DE2713867A1

DE2713867A1 - Vorrichtung zum schliessen der leitschaufeln einer hydraulischen maschine

Info

Publication number: DE2713867A1
Application number: DE19772713867
Authority: DE
Inventors: Saburoo Ikeda; Yasuaki Obiya
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-03-29
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1977-10-13
Also published as: CH601666A5; JPS52118140A; DE2713867C2; US4111101A; JPS6048634B2

Description

DIPL-ING KLAUS dEhN DIPL -PHYS ROBERT MÜNZHUBER PATENTANWÄLTE

WIOENMAYERSTRASSE β Ο ■ βΟΟΟ MÜNCHEN 22 TEL. (OBS) 22 2S 30 - 20 Sl 82

. £ · 28. März 1977

A 88 77 B/ib

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine

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Telegrammadresse Patentsenior

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine, insbesondere eine Vorrichtung zur stufenweisen Schließung der Leitschaufeln einer Wasserturbine oder einer Pumpenturbine mit verschiedenen Schließgeschwindigkeiten. Während des Betriebs einer Francis-Turbine oder -pumpenturbine ist es oft erforderlich, die Last abzuschalten oder in einem Notfall den Betrieb zu unterbrechen. In einem solchen Fall werden nach dem bekannten Stand der Technik die Leitschaufeln mit einer Vorrichtung schnell geschlossen, und zwar mit einer Fließcharakteristik, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Danach erfolgt die Schließung mit einer ersten Schließstufencharakteristik 0-1 (Fig. 1) und dann mit einer verhältnismäßig langsamen Schließgeschwindigkeit entsprechend einer zweiten Schließstufencharakteristik 1-2, bis die Leitschaufeln ganz geschlossen sind. Eine solche Schließcharakteristik wird ein zweistufiges Schnell-Langsam-Schließsystem genannt. Wenn aber die Länge des Druckrohres groß ist und die Strömungsmenge mit der Umdrehungszahl sich stark verändert, wie es bei Hochdruck-Pumpenturbinen der Fall ist, ist der Anstieg des hydraulischen Druckes durch den Wasserschlag so groß, daß es erforderlich ist, die Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln stark zu verringern, wenn die Strömungsmenge klein ist.

Bei dem oben beschriebenen zweistufigen Schließvorgang ergibt sich eine lange Schließzeit bei der Langsam-Schließstufe, so daß die Schaufeln nachteiligen Bedingungen unterworfen werden, wie

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einer Vibration, der Zentrufigalkraft und einer Schwankung des hydraulischen Druckes, und zwar lange Zeit bevor sie in die lastfreie öffnung zurückgekehrt sind. Außerdem ist, wenn beim normalen Betrieb die Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln niedrig ist, die Lastcharakteristik schlecht.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem beim Auftreten einer Laständerung die Leitschaufeln entsprechend einer ersten Stufe mit einer Schließcharakteristik 0-1 (Fig. 2) geschlossen werden, worauf die weitere Schließung entsprechend einer zweiten Stufe mit einer Schließcharakteristik 1-2 erfolgt, und zwar unter einer Betriebsbedingung, in welcher die Strömungsmenge stark abnimmt, wenn die GEschwindigkeit der Wasserturbine ansteigt, und worauf schließlich eine verhältnismäßig schnelle Schließung entsprechend einer dritten Schließcharakteristik 2-3 erfolgt, wodurch die Wasserströmung unterbrochen wird (japanisches Patent Nr. 40902/1974).

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Schliessen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine, mit welcher das obenfoeschriebeneVerfahren ausführbar ist.

Durch die Erfindung wird ferner eine verbesserte Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine geschaffen, mit welcher eine optimale Schließsteuerung der Leitschaufeln durch Auswahl einer optimalen Schließcharakteristik erreichbar ist, und zwar durch Anwendung von hydraulischen Stellvorrichtungen für die stufenweise Veränderung der Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine ist gekennzeichnet durch einen Stellmotor für die Betätigung der Leitschaufeln, durch ein Ventil, welches die Zuführung und Abführung des Druckmittels zum Stellmotor in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der hydraulischen Maschine steuert, durch ein Umschalt-Drosselventil für die stufenweise Veränderung der Strömung des aus dem Stellmotor austretenden Arbeitsmediums, wodurch die Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln nacheinander von einer ersten über eine zweite zu einer dritten Schließgeschwindigkeit geändert wird, durch eine erste druckmittelbetätige Stellvorrichtung für die Einstellung des Umschalt-Drosselventils in eine solche Stellung, daß die zweite Schließgeschwindigkeit eingestellt wird, durch eine zweite druckmittelbetätigte Stellvorrichtung für die Einstellung des Umschalt-Drosselventils in eine solche Stellung, daß die dritte Schließgeschwindigkeit eingestellt wird, durch eine Leitungsanordnung für die Zuführung von Druckmittel zu den beiden Stellvorrichtungen, durch ein erstes Umschaltventil, welches die Leitung mit der Druckmittelquelle verbindet, durch eine Vorrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Schließvorgang des Stellmotors das erste Umschaltventil in eine ARbeitsstellung bringt, in welcher die Leitungsanordnung mit der Druckmittelquelle verbunden wird, wenn der Stellmotor sich über einen ersten Schließweg bewegt, durch ein zweites Umschaltventil, das in Reihe mit einer Druckmittel der ersten Stellvorrichtung zuführenden oder von dieser wegführenden Leitung geschaltet ist, und durch eine Zeitverzögerungsvorrichtung, die mit dem zweiten Umschaltventil in Verbindung steht, welches das Druckmittel von der ersten Druckmittel-Stellvorrichtung abführt, wenn der STellmotor einen zweiten Schließweg zurücklegt, so daß die

