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Regler für Wasserturbinen, 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. Wenn eine solche Turbine auf
eine andere Leistung eingestellt und der beste, bei der neu einzustellenden Leistung
mögliche Wirkungsgrad erreicht werden soll, ist es notwendig, beide Regulierungssysteme
richtig einzustellen. Zu jeder anderen Leistung bzw. Beaufschlagung gehört eine
andere Stellung der Leitradschaufeln und eine andere Stellung der Laufradschaufeln.
Wenn der Wasserdurchlaß der Turbine von der Vollleistung 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.
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Damit beim Einstellen der Turbine auf eine andere Leistung selbsttätig
immer die richtigen zusammengehörigen Stellungen der beiden Schaufelsysteme erreicht
werden, wird der Regler zweckmäßig so eingerichtet, daß die beiden Schaufelsysteme
zusammen verstellt werden, beispielsweise indem sie zwangläufig miteinander verbunden
werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß die zur
Erreichung des höchsten Wirkungsgrades erforderliche Beziehung zwischen Leitschaufelstellung
und Laufschaufelstellung sich verändert, wenn das an der Turbine wirksame Gefälle
sich ändert, die Drehzahl der Turbine dagegen unverändert bleibt. Beispielsweise
wird zur Erreichung des höchsten Wirkungsgrades bei festgehaltener Stellung der
Leitschaufeln eine flachere Stellung der Laufschaufeln (für
kleinere
Austrittswinkel) erforderlich, wenn das Gefälle abnimmt. Zur Erfüllung dieser Bedingung
wird in die Verbindung zwischen Leitschaufelsystem und Laufschaufelsystem ein verstellbares
Glied eingeschaltet, welches j e nach dem vorhandenen Gefälle verschieden eingestellt
werden kann, bei der Einstellung der Turbine auf verschiedene Leistung jedoch nicht
verstellt zu werden braucht.
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In Abb. i ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt. i ist der Kraftkolben eines selbsttätigen Geschwindigkeitsreglers.
An der Kolbenstange :2 ist der Arm 3 befestigt, der durch den Lenker q. die Kurbel
5 und damit die Welle 6 verstellt, an welche die Leitschaufeln angeschlossen sind.
An der Kolbenstange 2 ist ferner der Arm 7 befestigt, der eine Bohrung für die Schraubenspindel
8 hat, die auf dem Arm durch die Muttern 9 und io festgehalten wird. An die Schraubenspindel
8 ist der Lenker i i angeschlossen, der die Kurbel 12 und damit die Welle 13 verstellt,
welche an die Laufschaufeln angeschlossen ist.
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Wenn beispielsweise die Wellen 6 und 13 derart mit den Leitschaufeln
bzw. den Laufschaufeln verbunden sind, daß eine Abwärtsbewegung der Kurbel 5 die
Leitschaufeln schließt und eine Abwärtsbewegung der Kurbel 12 die Laufschaufeln
auf kleinere Austrittswinkel einstellt, so muß zur Einstellung auf kleineres Gefälle
die Mutter io nachgelassen und die Mutter 9 angezogen werden.
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Die Vorrichtung zur Einstellung kann statt zwischen die Kolbenstange
und das Laufschaufelgetriebe natürlich ebensogut zwischen die Kolbenstange 2 und
das Leitschaufelgetriebe 5, 6 eingeschaltet werden.
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Die Stange 2 kann statt selbsttätig durch einen Kraftkolben auch durch
ein von Hand zu verstellendes Getriebe betätigt werden. Bei der häufigen notwendig
werdenden Einstellung der Turbine auf verschiedene Leistungen ergibt sich dann immer
der höchste mögliche Turbinenwirkungsgrad, während die Spindel 8 und die Muttern
9 und io nur in größeren Zeitabständen, entsprechend den nur langsamen Änderungen
des Gefälles, eingestellt werden müssen.
