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Selbsttätige Einstellvorrichtung für die drehbaren Lanfradschaufeln
an Wasserturbinen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Turbine. Gegenstand der
Erfindung bildet eine selbsttätige Einstellvorrichtung für die drehbaren Laufrads@raufeln
an Wasserturbinen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Turbine.
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Es sind bereits selbsttätige Regler für Wasserturbinen mit verstellbaren
Laufradschaufeln bekannt geworden, die eine zur Verstellung der Schaufeln des Laufrades
dienende Hilfskraftmaschine aufweisen. Bei diesen bekannten Ausführungen wird die
Hilfskraftmaschine auf oder in der Welle, oder auf oder in der Nabe des Laufrades
angeordnet. In all diesen Fällen ist in der Nabe des Laufrades ein mechanisches
Getriebe vorzusehen und mit den Laufradschaufeln derart zu verbinden, daß eine Verschiebung
eines beweglichen Teils der Hilfskraftmaschine eine Drehung der Laufradschaufeln
bewirkt. Da dieses mechanische Getriebe verhältnismäßig große Kräfte zu übertragen
hat, so fallen dessen Abmessungen groß aus und es muß daher eine starke Nabe vorgesehen
werden, um dasselbe in dieser unterbringen zu können. Das hat zur Folge, daß der
Abstand der Außenkante der Laufradschaufeln von der Drehachse des Laufrades groß
ausfällt, so daß die Laufradschaufeln großen Fliehkrafts- und Biegungsbeanspruchungen
unterworfen sind. Das erschwert mittelbar die Lagerung der Schaufeln in der Radnabe;
das Vorsehen einer starken Nabe steht ferner in vielen Fällen der zweckmäßigsten
Ausnutzung der Wasserkraft im Laufrade hindernd im Wege.
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Zweck vorliegender Erfindung ist es nun, eine-selbsttätige Einstellvorrichtung
für drehbare Laufradschaufeln zu schaffen, welche es ermöglicht, die Laufradnabe,
in welcher die drehbaren Laufradschaufeln gelagert sind, verhältnismäßig dünn auszubilden,
so daß bei einer Wasserturbine, an welcher die Erfindung zur Anwendung gelangt,
die obenerwähnten Nachteile vermieden sind.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch. erreicht, daß in Verbindung mit
jeder Schaufel des Laufrades ein besonderer, zu deren Einstellung dienender und
in der Laufradnabe untergebrachter Servomotor vorgesehen ist.
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Zweckmäßig können dabei in der Laufradnabe untergebrachte Steuerkolben
für die einzelnen Servomotoren durch ein Zahnrädergetriebe mechanisch miteinander
verbunden sein, von welchen ein treibendes Rad auf einer vom Geschwindigkeitsregler
der Turbine bewegten Welle sitzt, während von jenem Rad getriebene Zahnräder je
auf einem Steuerkolben angeordnet sind. Die durch Druckflüssigkeit betätigten Servomotoren
einer solchen Einstellvorrichtung, welche einzeln eine verhältnismäßig kleine Kraft
zu erzeugen haben, sowie der lediglich zu Einstellzwecken dienende Mechanismus,
welcher die einzelnen Servomotoren mechanisch miteinander verbindet, können klein
bemessen werden, da sie einer geringeren Beanspruchung ausgesetzt sind als in dem
Falle, wo die einzelnen Laufradschaufeln durch einen gemeinsamen Servomotor, d.
h. eine gemeinsame Hilfskraftmaschine, verstellt werden und die die Bewegung vom
Servomotor auf die Schaufeln übertragenden Glieder daher so ausgebildet sein
müssen,
daß sie die ganze vom Servomotor ausgeübte Kraft übertragen können.
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Der Druckmittelzufluß zu den einzelnen Servomotoren kann auch zweckmäßig
durch ein vom Geschwindigkeitsregler der Turbine beeinflußtes Steuerglied beherrscht
werden, und die einzelnen Laufradschaufeln können mechanisch durch ein Glied miteinander
verbunden sein; welches bei einer Verstellung der Schaufeln gleichzeitig die Rückführung
am Geschwindigkeitsregler bewirkt.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i einen Schnitt
durch einen Teil eine. Turbinenlaufrades, bei welchem jede drehba,rc Laufradschaufel
mit Hilfe eines eigenen Servomotors eingestellt wird und jeder dieser Servomotoren
einen vom Geschwindigkeitsregler der Turbine aus bewegten Steuerkolben aufweist,
Abb. 2 einen Teil der Abb. i in größerem Maßstab, und Abb. -3 einen Schnitt nach
der Linie II-II der Abb. 2.
