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Regler für Wassetturbinen, deren Leiträder und Laufräder verstellbar
sind. Der Regler nach der vorliegenden Erfindung ist für Wasserturbinen bestimmt,
bei denen die Einstellung auf verschiedene Beaufschlagungen bzw. Leistungen durch
Verstellung des Leitrades und Verstellung der Laufradschaufeln erfolgt, indem beispielsweise
das Leitrad in bekannter Weise mit Drehschaufeln ausgerüstet ist, während: die Laufradschaufeln
um in der Nabe gelagerte Achsen drehbar sind und vermittels eines Getriebes, welches-
in der Nabe angeordnet ist und durch eine Zugstange, welche durch die durchbohrte
Turbinenwelle hindurchgeht, von außen betätigt wird. Um bei verschiedenen Leistungen
bzw. bei verschiedenen Beaufschlagungen den besten Wirkungsgrad zu erzielen, ist
es notwendig, beide Regulierungssysteme richtigeinzustellen. ZujederLeistung bzw.
Beaufschlagüng gehört eine bestimmte Stellung der Leitradschaufeln und eine bestimmte
Stellung der Laufradschaufeln.Wenn der Wasserdurchlaß der Turbine von der Volleistung
an verkleinert und dabei stets der höchstmögliche Wirkungsgrad erreicht- werden
soll, müssen sowohl die Drehschaufeln des Leitapparates geschlossen als auch die
Schaufeln des Laufrades derart verdreht werden, daß sich kleinere Austrittswinkel
ergeben. Die beiden Reguliersysteme können dann zwangläufig derart verbunden werden,
daß selbsttätig immer die richtigen zusamrrengehörigen Stellungen der beiden Schaufelsysteme
erreicht werden, so daß die Turbine stets mit dem besten Wirkungsgrade arbeitet,
der bei dem betreffenden Wasserdurchlaß überhaupt möglich ist. In vielen Fällen
lassen. es jedoch Rücksichten anderer Art wünschenswert erscheinen, von der synchronen
Verstellung der beiden Reguliersysteme abzusehen.. Beispielsweisewird es häufig
zweckmäßig sein, nur die Leitschaufeln an den selbsttätigen Geschwindigkeitsregler
anzuschließen, die Laufradschaufeln dagegen von Hand einzustellen; man vermeidet
dadurch, daß bei jeder kleinen Belastungsänderung auch die Laufradschaufeln vErstellt
werden und schont so das zur Verstellung der Laufradschaufeln dienende Getriebe,
dessen in der Laufradnabe zusammengedrängte Teile verhältnismäßig hoch beansprucht
und gegen Abnutzung empfindlich sind. Ein zeitweises Herabgehen des Wirkungsgrades
unter den bei der betreffenden Leistung erreichbaren Höchstwert muß dabei natürlich
zugelassen werden.
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Bei einer solchen Einrichtung der Regulierung tritt jedoch eine Schwierigkeit
auf, deren Überwindung Zweck der vorliegenden 'Erfindung ist. Es sei etwa angenommen,
d'aß die Turbine mit geringer Belastung läuft und daß dabei dieLaufradschaufeln
so eingestellt sind, daß,dieseLeistungmit dembestmöglichen Wirkungsgrade erreicht
wird; die Laufrad, schaufeln stehen dann so, daß die Austrittswinkel des Wassers.
aus dem Laufrade kleiner sind als bei der der Vollast entsprechenden Stellung. Wird
nun die Turbine, von diesem Zustande ausgehend, höher belastet, so wird der Geschwindigkeitsregler
die Leitschaufeln zu @öffnen beginnen. Dadurch wird zunächst eine Steigerung der
Kraftleistung erreicht. Die bei der festgehaltenen Stellung der Lauf-.
radschaufel
mögliche Höchstleistung der Turbine wird schon jedoch erreicht, bevor, die Leitschaufeln
ganz geöffnet sind, d. h. schon vor derjenigen Stellung der Leitschaufeln,' die.
die Volleistung der Turbine bei entsprechender Stellung der Laufradschaufeln ergibt.
Für jede festgehaltene Stellung der Laufradschaufeln gibt'es also eine bestimmte
Stellung der Leitschaufeln, die die Höchstleistung liefert und nach deren Überschreitung
die Leistung wieder fällt, und zwar wird die Höchstleistung bei einer um so größeren
Öffnung der Leitschaufeln erreicht, j e größer der durch die Laufra@dschaufeln eingestellte
Austrittswinkel ist. Ist nun bei dem angenommenen Falle . die Belastungsvergrößerung
der Turbine so groß gewesen, daß die verlangte Leistung auch bei der betreffenden,
die Höchstleistung ergebenden Öffnung der Leitschaufeln nicht erreicht werden kann,
so wird der Regler infolge der gesunkenen Drehzahl die. Leitschaufeln noch weiter
öffnen. Die dadurch entstehende Leistungsverminderung bewirkt ein weiteres Herabgehen
der Drehzahl, so daß -der Regler die Leitschaufeln nun erst recht noch weiter öffnet,
und diese Wirkungen_ steigern sich gegenseitig, bis. die Leitschaufeln ganz geöffnet
sind, wobei die Turbine nur eine _ wesentlich . geringere Leistung abgibt und zudem
noch mehr Wasser verbraucht als bei der günstigsten Stellung der Leitschaufeln.