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Leitschaufeln schrittweise mit unterschiedlichen Schließgeschwindigkeiten geschlossen werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine grafische Darstellung einer Schließcharakteristik eines bekannten Verfahrens zum Schließen von Leitschaufeln,

Fig. 2: eine grafische Darstellung einer Schließcharakteristik für Leitschaufeln, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbar ist,

Fig. 3: eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln,

Fig. 4: eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Hub des Schiebers eines Schieberventils und der GEschwindigkeit eines Stellmotors zeigt,

Fig. 5: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 6: eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betätigung der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine (Turbine oder Pumpe) dargestellt, wobei aber die hydraulische Maschine nicht gezeigt ist. Die Vorrichtung enthält einen Stellmotor 1, welcher an ein Druckschieberventil 4 über Leitungen 2 und 3 angeschlossen ist. Die Bewegung des Kolbens 1a des Stellmotors 1 wird durch die Verschiebung des Schiebers 4a des Schieberventils 4 aus seiner neutralen Lage ge-

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steuert. Die Verschiebung des Schiebers 4a und die Geschwindigkeit des Kolbens 1a des Stellmotors sind im wesentlichen proportional, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Drucköl wird der Einlaßöffnung des Schieberventils 4 durch eine Leitung 6 zugeführt, die mit einer Druckölquelle 5 in Verbindung steht. Der Schieber 4a des Ventils 4 ist unmittelbar mit dem Kolben 7a eines Steuerventils 7 verbunden, so daß die Verschiebung des Schiebers 4a aus der neutralen Lage durch das Steuerventil 7 gesteuert wird, und es wird der Weg oder Hub des Kolbens 7a durch einen Anschlaghebel 8a und einen Anschlag 8b gesteuert. Es wird somit der Kolben 7a bei einem vorbestimmten maximalen Hub X aus der neutralen Lage angehalten, bei welchem die Schließgeschwindigkeit Vx des Stellmotors 1 bestimmt ist (siehe Fig. 4). Das Steuerventil 7 ist mit einem Öldruck-Servoventil 11 über Leitungen 9 und 10 verbunden. Das Servoventil 11 wird mit Drucköl von der Quelle 5 über eine Leitung 12 versorgt. Obgleich es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wird das Servoventil 11 mit einem elektrischen Signal gespeist, das von einem Geschwindigkeitsdetektor einer Turbine oder einem Ausgangssteuergerät der Wasserturbine herrührt, und ferner von einem Rückstellsignal von einem Potentio-meter 13, welches die Bewegung des Kolbens 1a des Stellmotors 1 in ein elektrisches Signal umwandelt und dadurch das Steuerventil 7 durch den Ausgang des Servoventils 11 steuert.

In der Leitung 3 vom Stellmotor 1 befindet sich ein Umschalt-Drosselventil 14 mit drei Drosselventilen für die Änderung der Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln in drei STufen. Normalerweise wird ein vorbestimmtes Ventil der Drosselventile verwendet, um das vom Zylinder des Stellmotors ausgelassene Druck-

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öl zurück zu einem Abflußbehälter zu führen, und zwar über ein Schieberventil 4. Das Umschalt-Drosselventil 14 ist mit einer Platte 15 versehen, welche die Kolbenstangen einer ersten und einer zweiten voneinander unabhängigen Druckmittel-Betätigungsvorrichtung in Form von Kolben-Zylinder-Anordnungen 16 und 17 angreift, um die Drosselventile in dem Umschalt-Drosselventil 14 in Übereinstimmung mit der Stellung der Enden der Kolbenstangen auszuwählen.

Eine Kolben-Zylinder-Anordnung 16 ist mit der Leitung 6 über miteinander in Reihe geschalteten Leitungen 18 und 19 verbunden, von denen die erstgenannte ein Strömungsweg-Umschaltventil 20 enthält, während die letztgenannte Leitung ein erstes Umschaltventil 21 enthält. Diese Umschaltventile sind normalerweise geschlossene Umschaltventile mit zwei Stellungen. Die Leitung 18 enthält ferner ein zweites Umschaltventil 23, das normalerweise geöffnet ist, für die wahlweise Zuführung und Abführung von Druck-Öl zu der Kolben-Zylinder-Anordnung 16 bzw. von dieser weg. Die andere Kolben-Zylinder-Anordnung 17 ist über eine Leitung 22 mit der Leitung 18 verbunden.

