DE3881893T2 - Regelanordnung zum konstanthalten der rotationsgeschwindigkeit in turbinen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zum Konstanthalten der Rotationsgeschwindigkeit in Turbinen, insbesondere bei windgetriebenen Turbinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die SE-PS 387 161 und SE-PS 426 091 zeigen die Möglichkeit des Konstanthaltens der Rotationsgeschwindigkeit bei windgetriebenen Turbinen von einem gewählten unteren Windkraftwert bis zu einem gewählten oberen Windkraftwert, oberhalb von dem die Rotationsgeschwindigkeit wieder mittels einer Regelungsvorrichtung verringert wird, die in Abhängigkeit von der Windkraft automatisch arbeitet.
• Diese bekannte Geschwindigkeitsregelvorrichtung ist hilfreich bei windgetriebenen Turbinen, deren Turbinenblätter von der Turbinenwelle sich im wesentlichen radial nach außen erstrecken und mittels Torsionsfedern axial mit der Turbinennabe verbunden sind, so daß sie um ihre Längsachsen relativ zu der Nabe drehbar sind. Die Turbinenblätter sind deshalb drehbar in Lagerhülsen gehalten, die von der Nabe radial nach außen verlaufen und mit dieser verbunden sind. Die Anordnung ist derart ausgebildet, daß die auf das Blatt wirkenden Windkräfte infolge der Krümmung der Blattprofil-Mauptlinie ein Drehmoment, Längsneigungsmoment, auf das Blatt um dessen Längsachse entgegen der Wirkung der Torsionsfeder ausüben. Die Torsionsfeder ist unter Vorspannung zwischen zwei in Beziehung zu der Nabe radial beabstandeten Lagern gehalten. Eines der Lager kann in dem nicht-einstellbaren Bereich, der Lagerhülse, und das andere in einem mit dem Blatt verbundenen Bereich angeordnet sein. Infolge ihrer Vorspannung wird die Torsionsfeder ein elastisches Drehmoment zwischen dem Blatt und der Lagerhülse erzeugen, wobei das von den Windkräften an dem Turbinenblatt erzeugte Drehmoment mittels des elastischen Drehmomentes infolge der gespannten Torsionsfeder ausgeglichen wird.
• Diese Anordnung hat sich in der Praxis hervorragend bewährt, jedoch können in einigen Fällen Folgeprobleme auftreten, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden sollen.
• Eines dieser Probleme besteht darin, daß die Turbinenblätter, wenn der Wind schräg auf sie auftrifft, dazu neigen, ungleichmäßig relativ zueinander über große Verstellwinkel zu rotieren, was zu einem Flattern und der daraus folgenden erhöhten Belastung der Turbine führen kann. Ein weiteres Problem besteht darin, daß es nicht möglich ist, die Turbinenblätter durch bewußten Eingriff anzustellen, um beispielsweise in kritischen Situationen die Turbine anzuhalten. Ein drittes Problem besteht darin, daß die Spannung der jeweiligen Torsionsfeder schwierig zu rejustieren ist, wenn die Turbine gestartet wurde. Ein viertes Problem ist die Schwierigkeit, dem Wunsch zu entsprechen, das Torsionsmoment der Feder innerhalb bestimmter Winkelbereiche verändern zu können, um klarere Geschwindigkeitsregel- und Abschaltfunktionen zu erhalten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne eine wesentliche Erhöhung der Kosten eine Verringerung des Biegemoments an den Blattwellen zu erzielen und die Geometrie und den Bauraum für die Synchronisiervorrichtung zwischen den Blättern und dem Nabenzentrum zu verbessern.
• Die DE-A-904 400 zeigt eine windgetriebene Turbine, bei der eine Art Synchronisiervorrichtung zwischen den Blättern an dem Nabenzentrum angeordnet ist. Diese bekannte Turbine besitzt keine Torsionsfedern der in der SE-C-337 161 und der SE-426 091 gezeigten Art, die oben dargestellt wurden, so daß die bei dieser bekannten Turbine eingebaute Synchronisiervorrichtung folglich nicht alle die o.g. Probleme in Zusammenhang mit windgetriebenen Turbinen der Gattung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 lösen kann.