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Abb. q. zeigt teilweise eine Vorderansicht und teilweise einen Schnitt
eines Laufrades, dessen drehbare Laufradschaufeln durch zugeordnete Servomotoren
verstellt werden und durch eine Hülse mechanisch miteinander verbunden sind.
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Abb. 5 ist ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Abb. q., wobei die
Schaufeln in Ansicht dargestellt sind, Abb. 6 zeigt eine Einzelheit im Schnitt,
und Abb. 7 zeigt ebenfalls im Schnitt eine weitere Ausführungsform einer Einzelheit
der in Abb. q bis 6 gezeigten Anordnung.
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In den Abb. i bis 3 bezeichnet i Laufradschaufeln, welche mittels
Zapfens 2 drehbar in einer Nabe 3 gelagert sind. Letztere ist zweiteilig ausgebildet.
Jeder Zapfen 2 ist mit einem flügelartigen Ansatz q. versehen, der sich in einer
nahezu zylindrischen Ausnehmung 5 (Abb. 3) der Nabe 3 bewegen kann. 6 bezeichnet
eine Welle, welche von einem nicht gezeigten Geschwindigkeitsregler der Turbine,
zu welcher das Laufrad i, 3 gehört, unter Vermittlung eines Servomotors mit bekannter
Rückführung eine drehende Bewegung erhält. Am unteren Ende dieser Welle 6 sitzt
ein Zahnrad 7 fest, welches mit zwei Zahnrädern 8, g zusammenarbeitet. Das Zahnrad
8 sitzt auf einem Steuerkolben io und das Zahnrad g auf einem Steuerkolben ii fest.
Die Steuerkolben io, ir sind in der Nabe g sowie in dem mit dem Flügel q. versehenen
Teil der Zapfen 2 drehbar gelagert. Jeder der Steuerkolben io, ii weist zwei Kanäle
12, 13 auf, von denen ersterer mit einem Kanal 1q. und der zweite mit einem
Kanal 15 in Verbindung steht. Die Kanäle 1q. und 15 sind in der Nabe 3 vorgesehen
und stehen mit einer Leitung 16 bzw. 17 in Verbindung, welche ihrerseits an eine
nicht gezeigte Drucknittelfördervorrichtung angeschlossen sind. Am inneren Ende
sind dic Steuerkolben io, m in der in Abb. 6 gezeigten Weise abgesetzt, so daß zwischen
jedem dieser Kolben und dem denselben aufnehmenden Zapfen 2 Zwischenräume 18 und
ig (Abb. 3) vorhanden sind, die durch vorspringende Rippen 2o an den Steuerkolben
voneinander getrennt werden. In jedem Zapfen 2 sind zwei Schlitze 2i vorgesehen,
welche eine Verbindung zwischen den Räumen 18, ig und dem Raum 5 herstellen können.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einstellvorrichtung ist folgende
Wenn Beharrungszustand herrscht, so nehmen die Steuerkolben io, ii bezüglich der
Schlitze 21 die in Abb. 3 gezeigte Lage ein, in welcher die Rippen 2o der Steuerkolben
das innen gelegene Ende dieser Schlitze 21 überdecken. Es herrscht auf beiden Seiten
der Flügel q. derselbe Druck, und es befinden sich daher die Schaufeln i in einer
Ruhelage. Bei einer Änderung des Betriebszustandes der Turbine, die z. B. eine Erhöhung
der Umdrehungszahl der letzteren zur Folge haben soll, erfährt die Welle 6 eine
Verdrehung, und es bewirkt dann das treibende Rad 7, das mit den Rädern 8, g zusammen
arbeitet, eine Verdrehung der Steuerkolben io, ii, so daß das innen gelegene Ende
der Schlitze 21 von den Rippen 2o abgedeckt wird. Je nach der Drehung der Steuerkolben
io, ii strömt dann Druckmittel entweder aus dem Raum 18 oder dem Raum ig in den
auf der einen Seite der Flügel q. befindlichen Teil des Raumes 5 und aus dem auf
der anderen Seite der Flügel gelegenen Teil eines solchen Raumes 5 in den Raum ig
bzw. 18. Das hat eine Drehung der Flügel g. und somit der mit denselben starr verbundenen
Laufradschaufeln i so lange zur Folge, bis das innen gelegene Ende der Schlitze
2z in eine solche Lage kommt, daß es durch die Rippen 2o der Steuerkolben io, ii
wieder überdeckt wird. Sobald das der Fall ist, ist die Einstellung der Schaufeln
i bewerkstelligt, die dann in der neuen Lage verharren, bis eine neue Änderung im
Betriebszustande der Turbine eintritt, welche eine erneute Drehung der Welle 6 bewirkt.