Es entsteht somit eine große Störung des Betriebes. ' Nach der vörliegenden Erfindung
wird dieser-Mißstand durch einen Anschlag beseitigt, der die mögliche Öffnung der
Leitschaufeln bzw. des die Leitschaufeln verstellenden Getriebes in Abhängigkeit
von der jeweiligen Stellung der Laufradschaufeln oder des die Laufradschaufeln verstellenden
Getriebes derart begrenzt, daß diejenige Öffnung der Leitschaufeln, die bei der
jeweiligen Stellung der Laufradschaufeln die höchste Kraftleistung liefert, nicht
überschritten werden kann.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. z dargestellt.
Das nicht gezeichnete, zur Verstellung der Leitschaufeln dienende Getriebe -ist
an den Stangenkopf a angeschlossen; dieser wird von dem Kraftkolben c eines selbsttätigen
Geschwindigkeitsreglers durch Vermittlung der Kolbenstange d verstellt. Gezeichnet
ist eine mittlere Stellung des .Stangenkopfes-; die gestrichelt eingezeichnete Stellung
a' entspricht vollständigem Schluß der Leitschaufeln, die gestrichelt eingezeichnete
Stellung a" voller Öffnung der Leitschaufeln. Das die Laufradschaufeln verstellende,
nicht eingezeichnete Getriebe ist an den Stangenkopf b .angeschlossen, der durch
die Stange e und -ein oben angebrachtes, nicht eingezeichnetes -Getriebe, z:--B.-
-durch eine. Schraubenspindel, von Hand verstellt werden kann. Die eingezeichnete
Stellung des Stangenkopfes b entspricht dem größten Austritts-. winkel an den Laufradschaufeln,
also derjenigen Stellung, mit der die Volleistung der Turbine erreicht werden kann.
Die gestrichelt eingezeichnete Stellung b' entspricht derjenigen Stellung der Laufradschaufeln,
die zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades bei kleiner Belastung eingestellt
werden muß. An den Stangen d und e sind bezüglich die An -j schläge
f und g befestigt, welche die relative Verschiebung der beiden Stangen gegeneinander
begrenzen. Bei der gezeichneten Stellung des Stangenkopfes b und des Anschlags g
steht es der Stange d frei, die Leitschaufeln ganz zu öffnen, entsprechend dem Umstande,
daß die Höchstleistung, bei dieser Stellung i der Laufradschaufeln, mit voll geöffneten
Leitschaufeln erreicht wird. Werden dagegen ' durch Aufwärtsbewegung der Stange
e die Laufradschaufeln auf kleinere Austrittswinkel eingestellt, so wird in leicht
ersichtlicher Weise der Hub der Stange d begrenzt. Durch passende Wahl -der Übersetzungsverhältnisse
in den Getrieben, die den Stangenkopf ca mit -den Leitschaufeln und den Stangenkopf
b mit den Laufradschaufeln verbinden, kann unschwer erreicht werden, daß die Anschläge
f und g jeweils dann zum Anliegen kommen, j wenn die Leitschaufeln bis zu derjenigen
Stellung geöffnet sind, die bei der jeweiligen Stellung der Laufrädschaufeln die
Höchstleistung der Turbine .ergibt.
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Die gleiche Wirkung kann erreicht werden, wenn man, statt die Bewegung
des Leitschaufelgetriebes unmittelbar zu hemmen, auf das Steuerorgan der Hilfskraftmaschine,
welche die Leitschaufeln bewegt, einen Anschlag einwirken läßt, dessen Stellung
von der Stellung der Laufradschaufeln - und von der Stellung der Leitschaufeln abhängt.
In Fig. a ist eine beispielsweise Ausführungsform einer- derartigen Anordnung 'gezeichnet.
