösung, welche benutzt wird, wenn die Wirkung des Regulators ausgeschaltet und mit Hand am Handrade p regulirt werden sollIn FIG. 1, g means a manually adjustable release, constructed in the manner of the so-called bayonnet lock, which is used when the action of the regulator is to be switched off and regulated by hand on the handwheel p

An dem Steuercylinder d ist noch eigenthün> lieh, dafs die Kanäle ^₁ und e_± schräg einmünden, was den Zweck hat, bei der öffnenden Verschiebung den Kolben /i und /₂ zunächst nur eine kleine Oeffnung frei zu machen und durch den Durchgangswiderstand die Spannung des Druckwassers so zu mindern, dafs der Kolben b nicht plötzlich, sondern nur ganz allmälig in Bewegung gesetzt wird. Diese mäfsigende Wirkung durch den Steuerapparat ist sehr zweckmäfsig bei den kleineren Schwankungen des Regulators und bildet einen grofsen Vorzug vor den bisher bekannten Regulirapparaten, bei denen ein in Bewegung befindlicher Transmissionstheil (Riemscheiben, Räder, Klinkenhebel, Klauenmuffe etc. durch Vermittelung des Regulators ein- oder ausgerückt wird. Diese Ein- oder Ausrückung ist stets plötzlich und geschieht die Regulirung mit. der durch die Transmission bedingten Geschwin digkeit, auch wenn die Regulatorbewegung von nur vorübergehender kurzer Dauer war.The control cylinder d is still peculiar to _{the fact that the channels ^ 1} and e _± open at an angle, which has the purpose of making _{only a small opening free for the piston / i and / 2} during the opening displacement and, through the passage resistance, the To reduce the tension of the pressurized water so that the piston b is not set in motion suddenly, but only very gradually. This moderating effect by the control apparatus is very useful in the case of the smaller fluctuations of the regulator and forms a great advantage over the previously known regulators in which a moving transmission part (pulleys, wheels, ratchet levers, claw sleeves, etc.) is switched on or off by means of the regulator This engagement or disengagement is always sudden, and the regulation takes place at the speed dictated by the transmission, even if the regulator movement was only of a temporary short duration.

Man kann selbstverständlich dieselbe Drosselung des Druckwassers erhalten, wenn man die Steuerkolben schief abschneidet und die Kanäle gerade ansetzt.You can of course get the same throttling of the pressurized water by using the The control piston cuts off at an angle and the channels are straight.

Auf Blatt II ist in Fig. 7 eine Radialturbine mit Wasserzuführung von unten, partieller und zwar bis % gehender Beaufschlagung von innen, dargestellt; die Construction der Turbine stimmt im übrigen mit der auf Blatt I gezeichneten überein. Der hydraulische Cylinder α der Fig. ι wird in Fig. 7 durch ein halbringförmiges, im Querschnitt rechteckiges Gehäuse ersetzt, welches mit dem Lappen ί auf den am Zuflufsrohre h befestigten Consolen S_x gelagert ist. An dem drehbaren Cylinder k des Leitapparats m ist eine Wand b verschraubt, die als hydraulischer kolben dient und sich mit der Drehung des Cylinders k in dem Gehäuse α verschiebt. Der auf dem Zuflufsrohre Zi₁ befestigte in gröfserem Maafsstabe in den Figuren 9 und 11 in Verticaldurchschnitteh und in Fig. 10 im Horizontaldurchschnitt dargestellte Steuerapparat stimmt mit dem auf Blatt I überein. Durch die Rohre e_x und e_t wird das Druckwasser durch die radialen Böden des hydraulischen Gehäuses α in dasselbe eingeführt und dreht sich um letzteres der Cylinder k des Leitrades m. Diese Construction ist durch die directe Bewegungsübertragung auf den Leitapparat eine wesentliche Vereinfachung der auf Blatt I dargestellten Vorrichtung, bei welcher eine Zwischenübertragung durch Zahnräder und Zahnstange stattfindet.On sheet II, FIG. 7 shows a radial turbine with water supply from below, partial and up to% exposure from the inside; the construction of the turbine is otherwise identical to that drawn on sheet I. The hydraulic cylinder α in FIG. 7 is replaced in FIG. 7 by a semicircular housing with a rectangular cross section, which is supported with the tab ί on the consoles S _x attached to the inflow pipes h . A wall b is screwed to the rotatable cylinder k of the diffuser m , which serves as a hydraulic piston and moves α with the rotation of the cylinder k in the housing. The control apparatus fastened to the inflow pipe Zi ₁ on a larger scale in FIGS. 9 and 11 in vertical section and in Fig. 10 in horizontal section corresponds to that on sheet I. The pressurized water is introduced into the hydraulic housing α through the pipes e _x and e _t through the radial bottoms of the hydraulic housing α, and the cylinder k of the guide wheel m rotates around the latter. This construction is an essential simplification of that on the blade due to the direct transmission of motion to the guide apparatus I device shown, in which an intermediate transmission takes place through toothed wheels and rack.

