DE333948C - Regler fuer Wasserturbinen, deren Laufraeder und Leitraeder verstellbar sind - Google Patents

Regler fuer Wasserturbinen, deren Laufraeder und Leitraeder verstellbar sind

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DE333948C
DE333948C DE1920333948D DE333948DD DE333948C DE 333948 C DE333948 C DE 333948C DE 1920333948 D DE1920333948 D DE 1920333948D DE 333948D D DE333948D D DE 333948DD DE 333948 C DE333948 C DE 333948C
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DIETER THOMA DR ING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

  • Regler für Wasserturbinen, deren Laufräder und Leiträder verstellbar sind. In dein Patent 329951 ist ein Regler für Wasserturbinen, deren Leiträder und' Laufräder verstellbar sind, beschrieben, und zwar ist dort angenommen, daß das die Leitradschaufeln verstellende Getriebe selbsttätig vom Regler eingestellt wird, während das das Laufrad' verstellende Getriebe von Hand oder in irgendeiner sekundären Weise selbsttätig vom Regler eingestellt wird. -Unter Umständen ist es jedoch zweckmäßig, diese Verhältnisse gerade umzukehren, also das Laufrad selbsttätig -durch den Regler, die Leitradschäufeln beispielsweise von Hand verstellen zu lassen; da zur Verstellung des Laufrades bei entsprechender Durchbildung der Konstruktion nur eine geringe Arbeitsleistung erforderlich ist, kann man bei dieser Umkehrung mit einem kleineren und entsprechend billigeren selbsttätigen Regler auskommen, während die erforderliche stärkere Ausführung der Handregelung -für die Leitschaufelverstellung -nur geringe Mehrkosten verursacht.
  • Die bei dieser Ausführung entstehenden Schwierigkeiten sind genau analog denen, die bei der in dem Patent 329951 beschriebenen Anordnung auftreten, und können durch Anwendung desselben Erfindungsgedankens mit genau analogen Mitteln überwunden werden. Indem man. in der Beschreibung des Patents 329951 die Verbindungen des Reglers mit dein Leitrad und Laufrad vertauscht, erhält man eine vollständige Darstellung der technischen Aufgabe und ihrer Lösung. Da jedoch eine nur schematische gegenseitige Vertauschung der Wortsilben »Leit-« und »Lauf-« zu Unklarheiten führt, wird die aus dem obigen Grundsatz sich ergebende Beschreibung der abgänderten Reglerbauart im folgenden wiedergegeben, indem dabei auf die Abbildungen des Patents 329951 Bezug genommen wird.
  • Unter Umständen ist es zweckmäßig, nur die Laufschaufeln an den selbsttätigen Geschwindigkeitsregler anzuschließen, die Leitradschaufeln dagegen von Hand einzustellen. Ein zeitweises Herabgehen des Wirkungsgrades unter den bei der betreffenden Leistung erreichbaren Höchstwert muß dabei natürlich zugelassen werden.
  • Bei einer solchen Einrichtung der Regulierung tritt jedoch eine Schwierigkeit auf, deren Überwindung Zweck der vorliegenden Erfindung ist. Es sei etwa angenommen, 4aß -die Turbine mit geringer Belastung und entsprechend geringer öffnung der Leitschaufeln läuft und daß dabei die Leitschaufeln so eingestellt sind, daß diese Leistung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrade erreicht wird; die Leitschaufeln sind also .auf eine kleine Öffnung eingestellt. Wird nun die Turbine von diesem Zustande ausgehend höher belastet, so wird! der Geschwindigkeitsregler die - Laufschaufeln auf größere Austritts- Winkel einstellen. Dadurch wird zunächst eine Steigerung der Kraftleistung erreicht. Die bei der festgehaltenen Stellung der Leitschaufeln mögliche Höchstleistung der Turbine wird jedoch schon erreicht, bevor- die Laufschaufeln auf -den größten Austrittswinkel eingestellt sind; d. h. schon vor derjenigen Stellung der Laufschaufeln, die -die Volleistung der Turbine bei entsprec'h'ender Stellung der Leitschaufeln ergibt. Für jede festgehaltene Stellung der Leitschaufeln gibt es also eine bestimmte Stellung der Laufschaufeln, die die Höchstleistung liefert und nach deren Überschreitung die Leistung wieder fällt, und zwar wird die Höchstleistung bei einem um so größeren Austrittswinkel an den Laufschaufeln erreicht; - je größer die Öffnung der Leitschaufeln 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 Stellung der Laufschaufeln