Das erste Umschaltventil 21 ist zwischen zwei Stellungen umschaltbar, und zwar durch einen Nocken 24 auf der Welle 25, die durch eine Seilscheibe 26 und ein Seil 27, das mit dem Kolben 1a des Stellmotors 1 verbunden ist, gedreht wird. Wenn also die Kolbenstange 1a in eine Richtung bewegt wird, durch die die Leitschaufeln geschlossen werden, wird das Seil 27 gegen die Wirkung eines Gegengewichts W nach abwärts gezogen, wodurch die Seilscheibe und der Nocken 24 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Infolgedessen

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schaltet der Nocken 24, wenn er die Umschaltstellung 1 erreicht (siehe Fig. 2), das erste Umschaltventil 21 um, so daß dieses mit der Ausflußöffnung in Verbindung steht.

Das Strömungsweg-Umschaltventil 20 wird durch eine Betätigungsstange 28, die an dem Anschlaghebel 8a befestigt ist, in eine Arbeitsstellung geschaltet. Die Betätigungsstange 28 hat einen Leerhub Y, der kleiner ist als der Hub X, so daß X-Y den Umschalthub des Strömungsweg-Umschaltventils 20 darstellt.

Das zweite Umschaltventil 23 wird von einer Kolben-Zylinder-Anordnung 2 9 betätigt, die als Zeitverzögerungs-Auslösevorrichtung arbeitet. Eine Kammer 29b auf einer Seite des Kolbens 2 9a ist mit der Druckmittelquelle verbunden, während die Kammer 29c auf der gegenüberliegenden Seite mit der Leitung 19 verbunden ist, und zwar über eine Leitung 32, die eine Kombination 31 aus einem Rückschlagventil und einem steuerbaren Ventil enthält. Die Abflußleitungen sind mit 33 bezeichnet.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen:

Wenn die Wasserturbine unter hoher Last arbeitet und der Stellmotor 1 sich in seiner voll geöffneten Stellung befindet, da sich das erste Umschaltventil 21 in einer Stellung befindet, in der die Verbindung zum Abfluß hergestellt wird, sind die Leitungen 19, 18 und 22 alle auf den Abfluß oder die drucklose Stellung geschaltet, und es wird das Umschaltventil 14 in seiner voll geöffneten Stellung gehalten, in welcher der Stellmotor 1 mit der

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Schließgeschwindigkeit der ersten Stufe arbeitet.

Wenn die Last unter einer solchen normalen Arbeitsbedingung unterbrochen wird, steigt die GEschwindigkeit der Wasserturbine schnell an. Ein nicht dargestellter Geschwindigkeitsdetektor stellt eine solche Ubergeschwindigkeit fest und sendet ein Schließsignal zum Servoventil 11. Infolgedessen wird Drucköl von der Quelle 5 dem Steuerventil 7 über die Leitung 9 zugeführt, um den Schieber 4a nach unten zu bewegen, wodurch der Stellmotor 1 in eine solche Richtung angetrieben wird, daß die Leitschaufeln geschlossen«erden. Diese Bewegung der Kolbenstange 1a des Stellmotors wird durch das Potentiometer 13 festgestellt, und es wird das Ausgangssignal des Potentiometers zum Servoventil 11 übertragen. Da aber das Signal des Geschwindigkeitsdetektors zuerst groß ist, bewegt sich das Schieberventil 4 zusammen mit dem Anschlaghebel 8a nach abwärts, und wenn diese Abwärtsbewegung den Hub X überschreitet, schaltet die Betätigungsstange 28 das Umschaltventil 20 aus seiner mit dem Abfluß in Verbindung stehenden Stellung in eine Arbeitsstellung. In der Zwischenzeit werden die Leitschaufeln des Wasserrades geschlossen, und zwar entsprechend der Schließcharakteristik 0-1 der ersten Stufe (Fig. 2), und wenn der Punkt 1 erreicht ist,wird das Umschaltventil 20 in die Arbeitsstellung umgeschaltet.

Das Seil 27 wird synchron mit der Bewegung des Stellmotors 1 in Schließrichtung gezogen, so daß der Nocken im Uhrzeigersinn über die Seilscheibe 26 und die Welle 25 gedreht wird. Wenn der Nocken 24 einen ersten Schaltpunkt oder Hochpunkt 1 erreicht, wird das erste Umschaltventil 21 aus der mit dem Abfluß in Verbindung stehenden Stellung in die Arbeitsstellung umgeschaltet. Es wird dann