Fig. 12 auf Blatt II stellt endlich eine Axialturbine mit halbkugelförmigem Kessel dar, in welchen das Druckwasser durch das Zuflufsrohr h eingeführt wird. Der Schieberschützen t auf dem Leitrade m ist mit einer Zahnung versehen, in welche das Getriebe ^₆ eingreift. Die Axe u mit dem Getriebe q₅ wird mittelst des Räderpaares q_A durch die Axe υ bewegt und diese kann entweder mittelst des Räderpaares q₂, der Axe r und des Räderpaares q_ä durch das Handrad / mit Hand gedreht werden oder mittelst des Getriebes q_t durch den in Fig. izFig. 12 on sheet II finally shows an axial turbine with a hemispherical tank, into which the pressurized water is introduced through the supply pipe h . The slide gate t on the guide wheel m is provided with teeth into which the gear ^ ₆ engages. The axis u with the gear q ₅ is moved by means of the gear pair q _A through the axis υ and this can either be turned by means of the gear pair q ₂ , the axis r and the gear pair q _ä by the handwheel / by hand or by means of the gear q _t by the in Fig. iz

im Vertical-Durchschnitt und in Fig. 13 in Ansicht dargestellten hydraulischen Apparat, welcher folgendermafsen eingerichtet ist. Das hydraulische, im Querschnitt rechteckige, halbringförmige Gehäuse α ist bei w an dem Turbinenkessel befestigt. Das Nabencentrum des Gehäuses α trägt einen Bolzen, um welchen eine Scheibe y drehbar und an welcher die als Kolben dienende, den Querschnitt von α ausfüllende Wand b befestigt ist; ferner trägt die Scheibe y an kurzen Armstücken eine Zahnung q, welche in das Getriebe ^₁ auf der Welle ν greift. Der Steuerapparat, welcher in den Figuren 9, 10 und 11 dargestellt ist, steht auf dem erwähnten Nabencentrum und die Steuerrohre e_x und e₂ führen das Druckwasser durch die Verschlufsböden des hydraulischen Gehäuses in dasselbe. Die Scheibe y bildet die sich drehende Verschlufsdecke des Gehäuses a. Der Querschnitt des letzteren kann selbstverständlich auch ein anderer als ein rechteckiger sein.in vertical section and in elevation shown in Fig. 13, which is arranged as follows. The hydraulic semi-ring-shaped housing α, which is rectangular in cross section, is attached to the turbine boiler at w. The hub center of the housing α carries a bolt around which a disk y is rotatable and to which the wall b , which serves as a piston and fills the cross-section of α , is attached; Furthermore, the disc y has a toothing q on short arm pieces, which engages in the gearbox ^ ₁ on the shaft ν. The control apparatus, which is shown in FIGS. 9, 10 and 11, stands on the aforementioned hub center and the control tubes e _x and e ₂ lead the pressurized water through the locking bases of the hydraulic housing into the same. The disk y forms the rotating closure cover of the housing a. The cross-section of the latter can of course also be other than rectangular.

Claims

Patent Claims:

1. The impact water regulation by a hydraulic pressure apparatus, which by incoming water with a natural gradient or through artificially tensed water Water is set in motion.

2. The use of a control apparatus, which on the one hand with a regulator, on the other hand is in communication with the hydraulic pressure apparatus.

3. The connection of the three main parts: regulator, steering and hydraulic contactor device.

All in the construction represented by the drawing and description above is.

For this purpose 2 sheets of drawings.