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Bei selbsttätigen Reglern, die zur Verstellung des Leitrades und des
Laufrades je eine besondere Hilfsmaschine haben, kann die Vorrichtung zur Einstellung
vor verschiedene Gefälle an das Steuerungsorzan einer der beiden Hilfsmaschinen
angeschlossen werden. Eine beispielsweise Ausführungsform eines solchen Reglers
zeigt Abb. 2. 14 ist der von dem Fliehkraftpendel durch ein nicht Bezeichnetes Steuerventil
gesteuerte Kraftkolben. Der zugehörige Stangenkopf 15 ist mit dem. Leitschaufelgetriebe
verbunden, beispielsweise derart, daß eine Bewegung von 15 nach links eine Verringerung
der Leitschaufelöffnung bewirkt. Die verlängerte Kolbenstange des Kraftkolbens 14
ist an den oberen Endpunkt des Hebels 16 angeschlossen. Der mittlere Punkt des Hebels
16 ist mit dem Steuerkolben des Steuerventils 17 verbunden. Der untere Endpunkt
des Hebels 16 ist durch die Kugelpfanne 18 an die Kugel i9 derart angeschlossen,
daß die Kugel i9 sich nach allen Richtungen in der Kugelpfanne drehen kann. Die
Kugel i9 ist mit der Schraubenmutter 2o fest verbunden. Durch das Handrad 21 kann
die Schraubenmutter 2o auf dem auf der Kolbenstange 22 eingeschnittenen Gewinde
verstellt werden. Die durch den Kraftkolben 23 bewegte Kolbenstange trägt an ihrem
linken Ende den Stangenkopf 2¢; der mit dem die Laufschaufeln verstellenden Getriebe
derart verbunden ist, daß eine Bewegung nach rechts kleinere Austrittswinkel am
Laufrade einstellt.
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Die Wirkungsweise dieses Reglers ist folgende: Bei einer Verschiebung
des Kraftkolbens i¢ wird durch Vermittelung des Hebels 16 der Steuerkolben des Steuerventils
17 aus der Mittellage verschoben. Infolgedessen setzt sich auch der Kraftkolben
23 in Bewegung, bis wieder durch Vermittelung des Hebels 16 der Steuerkolben wieder
in seine Mittellage zurückgeführt ist. Die Bewegungen des Kolbens 23 sind dabei
proportional denen des Kolbens 1q.. Wenn das Gefälle kleiner geworden ist, wird
durch das Handrad 21 die Mutter 2o auf dem Gewinde nach links geschraubt; dies bewirkt
eine Verschiebung des Steuerkolbens nach links, die ihrerseits eine Bewegung des
Kolbens 23 nach rechts auslöst, die so lange anhält, bis durch Vermittelung des
Hebels 16 der Steuerkolben wieder in seine Mittelstellung zurückgeführt ist. Der
Kolben 23 ist dabei bei unveränderter Stellung des Kolbens 14 um dasselbe Maß nach
rechts gerückt, um das die Mutter 2o auf dem Gewinde nach links geschraubt worden
war. Treten nunmehr beispielsweise Belastungsänderungen der Turbine und infolgedessen
Bewegungen des Kolbens 14 ein, so macht der Kraftkolben 23 ebenso wie früher Bewegungen,
die denen des Kolbens i¢ proportional sind. Zu jeder Stellung gehört aber jetzt
eine im Vergleich zu dem Zustande vor der Verstellung der Mutter 2o um das erwähnte
Maß weiter nach rechts liegende Stellung des Kolbens 23, und damit ergeben sich
für dieselben Leitschaufelöffnungen geringere Austrittswinkel an den Laufradschaufeln.
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Die beschriebene Einstellvorrichtung kann noch verfeinert werden.
. Der Winkel, um den
die Laufradschaufel bei Abnahme des Gefälles
und festgehaltener Leitschaufelstellung verdreht werden muß, um den höchsten möglichen
Wirkungsgrad der Turbine zu erreichen, ist nämlich in der Nähe der Vollleistung
der Turbine größer als bei kleineren Turbinenleistungen. Durch entsprechende Ausbildung
der Getriebe läßt sich der aus diesem Umstände entspringenden Forderung genügen.
Eine beispielsweise Ausführungsform ist in Abb. 3 dargestellt.