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Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 16 aus den Leitungen 6 und 19 über das Umschaltventil 20, die Leitung 18 und das zweite Umschaltventil 23 zugeführt. Infolgedessen wird das Drosselventil 14 in Übereinstimmung mit dem Hub des Kolbens 16a in die zweite Drosselstellenlage geschaltet, wodurch die Leitschaufeln entlang der zweiten Schließcharakteristik langsam geschlossen werden. Zur gleichen Zeit wird Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 zugeführt, um deren Kolben 17a nach abwärts zu bewegen. Der Kolben 17a hält an, wenn das Umschalt-Drosselventil 14 in eine dritte Drosselstellenlage geschaltet ist, welche eine Wartebedingung sicherstellt. Das der rechten Kammer 29c der Kolben-Zylinder-Anordnung 29 über die Leitung 32 und die Kombination 31 aus einem Rückschlagventil und einem einstellbaren Ventil zugeführte Drucköl bewegt den Kolben 29a nach links. Wenn der Kolben 29a sich in die am weitesten links gelegene Stellung bewegt, wird das zweite Umschaltventil 23 in die mit dem Abfluß in Verbindung stehende Stellung geschaltet. In der Zwischenzeit wird die öffnung der Leitschaufeln auf einem konstanten Wert gehalten, und zwar entsprechend der Schließcharakteristik 1-2 (Fig. 2) der zweiten Stufe. Wenn das Umschaltventil 23 in die mit dem Abfluß in Verbindung stehende Lage geschaltet wird, wird die Leitung 18 mit der Abflußseite verbunden, und es hebt sich der Kolben 16a der Kolben-Zylinder-Anordnung 16, so daß das Umschalt-Drosselventil 14 die dritte Drosselstellenlage einnimmt, die durch den Kolben 17a der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 eingestellt wird, wie es oben beschrieben ist. Infolgedessen werden die Leitschaufeln durch den Stellmotor 1 entlang der Schließcharakteristik 2, 3 (Fig. 2) der dritten Stufe geschlossen. Wenn die Last unter einer Bedingung unterhalb des Schaltpunkts 1 des Umschaltventils 21 unterbrochen wird, wird die

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Geschwindigkeit, welche die Wasserturbine erreicht, kleiner, wenn die Last ansteigt. Aus diesem Grunde ist es nicht erforderlich, die Leitschaufeln schnell zu schließen, und es wird der Anstieg des hydraulischen Druckes auf einen Wert unterhalb eines zulässigen Wertes begrenzt. Infolgedessen können die Leitschaufeln entlang einer geraden Linie geschlossen werden, wie es bisher schon der Fall gewesen ist.

Wenn die Last der Wasserturbine während des Schließvorgangs der Leitschaufeln unterbrochen wird, wird das Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 über eine Leitung 22 zugeführt, und zwar auch dann, wenn das Umschaltventil 20 in die mit dem Abfluß in Verbindung stehende Stellung durch den Anschlaghebel 28 umgeschaltet wird, da das erste Umschaltventil 21 und das zweite Umschaltventil 23 bereits umgeschaltet worden sind, so daß der Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 das Umschalt-Drosselventil 14 in die dritte Stufe für die Schließgeschwindigkeit umschaltet.

Wenn der Stellmotor 1 unter normaler Arbeitsbedingung arbeitet, um die Last der Wasserturbine einzustellen, können die Leitschaufeln linear geöffnet oder geschlossen werden, da eine schnelle öffnung und Schließung nicht über den gesamten Hub wirksam sind und infolgedessen die Geschwindigkeitsveränderung der Wasserturbine klein ist.

Wenn der Hub des Schiebers 4a des Schieberventils 4 entsprechend einem Schließsignal kleiner ist als der Hub Y, öffnet das Umschalt-Drosselventil 14, da der Druck in den Leitungen 18 und 22 0 ist, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Stellmotors 1 entsprechend dem Hub des Schiebers 4c des Druck-Schieberventils linear sein

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kann, wie es durch die strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem die dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird eine zeitverzögerte öffnung der ersten Kolben-Zylinder-Anordnung durch einen Stoßdämpfer erreicht, um so eine vielstufige Schließung der Leitschaufeln zu bewirken. Im folgenden wird der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 5 kurz beschrieben.

Ein Stoßdämpfergehäuse 35 ist in seinem Inneren in ein oberes Abteil 17 und ein unteres Abteil 38 unterteilt, und zwar durch eine horizontale Trennwand 36. Die Abteile 37 und 38 enthalten öl und stehen über ein Strömungs-Einstellventil 31 mit einem Rückschlagventil miteinander in Verbindung. Die Trennwand 36 ist mit drei zylindrischen öffnungen 39, 40 und 41 versehen, die drei Kolben, nämlich einen ersten Kolben 42, einen zweiten Kolben 43 und einen dritten Kolben 44 aufnehmen. Der erste Kolben 42 ist mit der Welle 25 über eine Verbindungsstange 45 und einen Arm 46 verbunden, so daß der erste Kolben 42 in das untere Abteil 38 gedrängt wird, wenn der Stellmotor 1 in Schließrichtung arbeitet.

Der zweite Kolben 43 ist mit dem zweiten Umschaltventil 23 über eine Verbindungsstange 45 verbunden, die einen Arm 46 aufweist, der an einem Zwischenpunkt befestigt ist. Das Umschaltventil 23 wird normalerweise nach abwärts in Richtung auf das untere Abteil 38 gedrängt, bis ein Anschlagglied 43a am Boden des Kolbens 43

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auf der Bodenfläche des Gehäuses'35 anstößt.

