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Regelungsvorrichtung für mehrstufige Kreiselmaschinen mit einstellbaren
Diffusor-Leitschaufeln. Es ist z. B. bei Wasserturbinen schon lange bekannt, die
Stellung der Leitschaufeln jeweils den Betriebsverhältnissen anzupassen. Es handelt
sich aber dort bloß um die Einstellung der Leitschaufeln einer Stufe.
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Bei Dampfturbinen ist es auch bekannt, verschiedene Einlaßventile
nacheinander so zu steuern, daß die Leistung der Maschine den Betriebsverhältnissen
entsprechend angepaßt wird.
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Bei mehrstufigen Kreiselgebläsen mit beweglichen Diffusoren, d. h.
hinter den einzelnen Laufrädern angeordneten einstellbaren Leitschaufelkränzen,
stellt :dagegen die erforderliche Regelung-neue Anforderungen.
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L5ie Druckvolumen-Charakteristik eines Verdichterrades kann bekanntlich
durch die Verstellung der Größe der Leitsch:aufelkanäle beeinflußt werden. Es liegt
nuri nahe, aus .konstruktiven Gründen die Räder in einem mehrstufigen Kreiselgebläse
gruppenweise gleichzumachen und die feinere Einstellung von Rad zu Rad :entsprechend
der Verdichtung durch das Einstellen :der Diffusoren vor-»zunehmen. Wenn aber, ebenfalls
aus konstruktive. Gründen, die Diffusoren in einer Gruppe gleich großer Räder untereinander
gleich ausgeführt werden, so werden sie für denselben Betriebspunkt (z. B. Normalpunkt)
mit verschiedenen Öffnungen für jedes Rad der Gruppe eingestellt werden müssen.
Betrachtet man jetzt den Fall, indem der-Verdichter auf (fast) Nullförderung eingestellt
wird, so müssen sämtliche Diffusoren (fast) geschlossen sein. Es folgt daraus, daß
solche, die für den Normalpunkt weit geöffnet sind, einen größeren Regelungsweg
zu durchlaufen haben werden als solche, die beim Normalpunkt schon toilweise geschlossen
sein müssen.
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Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Regelungsverfahren,
das ein harmonisches Arbeiten .der ganzen Maschine für die jeweils verlangten Betriebspunkte
ermöglicht und insofern große bauliche Erleichterungen bietet, .als die Räder und
Diffusoren in erhöhtem Maße normal und auf Vorrat gehalten werden können. Gemäß
der Erfindung werden auch gleichzeitig Lösungen für entsprechende Vorrichtungen
zur Ausführung des Verfahrens angegeben.
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Nach diesem Verfahren werden Leitschaufelkränze miteinander verstellt,
aber- so, daß die Leitschaufeln jedes dieser Kränze eine unabhängig, aber gegebene
Stellung erhalten, entsprechend den besonderen Arbeitsverhältnissen des zugehörigen
umlaufenden Teils des Läufers.
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Den an eine solche Regelungsvorrichtung gestellten Anforderungen wird
dadurch geniigt,
daß jeder Leitschaufelkranz einzeln betätigt wird,
so daß zu einer gegebenen gemeinsamen Bewegung des Steuerorgans für jeden verstellbaren
Leitschaufelkranz eine gegebene besondere Verschiebung entsteht.
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Die Anbringung des gemeinsamen Steuerorgans bietet konstruktive Schwierigkeiten;
die Kraftkolben müssen mit den betreffenden Leitschaufelkränzen eng verbunden werden,
die relative Lage aber von Diffusor zu Diffusor ist vom Zylinderguß abhängig und
von Fall zu Fall anders. Thermische Ausdehnungen und konstruktive Ungenauigkeiten,
die leicht die Empfindlichkeit einer Regelung in Frage stellen können, können aber
alle wirkungslos gemacht werden, sobald man gemäß der Erfindung zu jedem Kraftkolben
ein besonderes Steuerglied anordnet, das an die anderen gleichartigen Steuerglieder
angedrückt wird, und zwar zwischen einer Feder und einen Steuerkolben, z. B. so,
daß die Steuerschieber nur in der Steuerrichtung zwangläufig und spiellos mitgenommen
werden, senkrecht dazu sich aber frei bewegen können. Diese Anordnung hat außerdem
großen Vorteil für die Montage und Demontage der einzelnen Teile, die, ohne die
Einstellung der benachbarten zu beeinflussen, vorgenommen werden kann. Es ist ferner
möglich, die Steuerschieber von einer Zentralstelle aus -gemein-'sam zu bewegen,
obwohl man für jeden Leitschaufelkranz . andere Bewegungen ausführen muß.
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In der Zeichnung ist eine beispielweise Ausführung einer Vorrichtung
zur Regelung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
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Fig. i stellt teilweise in Ansicht und teilwefse im Schnitt einen
mehrstufigen Kreiselverdichter mit Regelungsvorrichtung dar.
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Fig. 2 zeigt im Querschrott durch den Verdichter einen Leitschaufelkranz
mit seiner Einstellvorrichtung.
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Fig.3 ist eine Ansicht mit teilweisem Schnitt der Steuerschieberanordnung
mit Rückführung in etwas größerem Maßstabe als in Fig. i.