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An den Kraftkolben 25 des selbsttätigen Reglers ist einerseits die
die Leitschaufeln verstellende Welle 26, anderseits die die Laufschaufeln verstellende
Welle 3o angeschlossen, und zwar letztere durch den Lenker 27, dessen rechtes gegabeltes
Ende gelenkig mit dem Gleitstück 28 verbunden ist; das Gleitstück 28 gleitet in
einer in der Kurbel 29 angebrachten Führung; es trägt das Muttergewinde für die
Schraubenspindel 31, durch die seine Stellung in der Führung festgelegt wird.
Die Schraubenspindel kann durch das Sechskant 33 eingestellt werden, sie ist in
ihrer Längsrichtung einerseits durch dieses Sechskant, anderseits durch den Stellring
32 festgelegt.
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Die Wellen 26 und 3o sind derart mit den Leitschaufeln bzw. Laufschaufeln
verbunden, daß eine Bewegung des Kraftkolbens 25 nach rechts die Leitschaufeln schließt
und kleinere Austrittswinkel an den Laufschaufeln einstellt. Bei Mittelstellung
des Kolbens 25 steht die Kurbel 29 in der gezeichneten schrägen Stellung; wenn sich
der Kolben 25 der rechten Endlage nähert (Bereich der kleinen Turbinenleistungen),
nähert sich die Kurbel 29 der senkrechten Wellung; aus der Abbildung ist leicht
ersichtlich, daß dann eine Verstellung des Gleitstückes 28 nur eine geringe Veränderung
der Winkelstellung der Welle 30 bewirkt. Steht dagegen der Kolben 25 in der
Nähe der linken Endlage (Bereich der großen Turbinenleistungen), so steht die Kurbel
29 sehr schräg, und eine Verstellung des Gleitstückes 28 bewirkt eine viel größere
Veränderung der Winkelstellung der Welle 3o. Die gewünschte Verschiedenheit des
Einflusses, den die zur Einstellung auf ein verändertes Gefälle vorgenommene Verstellung
des Gleitstückes 28 auf die Laufschaufelstellungen ausübt, ist damit erreicht.
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Die soeben beschriebenen Vorrichtungen können selbstverständlich ebensogut
angewendet werden, wenn statt des Kraftkolbens i bzw. 1q. bzw. 25 von Hand betätigte
Getriebe vorgesehen sind, ebenso dann, wenn die Kraftkolben nicht durch ein Fliehkraftpendel,
sondern durch einen Schwimmer gesteuert werden, also zu einem sogenannten Wasserstandsregler
gehören.
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Anderseits kann selbstverständlich die Einstellung auf das Gefälle
auch selbsttätig erfolgen, beispielsweise indem das Handrad 2 1 (Abb. 2) an eine
Schwimmervorrichtung angeschlossen wird, die auf das Gefälle oder, falls einer der
beiden Wasserspiegel nicht wesentlich schwankt, auf den Stand des anderen Wasserspiegels
anspricht.
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Für die hydraulischen Vorgänge der Turbine hat ein Herabgehen der
Drehzahl denselben Einfluß wie eine Erhöhung des Gefälles, weil dafür der Wert:
maßgebend ist. Die beschriebenen Vorrichtungen können deswegen ebensogut dann angewendet
werden, wenn zwar das Gefälle sich nicht wesentlich ändert, wohl aber die Drehzahl.
Dieser Fall tritt manchmal bei kleineren Anlagen ein, besonders wenn der Wasserzufluß
zurückgeht und die Anzahl der angetriebenen Maschinen nicht verringert werden kann.
Ein Herabgehen der Drehzahl ist dann unvermeidlich, die beschriebenen Vorrichtungen
gestatten aber dabei, den Wirkungsgrad so hoch zu erhalten, als es nach Lage der
Dinge überhaupt möglich ist. Die Einstellung z. B. des Handrades 2 1 (Abb. 2) würde
in diesem Falle, falls sie selbsttätig erfolgen soll, durch ein Fliehkraftpendel
einzuleiten sein.
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Die Beschriebenen Einstellvorrichtungen gewähren praktisch auch den
Vorteil, daß sie es in bequemer Weise ermöglichen, an der fertigen Turbine durch
Probieren den vorteilhaftesten Zusammenhang zwischen den beide Reguliersystemen
zu ermitteln und einzustellen-