Der dritte Kolben 44 ist über eine Verbindungsstange 50 mit einem Kolben 48 verbunden, der in einem Zylinder 49 verschiebbar ist und normalerweise durch eine Feder 51 nach oben gedrängt wird.

Ein Entlastungsventil 52 ist in der Trennwand 36 zwischen dem zweiten Kolben 43 und dem dritten Kolben 44 vorgesehen. Das Entlastungsventil 52 enthält einen Ventilkörper 54, der die öffnung 53 schließt, eine Vorspannfeder 55 und einen Stab 52a, der sich durch den Arm 46 hindurch erstreckt, so daß die öffnung 53 geöffnet wird, wenn der Arm 46 um einen vorbestimmten Hub S angehoben wird. Der Druck in dem unteren Abteil 38 wird durch die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des ersten Kolbens 42 und die Drosselöffnung des Strömungseinstellventils 31 bestimmt, während die Abwärtsbewegungszeit des Umschaltventils 23 durch seinen Hub und die Drosselöffnung des Strömungseinstellventils 31 bestimmt ist.

Der Schalthub des zweiten Umschaltventils 23 kann verändert werden durch Änderung des Hubes S des Entlastungsventils 52. Infolgedessen kann die Schließgeschwindigkeit des Stellmotors 1 durch Einstellung der Drosselöffnung des Strömungseinstellventils 31 verändert werden, während die Rückstellzeit des Stellmotors auch durch Einstellung des Hubes verändert werden kann, wobei eine solche Einstellung durch Verstellung der Lage der Muttern 52b erfolgt, die auf den Ventilstab 52a aufgeschraubt sind.

Wenn das zweite Umschaltventil 23 in die Arbeitsstellung geschaltet ist, bewegt sich der Kolben 48 im Zylinder 49 schnell nach ab-

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wärts, wodurch der zweite Kolben 4 3 und das zweite Umschaltventil 23 über einen vorbestimmten Hub angehoben werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine definierte Verzögerungszeit sicherzustellen, und zwar auch dann, wenn der Hub des ersten Kolbens 43 klein ist.

Die abgewandelte Ausführung nach Fig. 5 arbeitet folgendermaßen.

Wenn die Wasserturbine unter hoher Last läuft und wenn der Stellmotor sich in seiner voll geöffneten Stellung befindet, befindet sich das erste Umschaltventil 21 in seiner mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung, so daß die Leitung 19 mit der Ablaufleitung 33 verbunden ist und der Druck in der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 0 ist. Unter diese Bedingungen befindet sich das zweite Umschaltventil 23 in einer mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung, so daß der Druck im Zylinder 16 ebenfalls 0 ist. Infolgedessen wird das Umschalt-Drosselventil 19 in einer voll geöffneten Stellung gehalten, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, so daß die Leitschaufeln mit der Charakteristik für die erste Schließstufe geschlossen werden können.

Wenn die Last des Wasserrades bzw. der Wasserturbine unter den oben beschriebenen normalen Arbeitsbedingungen unterbrochen wird, steigt die Geschwindigkeit des Wasserrades schnell an, was von dem Geschwindigkeitsdetektor festgestellt wird. Das Servoventil 11 wird durch ein vom Geschwindigkeitsdetektor abgegebenes Schließsignal betätigt, so daß Drucköl dem Steuerventil 7 über die Leitung 9 zugeführt wird. Infolgedessen wird der Schieber des Schieberventils 4 nach abwärts bewegt, so daß der Stellmotor 1 in Richtung der Schließbewegung der Leitschaufeln angetrieben wird.

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Diese Bewegung des Kolbens 1a des Stellmotors 1 wird durch ein Potentiometer 13 festgestellt, und es wird der Ausgang des Potentiometers dem Servoventil 11 Über eine nicht dargestellte Schaltung zugeführt. Da das Ausgangssignal vom Geschwindigkeitsdetektor hoch ist, bewegt sich zuerst der Schieber 4a des Schieberventils 4 zusammen mit der Mutter 8a, die auf den Schaft des Schiebers 4a aufgeschraubt ist und als Anschlag wirkt, nach abwärts. Wenn der Schieber 4a um eine Strecke X nach abwärts bewegt wird,wird er angehalten. In der Zwischenzeit sind die Leitschaufeln entlang der in Fig. 2 gezeigten Schließcharakteristik der ersten Stufe geschlossen worden.