Die Zeichen a, a', a", b, b', c, d und -e haben dieselbe Bedeutung wie in
Fig. z. Der Kraftkolben c wird durch das Steuerventil /a gesteuert. i ist .das Fliehkraftpendel
des Geschwindigkeitsreglers, der durch den Stift h auf den Hebel
l einwirkt, und zwar trägt -der Hebel l an seinem linken Ende die Druckfläche
m. Der mittlere ' Punktei des Hebels L wird in bekannter, hier aber unerheblicher
Weise durch eine Rückführung bewegt. Am rechten Ende ist die Ventilspindel o an
den Hebel l angeschlossen; außerdem trägt der Hebel am rechten Ende die Anschlagfläche
p. Solange der entsprechende Anschlag q nicht auf p drückt, stellt die Feder
r den Kraftschluß zwischen k f und m her; der Regler arbeitet dann wie ein
I gewöhnlicher Turbinenregler. - . - -
" Der Anschlag q sitzt -
an. - dem Hebel s, dessen Punkt t an die Verlängerung zs der Kolbenstange d angeschlossen
ist, während das rechte Ende des Hebels s einen auf der Kolbenstange e angebrachten
Bolzen v gabelförmig umfaßt. Die Verhältnisse des Hebelwerkes sind so'gewählt,
daß bei der gezeichneten Stellung des Stangenkopfes b und der zugehörigen Stellung
v des Bolzens der Kraftkolben c sich in die unterste Stellung (entsprechend der
Stellung a" des Stangenkopfes) begeben kann, ohne daß Berührung zwischen p und q
eintritt. Befindet sich dagegen die Stange e in einer höheren Stellung, so trifft
q auf p auf, bevor. der Kolben c seine unterste Stellung erreicht hat. Befindet
sich z. B. die Stange e in der oberen Endstellung, entspre= chend der Stellung b'
des Stangenkopfes und der Stellung v' des Bolzens, so nimmt der Hebel bei der gezeichneten
Mittellage des Kraftkolbens die gestrichelt eingezeichnete Lage s' ein. Es bedarf
dann nur noch einer geringen Bewegung des Kraftkolbens c nach unten, um
q zum. Aufliegen auf p zu bringen. Das Fliehkraftpendel vermag dann die Turbine
nicht mehr weiter zu öffnen; bei einem etwaigen Herabgehen der Drehzahl geht der
Stift k herunter, ohne daß ihm die Druckfläche in zu folgen vermag. Durch passende
Wahl - des kinematischen Zusammenhanges zwischen der Bewegung von q einerseits und
der Leitradöffnung und Laufradschaufelstellung anderseits läßt sich auch hier die
gewünschte Abhängigkeit zwischen der jeweilig größtmöglichen Leitradöffnung und-
der. j eweiligen Laufrädschaufelstellung leicht erreichen.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Anschlag selbst verstellt
wird, wenn die Stellung der Laufradschaufeln geändert wird; es ist vielmehr auch
möglich, den Anschlag unverändert zu lassen und dafür in den kinematischen Zusammenhang
zwischen demjenigen Teil, der auf den Anschlag auftrifft, und die Leitschaufeln
ein Glied einzufügen, das von der Stellung der Laufradschaufeln beeinflußt wird.
Fig. _3 zeigt schematisch beispielsweise eine derartige Ausführung. An den Stangenkopf
i sind die Leitschaufeln angeschlossen; die gezeichnete Stellung i entspricht einer
mittleren Öffnung der Leitschaufeln; die gestrichelt eingezeichnete Stellung i"
der größten Leitschaufelöffnung. An den Stangenkopf 2 ist das die Laufradschaufeln
verstellende Getriebe angeschlossen; die gezeichnete Stellung 2 entspricht dem größten
Austrittswinkel an den Laufradschaufeln, während die Stellung 2' dem kleinsten Austrittswinkel
entspricht. Die Stange 3, welche den Stangenkopf 2 trägt, kann @dürch das Schraubengetriebe
4 verstellt werden. Die Stange 3 ist durch einen Lenker 5 mit deni rechten Endpunkt
15 des Hebels 6 verbunden. Der mittlere Punkt 7 des Hebels 6 ist an der Stange
8 angeschlossen, die unten den bereits erwähnten Stangenkopf i trägt. Der linke
Endpunkt 9 des Hebels 6 ist durch den Lenker io mit der Kolbenstange i i des Kraftkolbens
12 des selbsttätigen Geschwindigkeitsreglers der Turbine verbunden. Die Bewegung
des Kraftkolbens 12 nach-unten wird durch die Anschläge 13 und 14 begrenzt.
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Die- Wirkung dieser Vorrichtung ist folgende: Bei der gezeichneten
Stellung 2 und 15 vermag der Kraftkolben 12, wenn er sich so weit nach unten bewegt,
daß die Anschläge 13 und 14 zum Anliegen kommen, den Stangenkopf i bis in die gestrichelt
eingezeichnete Stellung i zu verschieben und damit die Leitschaufeln ganz zu öffnen.
Steht dagegen die Stange 2 höher, entsprechend einem kleineren Austrittswinkel des
Wassers am Laufrade, so kann die Stellung i" nicht mehr erreicht werden. Nimmt beispielsweise
der Stangenkopf 2 die Lage 2 und damit der Punkt 15 die Stellung 15' ein, so muß
der Punkt 9, damit nur die gezeichnete Stellung i des Stangenkopfes erreicht wird,-
schon die Stellung q' einnehmen, was bereits die tiefste Lage des Kraftkolbens 12
erfordert. Da eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens 12 durch die Anschläge 13
und 14 verhindert wird, ist somit i die tiefste Lage des Stangenkopfes, die bei
. kleinstem Austrittswinkel am Laufrade erreicht werden kann.
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Da bei festgehaltener Laufradschaufelstellung die auf die Leitradbffnung
bezogene Leistungskurve in -der Nähe der Höchstleistung flach verläuft und der Gipfel
der Leistungskurve schließlich nur durch erhebliche Vergrößerung des Wasserverbrauches
erreicht werden kann, wird es in der Regel zweckmäßig sein, den Anschlag so einzurichten,
daß er schon zur Wirkung kommt, bevor der äußerste Gipfel der Leistungskurve erreicht
ist. Dies gilt für alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.