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Fig.4 und 5 zeigen in Ansicht die Rückführung vorn verschiedenen Seiten
gesehen. Fig. 6 stellt ein Arbeitsdiagramm dar.
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In Fig. i ist für jeden Leitschaufelkranz eine besondere Hilfsmaschine
d, b, c, d usw. vorgesehen, deren Steuerschieber e, f, g, dz.
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von einem Regelkolben i entgegen der Wirkung einer Feder u verstellt werden.
Die Steuerschieber bilden hierbei eine unter Druck stehende Kette, wobei jedes einzelne
Schieberglied den gleichen Hub durchläuft und jedes tote Spiel aufgehoben ist. Der
auf den Regelkolben i wirkende Steuerdruck wird von einer Vorsteuerung
1 aus geliefert. In der Fig. i wird zur Beeinflussung der Vorsteuerung Druck
und Volumen des Verdichters in der Weise benutzt, daß eine'Druckzunahme oder eine
Volumenabnahme des Verdichters eine Druckabnahme auf Kolben i oder eine Druckabnahme
bzw. Volumenzunahme des Verdichters eine Druckzunahme auf den Regelkolben i zur
Folge hat.
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Ein Kraftkolben einer der Hilfsmaschinen in Verbindung mit verstellbaren
Leitschaufeln einer Stufe des Verdichters ist in Fig. 2 dargestellt. Je nach der
Lage des Kraftkolbens nz sind die Diffusor-Leitschaufeln n mehr oder weniger offen
oder geschlossen.
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Die Kraftquelle für den Kraftkolben nz ist unabhängig von derjenigen
des Regelkolbens i, und zwar tritt das Kraftmittel bei steigendem Enddruck - oder
abnehmendem Volumen des Verdichters auf die Seite o des Kraftkolbens in, . so daß
sich die Diffusor-Leitschaufeln schließen und bei abnehmendem Enddruck oder zunehmendem
Volumen des Verdichters auf die Seite p des Kraftkolbens na, so daß sich: die Leischaufeln
öffnen. So wird jeweils die Stellung der Leitschaufeln der benötigten Luftmenge
angepaßt.
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Die Steuerung des Kraftkolbens verlangt eine Rückführung, bei welcher
abhängig von der Kraftkolbenbewegung . die Schieberbüchse q dem Steuerschieber
e (Fig. 3) nachfolgt. Die Rückführbewegung geschieht durch die Führung r
und den Drehhebel s _(Fig. 3 bis 5).
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Der Kegelkolben i macht mit den Steuerschiebern e, f,g,
h... entgegen der Wirkung der Feder u einen bestimmten Weg, wobei aber der
Hub des Kraftkolbens m für jeden der einzelnen Leitschaufelkränze den individuellen
Verhältnissen entsprechend verschieden sein kann. Um dies zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß
die Rückführung so ausgebildet, daß das Verhältnis zwischen den Wegen der Schieberbüchse
q und des Kraftkolbens en einstellbar ist, indem die Führung y drehbar angeordnet
ist. Je nach dem Winkel, den diese Führung z. B. gegenüber der Mittellinie der Kraftkolbenstange
t (Fig. 3) einnimmt, ist die Größe der Rückführung eine andere. Ist die Führung
parallel zu diesier Mittellinie der Kraftkolbenstange, so findet keine Rückführung
statt; steht die Führung z. B. unter 45 ° geneigt, so ist bei gleicharmigem Hebel
Büchsenbewegung und Kraftkol:benbewegung gerade gleich. Durch die Einstellung der
Führung r kann somit, ausgehend von einem für alle Steuerschieber gleichen Weg,
ein individueller Weg für jeden Kraftkolben erreicht und somit jeder einzelne Leitschaufelkranz
seinen besonderen Betriebsverhältnissen angepaßt werden.
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Als Kraftmittel für den Regelkolben i als
auch für
die Kraftkolben m der Hilfsmaschinen wird vorteilhaft Drucköl verwendet.
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Die Betätigung der Steuerungsvorrichtung kann von Hand oder selbsttätig
geschehen. Zur selbsttätigen Einstellung kann irgendeine (bereits bekannte) Vorsteuerung
benutzt werden, mit welcher beispielsweise konstanter Enddruck oder irgendeine druckvolumenparabelartige
Linie eingeschaltet werden kann.
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Die gezeichnete Luftvorsteuerung (Fig. i) kann z. B. die beweglichen
Diffusoren so verstellen, daß der Kreiselverdichter auf einen Enddruck arbeitet,
der mit dem Fördervolumen leicht abnimmt (Kurve l der Fig. 6) wodurch z. B. in irgendeinem
entfernten Punkte der Druckleitung ein konstanter Druck erhalten bleibt.
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Die beschriebene Regelungsvorrichtung hat noch den großen Vorteil,
daß, wenn: irgendein Leitschaufelkranz durch eventuelle Verschiebung der Verstellkraft
Widerstand leistet, der ganze Öldruck auf seinen Kraftkolben zur Wirkung kommt,
ohne daß dadurch die benachbarten Leitschaufelkränze irgendwie beeinflußt werden.
Ja es kann sogar der eine Kranz in irgendeiner Lage festklemmen, ohne daß irgendeine
Rückwirkung auf die übrigen Kränze entsteht.
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Statt der beschriebenen hydraulischen Steuerung kann auch eine mechanische
verwendet werden.