Das Seil 27 wird synchron mit der Schließbewegung des Stellmotors 1 gezogen und dreht den Nocken 24 über die Seilscheibe 26 und die Welle 25 im Uhrzeigersinn. Dann wird der erste Kolben 42 in das untere Abteil 38 des Stoßdämpfergehäuses 35 gedrängt, und zwar durch die Verbindungsstange 45. Da der Druck in dem Abteil 38 durch den durch das Strömungseinstellventil 31 hervorgerufenen Strömungswiderstand bestimmt wird, und zwar durch Einstellung dieses Ventils 31 derart, daß der zweite Kolben 4 3 bei Geschwindigkeiten oberhalb der dritten Stufe der Schließgeschwindigkeit und unterhalb der ersten Stufe der Schließgeschwindigkeit geöffnet wird, wird der zweite Kolben 43 angehoben, wenn der in Fig. 2 gezeigte Punkt 1 erreicht wird, wodurch das zweite Umschaltventil 23 von der mit dem Abfluß in Verbindung stehenden Stellung in die Arbeitsstellung geschaltet wird. Da in der Zwischenzeit die Leitung 19 mit der Abflußseite verbunden ist, ist der Druck in den Leitungen 18 und 22 0, so daß das Umschalt-Drosselventil 14 in seiner voll geöffneten Stellung gehalten wird.

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Wenn der Nocken 24 den Schaltpunkt 1 erreicht, wird das erste Umschaltventil 21 aus der mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung in die Arbeitsstellung geschaltet. Es wird dann Druck-Öl von der Quelle 5 zu der Kolben-Zylinder-Anordnung 16 über die Leitung 19 und das Umschaltventil 23 geliefert, so daß das Umschalt-Drosselventil 14 in die zweite Schließlage geschaltet wird. Gleichzeitig wird das Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 durch die Leitungen 19 und 22 zugeführt, wodurch der Kolben 17a in eine Stellung nach abwärts bewegt wird, die der dritten Schließstellung des Umschalt-Drosselventils 14 entspricht. Andererseits wird das Drucköl über das Umschaltventil 23 dem Zylinder 48 zugeführt. Infolgedessen wird der dritte Kolben 44 durch den Kolben 48 nach unten gedrückt, wodurch der zweite Kolben 43 sich zu heben beginnt.

Wenn der Stellmotor 1 den Punkt 1 (Fig. 2) erreicht und in den zweiten Schließbereich eintritt, wird das vom ersten Kolben 42 verdrängte öl weniger als der Grenzwert des Strömungseinstellventils 31. Mit anderen Worten kann das verdrängte Ul frei durch das Strömungseinstellventil hindurchfließen. Somit bewegt sich der zweite Kolben 43 allmählich unter der Spannung der Feder 47 nach abwärts, so daß an dem Ende des Hubes des zweiten Kolbens 43 die Leitung 18 in die mit dem Abfluß in Verbindung stehende Stellung geschaltet wird. Infolgedessen hebt sich der Kolben 16a der Kolben-Zylinder-Anordnung 16, wodurch das Umschalt-Drosselventll 14 in die dritte Drosselstellung geschaltet wird. Darauf schließt der Stellmotor die Leitschaufeln entlang der Charakteristik 2, 3 (Fig. 2) mit der dritten Schließgeschwindigkeit.

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Wenn die Belastung unterbrochen wird, bevor das Umschaltventil 21 den Schaltpunkt erreicht, arbeitet der Stoßdämpfer nicht. Es befindet sich das Umschaltventil 23 in seiner mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung, und es herrscht in der Kolben-Zylinder-Anordnung, welche die zweite Schließgeschwindigkeit bestimmt, kein Druck, so daß sich der Stellmotor entlang einer strichpunktierten Linie b (Fig. 2) mit der dritten Schließgeschwindigkeit bewegt. Wenn die Schließgeschwindigkeit entsprechend dem Schließsignal, das dem Servoventil 11 zugeführt wird, niedrigei/Lst als die dritte Schließgeschwindigkeit, die durch den Kolben 17a der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 bestimmt ist, ergibt sich eine Schließgeschwindigkeit des Stellmotors, wie sie durch eine gerade Linie c-c' (Fig. 2) gezeigt ist, ürd zwar entsprechend der Stellung des Schiebers 4a des Schieberventils 4.

Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung der ERfindung, bei welcher der Ausführung nach Fig. 5 entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 5 dadurch, daß die Schließgeschwindigkeit des Stellmotors 1 durch die Druckdifferenz des Drucköls bestimmt wird.

Im einzelnen ist ein veränderbares Drosselventil 60 in die Ablaufleitung 3 des Stellmotors 1 eingeschaltet, und es führen Leitungen 61 und 62, die über dem Drosselventil 60 angeordnet sind, zu einer Kolben-Zylinder-Anordnung 63. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 63 wirkt als Zeitverzögerungsvorrichtung für die Schaltung des zweiten Umschaltventils 23 mit einer Zeitverzögerung. Wenn der Stellmotor 1 in Schließrichtung arbeitet, ist die Hoch-

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druckseite des veränderbaren Drosselventils 60 mit der linken Öffnung 63a der Kolben-Zylinder-Anordnung 6 3 über ein Rückschlagventil 64 und eine Leitung 61 verbunden. Der Kolben 65 der Kolben-Zylinder-Anordnung 6 3 ist in Richtung auf das Umschaltventil 23 durch eine Feder 66 vorgespannt, während die gegenüberliegenden Enden des Zylinders durch eine Umgehungsleitung 68 verbunden sind, die mit einem veränderbaren Drosselventil 67 versehen ist.