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Bei der in den Abb. q. bis 6 gezeigten Ausführungsform bezeichnet
25 Schaufeln eines Turbinenlaufrades, welche mittels Zapfen 26 drehbar in einer
Nabe 27 gelagert sind. Jeder Zapfen 26 ist mit einem flügelartigen Ansatz 28 versehen,
welcher sich in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 7,9 (Abb. 6) der Nabe
27 bewegen kann. Jeder Raum 29 steht mit zwei Leitungen 30, 31 in Verbindung. Die
mit den verschiedenen Räumen 29 kommunizierenden Leitungen 30 stehen ihrerseits
mit einer gemeinsamen Druckmittelleitung 32 und die verschiedenen Leitungen 31 mit
einer gemeinsamen
Druckmittelleitung 33 in Verbindung. Der Zutritt
von Druckmittel zu den, bzw. der Ausfluß von Druckmittel aus den Leitungen
32,33 wird durch ein gemeinsames, nicht dargestelltes Steuerglied beherrscht,
das vom nicht gezeigten Geschwindigkeitsregler der Turbine, für walchc das gezeigte
Laufrad bestimmt ist, beeinflußt wird. jeder Zapfen 26 ist am inneren Ende noch
mit einem kleinen Ansatz 34 versehen. Diese Ansätze 34 ragen in Ausnehmungen einer
Hülse 35, welche in. Wirkungsverbindung mit dem nicht gezeigten. Geschwindigkeitsregler
der Turbine steht.
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Bei einer Änderung des Betriebszustandes der Turbine wird entweder
durch die Leitung 32 oder 33 Druckmittel in die Räume 28 bzw. 2c strömen und aus
den Räumen 29 bzw. 28 durch die Leitung 33 bzw. 32 nach auswärts fließen. Das hat
eine Verstellung des Flügels 28 der einzelnen Zapfen 26 und somit eine Verstellung
der Laufradschaufeln 25 zur Folge. Gleichzeitig wird durch die Ansätze 34 eine achsiale
Verschiebung der Hülse 35 bewirkt, welche den Geschwindigkeitsregler der Turbine
im Sinne einer Rückführung betätigt, so daß der Zufluß von Druckmittel durch die
Leitung 32 bzw. 33 wieder unterbrochen wird. Das hat zur Folge, daß keine weitere
Verstellung der Laufschaufeln 25 eintritt, die dann in der eingestellten neuen Lage
verharren, bis eine neue Änderung im Beharrungszustande der Turbine eintritt.
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Die in Abb.7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in
Abb. 6 gezeigten dadurch, daß an jedem Zapfen 26 zwei Flügel 36 vorgesehen sind,
und daß in Verbindung mit jedem Flügel in der Nabe 27 ein Hohlraum 37 vorgesehen
ist. Die auf der gleichen Seite der Flügel desselben Zapfens 26 befindlichen Teile
der Hohlräume 37 stehen mit einer gemein samen. Leitung 38 bzw. 39 in Verbindung.
Diese Leitungen 38, 39 dienen zum Zu- bzw. Abführen des Druckmittels zum Bewegen
der Flügel bzw. Laufradschaufeln 25 und entsprechen den Leitungen 30, 31 der in
Abb. q. bis 6 gezeigten Ausführung.