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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.
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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.
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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.
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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,
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.
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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.
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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. - ' - _ _ - _ - .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.