Das abgewandelte Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 arbeitet folgendermaßen :

Wenn die Wasserturbine unter voller Last arbeitet, so daß sich der STellmotor 1 in der voll geöffneten Stellung befindet, befindet sich das erste Umschaltventil 21 in der mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung, so daß die Leitung 19 auf die Ablaufseite geschaltet ist und sich die Kolben-Zylinder-Anordnung 17 im drucklosen Zustand befindet. Da auch das zweite Umschaltventil 23 sich in der mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung befindet und da die Kolben-Zylinder-Anordnung 16 ohne Druck ist, wird das Umschalt-Drosselventil 14 in voll geöffneter Stellung gehalten, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, so daß die Leitschaufeln mit der ersten Schließgeschwindigkeit betätigt werden können.

Wenn unter dieser normalen Arbeitsbedingung die Last unterbrochen wird, steigt die Geschwindigkeit der Wasserturbine schnell an. Dieser Geschwindigkeitsanstieg wird durch einen ersten Geschwindigkeitsdetektor festgestellt, und es wird das Servoventil 11 durch ein Schließsignal betätigt, das durch den Geschwindigkeitsdetektor erzeugt wird, wodurch Drucköl dem Steuerventil 7

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über die Leitung 9 zugeführt wird, wodurch der Stellmotor 1 durch Abwärtsbewegung des Schiebers 4a des Schieberventils in Schließrichtung angetrieben wird. Das Ul in der Leitung 3, das aus dem Stellmotor austritt, erzeugt über dem veränderbaren Drosselventil 60 einen Druckabfall, welcher den Kolben 65 gegen die Kraft der Feder 66 nach rechts bewegt, wodurch das zweite Umschaltventil 23 aus der mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung in die Arbeitsstellung geschaltet wird. Zu dieser Zeit wird die Bewegung des Kolbens 1a des Stellmotors 1 durch das Potentiometer 13 festgestellt, und es wird das Ausgangssignal des Potentiometers zum Servoventil 11 übertragen. Da das festgestellte GEschwindigkeitssignal zuerst groß ist, wird der Schieber 4a des Schieberventils 4 schnell nach abwärts bewegt und nach einem Hub X durch den Anschlag 8a angehalten. In der Zwischenzeit sind die Leitschaufeln entlang der Schließcharakteristik 0-1 (Fig. 4) geschlossen worden.

Da sich der Stellmotor in Schließrichtung bewegt, wird der Nocken durch das Seil 27, die Seilscheibe 26 und die Welle 25 im Uhrzeigersinn gedreht. Wenn der Nocken 24 den Schaltpunkt 1 erreicht, wird das Umschaltventil 21 aus der mit dem Ablauf in Verbindung stehenden Stellung in die Arbeitsstellung geschaltet. Dann wird Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 16 über die Leitung 19 und das Umschaltventil 23 zugeführt, wodurch das Umschalt-Drosselventil 14 in die zweite Schließstellung geschaltet wird. Gleichzeitig wird das Drucköl der Kolben-Zylinder-Anordnung 17 zugeführt, wodurch deren Kolben 17a in eine Position bewegt wird, in welcher das Umschalt-Drosselventil 14 die dritte Schließgeschwindigkeit annimmt.

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Wenn sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Stellmotors auf eine niedrige Schließgeschwindigkeit verringert, nimmt der Druckabfall über dem veränderbaren Drosselventil 60 ab, so daß der Kolben 65 durch die Feder 66 gegen das Umschaltventil 25 gedrängt wird. Zu dieser Zeit fließt das Öl auf der linken Seite des Kolbens 65 allmählich nach rechts, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch das veränderbare Drosselventil 67 bestimmt ist. Am Ende des Hubes schaltet der Kolben 65 das Umschaltventil 23 aus der ARbeitsstellung in die mit dem Ablauf verbundene Stellung,wodurch der Kolben 16a der Kolben-Zylinder-Anordnung 16 zurückgezogen wird. Infolgedessen wird das Umschalt-Drosselventil 14 in die dritte Drosselstellung geschaltet, die durch die Stellung des Kolbens 17a bestimmt ist. Darauf werden die Leitschaufeln entlang der Charakteristik 2-3 (Fig. 2) der dritten Schließstufe mit der dritten Schließgeschwindigkeit bewegt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.J Vorrichtung zum Schließen der Leitschaufeln einer hydraulischen Maschine, bei welcher die Leitschaufeln von einem Stellmotor betätigbar sind und bei welcher die Zuführung und Abführung des Druckmediums zum Stellmotor und vom Stellmotor weg in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der hydraulischen Maschine von einem Ventil gesteuert ist, gekennzeichnet durch