nicht erreicht werden kann, so wird' der Regler infolge der gesunkenen Drehzahl die Laufschaufeln auf noch größere Austrittswinkel einstellen. Die dadurch entstehende Leistungsverminderung bewirkt ein weiteres Herabgehen der Drehzahl, so daß der Regler die Laufschaufeln nun erst recht noch weiter öffnet, und diese Wirkungen steigern sich gegenseitig, bis -die Laufschaufeln auf den größten Austrittswinkel eingestellt sind, wobei die Turbine nur eine wesentlich geringere Leistung abgibt und zudem noch mehr Wasser verbraucht als bei der günstigsten Stellung der Laufschaufeln. Es entsteht somit eine große Störung des Betriebes.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird dieser Mißstand durch einen Anschlag beseitigt, der die mögliche Öffnung der Laufschaufeln bzw. des die Laufschaufeln verstellenden Getriebes in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Leitschaufeln oder des die Leitschaufeln verstellenden Getriebes derartbegrenzt"daß diejenige Öffnung,der Laufschaufeln, die beider jeweiligen Stellung der Leitschaufeln die höchste Kraftleistung liefert, nicht überschritten werden kann.
  • Eine 'beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in. Fig. z des Hauptpatents 32995I dargestellt. Das nicht -gezeichnete zur Verstellung d'er Laufschaufeln dienende Getriebe ist an den Stangenkopf a angeschlossen; dieser wird von dem Kraftkolben c eines selbsttätigen Geschwindigkeitsreglers durch Vermittelung der Kolbenstange d verstellt.. Gezeichnet ist eine mittlere Stellung des Stangenkopfes; die gestrichelt eingezeichnete Stellung a' entspricht dem kleinsten Austrittswinkel an :den Laufschaufeln, die gestrichelt eingezeichnete Stellung a" dem größten Austrittswinkel, also derjenigen Stellung, mit der die Volleistung der Turbine erreicht werden kann. Das die Leitradschaufeln verstellende, nicht eingezeichnete Getriebe ist an dem 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 dergrößtenLeitschaufelöffnung; @diegestrichelt eingezeichnete Stellung b' entspricht derjenigen Stellung der Leitschaufeln, mit der beim Leerlauf der unbelasteten Turbine die normale Drehzahl mit dem geringsten Wasserverbrauch erreicht werden kann. An den Stangen d und e - sind-- bezüglich die Anschläge fund g befestigt, welche die relative Verschiebung der beiden Stangen gegeneinander begrenzen. Bei der gezeichneten Stellung des Stangenkopfes b und des Anschlages g steht es der Stange d frei, die Laufschaufeln auf größten Austrittswinkel einzustellen. Wird dagegen durch Aufwärtsbewegung der Stange e die Leitschaufelöffnung verkleinert, so wird in leicht ersichtlicher Weise der Hub der Stange d begrenzt. Durch passende Wahl der Übersetzungsverhältnisse 'in den Getrieben, die den Stangenkopf a .mit den Laufschaufeln und den Stangenkopf b mit den Leitradschaufeln verbinden, kann unschwer erreicht'werden, daß die Anschläge f und g jeweils dann zum Anliegen kommen, wenn die = Laufschaigeln bis' zu _ derjenigen. Stellung geöffnet sind, die bei der jeweiligen Stellung der Leitradschaufeln die Höchst-1 eistüng dex -Turbine -ergibt. - ' - _ _ - _ - .
  • Die gleiche Wirkung -kanrierreicht werden, wenn man, statt die Bewegung des Laufschaufelgetriebes unmitfelbär zu - hemmen, auf das Steüerorgän der Hilfskraftmaschine, welche die Laufschaufeln bewegt; einen Anschlag einwirken läßt;-dessen Stellung von der Stellung der Leitschaufeln und von- der Stellung der Laufschaufeln abhängt. In Fig.2 des Hauptpatents 32995 z ist eine beispielsweise Ausführungsform einer derartigen Anordnung gezeichnet. Die Zeichen a, a', a". b, b', c, d und, e haben dieselbe Bedeutungwie in Fig. I ; der Kraftkolben c wird durch das Steuerventil 1i gesteüiert. - -i ist das Fliehkraftpendel des Geschwindigkeitsreglers, der durch den Stift k auf den Hebel l einwirkt, und zwar träggt der Hebel 1 an seinem linken Ende die Druckfläche in Der mittlere Punkt it. -des Hebels 1 wird in bekannter, hier abei unerheblicher Weise durch eine Rückführung bewegt. Am rechten Ende ist -die Ventilspindel Q an den Hebel 1 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 h und in her; der Regler arbeitet dann wie ein gewöhnlicher Turbinenregler.