ein ümschalt-Drosselventil (14) für die stufenweise Veränderung der Strömung des aus dem Stellmotor (1) austretenden Arbeitsmediums, wodurch die Schließgeschwindigkeit der Leitschaufeln nacheinander von einer ersten über eine zweite zu einer dritten Schließgeschwindigkeit geändert wird, durch eine erste druckmittel-betätigte Stellvorrichtung (16) für die Einstellung des Umschalt-Drosselventils (14) in eine solche Stellung, daß die zweite Schließgeschwindigkeit eingestellt wird, durch eine zweite druckmittelbetätigte Stellvorrichtung (17) für die Einstellung des ümschalt-Drosselventils (14) in eine solche Stellung, daß die dritte Schließgeschwindigkeit eingestellt wird, durch eine Leitung (18,19,22) zur Zuführung von Druckmittel zu den beiden Stellvorrichtungen (16,17), durch ein erstes Umschaltventil (21), welches die Leitung (19) mit der Druckmittelquelle (5) verbindet, durch eine Vorrichtung (24 bis 27), welche in Abhängigkeit von dem Schließvorgang des Stellmotors (1) das erste Umschaltventil (21) in eine Arbeitsstellung bringt, in welcher die Leitung (18, 19) mit der Druckmittelquelle (5) verbunden wird, wenn der Stell-

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motor (1) sich über einen ersten Schließweg bewegt, durch ein zweites Umschaltventil (23) , das in Reihe mit einer Druckmittel der ersten Stellvorrichtung (16) zuführenden oder von dieser wegführenden Leitung (18) geschaltet ist, und durch eine Zeitverzögerungsvorrichtung (31), die mit dem zweiten Umschaltventil (23) in Verbindung steht, welches das Druckmittel von der ersten Druckmittel-Stellvorrichtung (16) abführt, wenn der Stellmotor (1) einen zweiten Schließweg zurücklegt, so daß die Leitschaufeln schrittweise mit unterschiedlichen Schließgeschwindigkeiten geschlossen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsvorrichtung aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung (29) und einer Kombination (31) aus einem Strömungsmengen-Einstellventil und einem Rückschlagventil besteht, welche das Druckmittel der Kolben-Zylinder-Anordnung (29) zuführt, wenn die Leitschaufeln einen zweiten Schließweg zurücklegen, wodurch das zweite Umschaltventil (23) in die Auslaßstellung umgeschaltet wird und das Druckmittel aus der ersten Druckmittel-Stellvorrichtung (16) ausläßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsvorrichtung aus einer ersten Stoßdämpferanordnung, die auf die Schließgeschwindigkeit des Stellmotors (1) anspricht, und aus einer zweiten Stoßdämpferanordnung (43) besteht, die mit dem zweiten Umschaltventil (23) verbunden ist, welches die Zuführung und den Auslaß des Druckmittels zu und von der ersten Stellvorrichtung (16) steuert, so daß das zweite Umschaltventil (23) von einer Arbeitsstellung in die Auslaßstellung geschaltet und das Druckmittel von dem ersten Stellglied

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(16) mit einer Zeitverzögerung ausgelassen wird, wenn die Leitschaufeln einen zweiten Schließweg zurücklegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsvorrichtung aus einem Stoßdämpfer besteht, der ein ein Strömungsmittel enthaltendes Gehäuse (35), eine das Innere des Gehäuses in obere und untere Abteile (37,38) unterteilende Trennwand (3b), einen ersten Kolben (42), einen zweiten Kolben (43) und einen dritten Kolben (44), die sich durch die Trennwand (36) erstrecken, wobei der erste Kolben (4 2) in Übereinstimmung mit der Betätigung des Stellmotors (1) betätigt wird, der zweiten Kolben mit dem zweiten Schaltventil (23) in Arbeitsverbindung steht und der dritte Kolben (44) durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung (48,49) betätigbar ist, die parallel zur ersten Druckmittel-Stellvorrichtung (16) geschaltet ist, ein Entlastungsventil (54), das sich durch die Trennwand erstreckt und durch den zweiten Kolben (43) betätigt wird, und eine Strömungseinstellvorrichtung (31) enthält, die/zwischen das obere Abteil (37) und das untere Abteil (38) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsvorrichtung aus einem Drosselventil (60), das mit einer das Druckmittel vom Stellmotor (1) wegführenden Leitung (3) in Reihe geschaltet ist, einer Kolben-Zylinder-Anordnung (63) für die Betätigung des zweiten Umschaltventils (23), einer Leitung (61,62) zur Verbindung der gegenüberliegenden Enden des Zylinders der Kolben-Zylinder-Anordnung (63) mit den beiden Seiten des Drosselventils (60) und aus einer eine Strömungsdrosselvorrichtung (67) enthaltenden Leitung (68) besteht, welche

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die gegenüberliegenden Enden des Zylinders miteinander verbindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Geschwindigkeit der hydraulischen Maschine und den Weg des Stellmotors (1) ansprechendes Servoventil (11) vorgesehen ist, daß ein durch das Servoventil (11) gesteuertes Steuerventil (7) vorgesehen ist, welches das Schieberventil (4) betätigt, und daß ein Strömungspfad-Umschaltventil (20) vorgesehen ist, das durch die Bewegung des Steuerventils (7) gesteuert wird und die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Umschaltventil (21) und der zweiten Druckmittel-Stellvorrichtung (17) steuert.

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