  • Der " Anschlag q - sitzt an dem Hebels, dessen Punkt t an die Verlängerung zt. 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 der Stellung b' des Stangenkopfes entsprechenden Stellung, dann nimmt der Bolzen die Stellung v' und demgemäß der Hebel, bei der gezeichneten Mittellage des Kraftkolbens, die gestrichelt eingezeicbrete 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 dem jeweilig größtmöglichen Austrittswinkel an- den Laufschaufeln und der jeweiligen Leitradöffnung leicht erreichen.
  • Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Anschlag selbst verstellt wird, wenn die Stellung der Leitschaufeln geändert wird; es ist vielmehr auch möglich, den Anschlag unverändert zu lassen und dafür in den kinematischen Zusammenhang zwischen demj enigen Teil, der auf den Anschlag auftrifft, und die Laufschaufeln ein Glied' einzufügen, das von der Stellung der Leitschaufeln beeinüußt wird. Fig. 3 des Hauptpatentes 329951 zeigt schematisch beispiels-«-eise eine derartige Ausführung. An den Stangenkopf i sind die Laufschaufeln angeschlossen; die gezeichnete Stellung i entspricht einer mittleren Stellung der Laufschaufeln; die gestrichelt eingezeichnete Stellung 1" derjenigen Stellung der Laufschaufeln, bei der die größten Austrittswinkel auftreten. An den Stangenkopf :2 ist das die Leitschaufeln verstellende Getriebe angeschlossen;-die gezeichnete Stellung2 entspricht der größten Leitschaufelstellung, während die Stellung 2' derjenigen Leitöffnung entspricht, mit der beim Leerlauf der Turbine die normale Drehzahl mit dem geringsten Wasserverbrauch erreicht werden kann. Die Stange 3, welche den Stangenkopf 2 trägt, kann durch das Schraubengetriebe 4 verstellt werden. Die Stange 3 ist durch einen Lenker 5 mit dem rechten Endpunkt 15 des Hebels 6 verbunden. Der mittlere Punkt 7 des Hebels 6 ist an der Stange 8 angeschlossen, die unten den bereits erwähntenStangenkopf 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 t-erbundell. Die Bewegung des Kraftkolben 12 nach unten. wird durch die Anschläge 13 und 14 begrenzt.
  • Die Wirkung dieser Vorrichtung ist folgende: Bei der gezeichneten Stellung von 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 Laufschaufeln auf größten Austrittswinkel einzustellen. Steht dagegen die Stange 2 höher, entsprechend einer kleineren Leitschaufelöffnung, so kann die Stellung i" nicht mehr erreicht werden. Nimmt beispielsweise der Stangenkopf a die Lage 2', und damit der Punkt 15 die Stellung 15' ein, so muß der Punkt 9, damit nur die gezeichnet Stellung i des Stangenkopfes erreicht wird, schon die Stellung 9' 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 der Stange 8, die bei der Stellung 2' des Stangenkopfes der Stange 3 erreicht tv erden kann.
  • Da bei festgehaltener Leitschaufelstellung die auf die Leitschaufelstellung 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 zur Wirkung kommt schon bevor der äußerste Gipfel der Leistungskurve erreicht ist. Dies gilt für alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.

Claims (1)

  1. PATENT-ANspRÜcHE: i. Regler für Wasserturbinen, deren Laufräder und Leiträder verstellbar sind, nach Patent 329951 gekennzeichnet durch einen Anschlag, der bei gegenseitiger Vertauschung der Verbindungen des Reglers mit den Leit- und Laufschaufeln die größte mögliche .öffnung der Laufschaufeln-in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung d& Leitschaufeln derart begrenzt, daß_'der größte mögliche Austrittswinkel an den Laufschaufeln kleiner wird, wenn die Leitschaufeln auf kleinere Öffnung eingestellt werden. z. Regler nach Anspruch z; dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag, dessen Wirkung von der Einstellung der Leitschaufeln abhängt, auf das Steuerorgan der die Laufschaufeln verstellenden Hilfsmaschine einwirkt, sobald die jeweils zulässige größte Laufschaufelöffnung erreicht ist. 3. Regler nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen der Hilfsmaschine und den Laufschaufeln ein Glied eingeschaltet ist, dessen Stellung von der Stellung der Leitschaufeln abhängt.
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