• Diese Ziele können nun durch Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und gemäß bevorzugten Weiterbildungen der Merkmale der Ansprüche 2 bis 13 erreicht werden.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, wobei Figur 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Turbine in Richtung der Turbinenwelle zeigt, wobei gewisse Abschnitte weggelassen sind, um eine Regel- und Synchronisiervorrichtung gemäß der Erfindung zu verdeutlichen, die zwischen den Turbinenblättern über die Turbinennabe wirkt. Figur 2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in Figur 1. Figur 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in Figur 2. Die Figuren 4 und 5 entsprechen den Figuren 2 und 3, jedoch zeigen sie die Regelvorrichtung in einer teilweise nach außen gewinkelten Position und das Turbinenblatt in entsprechend angewinkelter Stellung. Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels, wobei die Synchronisiervorrichtung im wesentlichen drehbar und bewußt mittels eines Schubstabs und eines Drahtes betätigbar ist. Figur 7 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel, bei dem die auf die Turbinenblätter wirkende Torsionslast mittels einer Feder vorgesehen wird, die gemeinsam für die Blätter ausgebildet ist und direkt auf die Betätigungsvorrichtung der Einrichtung zur Koordinierung der Winkelverstellung der Blätter wirkt. Figur 8 letztendlich zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Turbine gemäß den Figuren 1 bis 7, wobei zusätzlich eine Vorrichtung vorgesehen ist, die das Antriebswellenmoment erfaßt und es begrenzt, indem sie über federbelastete Momentenarme in denjenigen Fällen auf die Verstellbewegung einwirkt, in denen ein sehr enger Geschwindigkeitsbereich notwendig ist, beispielsweise wenn ein Generator direkt mit der Hauptleitung verbunden ist.
• Die in Figur 1 nur teilweise dargestellte Turbine wird als Windturbine verwendet, um über eine Antriebswelle 1 eine Last, beispielsweise einen elektrischen Generator, anzutreiben. Die Turbinenblätter, von denen nur der innere Bereich eines Blattes 2 dargestellt ist, sind mit der Turbinennabe 3 über jeweils eine Regelvorrichtung drehbar verbunden, die eine Torsionsfeder 8 aufweist, die koaxial in einem Rohrteil 7 angeordnet ist, das an seinem radial äußeren Ende mit dem jeweiligen Turbinenblatt 2 verbunden ist und sich axial durch eine hohle Blattwurzel 5 erstreckt, die als Gehäuse für das Rohrteil 7 dient und mittels eines oder mehrerer Lager 6 drehbar an der Blattwelle 2' gehalten ist. An ihrem radial inneren Ende kann die Blattwurzel 5 entweder fest oder beispielsweise wie in einem später beschriebenen Ausführungsbeispiel schwenkbar mit der Nabe 3 verbunden sein.
• Das Gehäuse (Blattwurzel) 5 und das Pohrteil 7 sind mittels der Torsionsfeder 8 axial zusammengehalten, die in dem Gehäuse 5 angeordnet ist und in dem dargestellten Ausführungsbeipiel die Form einer Blattfeder besitzt. An ihrem radial äußeren Ende ist die Feder 8 fest mit der Blattwelle 7' mittels einer Federbefestigung 12 verbunden. Die Röhre 7, die somit ein Teil der Blattwelle bildet, nimmt in ihrem radial inneren Endbereich eine Federbefestigung 11 mit einem Kopf 11' auf, der von der Nabenseite leicht zugänglich ist und die Einstellung der Spannung der Feder 8 mittels eines Werkzeugs erlaubt sowie mit Hilfe einer Feststellmutter 24 oder ähnlichem von dem radial inneren Ende des Gehäuses 5 gegen das Ende eines Vorsprungs 5'' spannbar ist. Soweit die Regelvorrichtung bisher beschrieben wurde, stimmt sie mit der Regelvorrichtung überein, wie sie in der SE-PS 337 161 sowie SE-PS 426 091 beschrieben ist, wobei die Feder 8 wie in der bekannten Regelvorrichtung eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung zwischen dem Blatt 2 und der Nabe 3 bildet und die Spannung der Feder 8 die Grundeinstellung der Drehgeschwindigkeit der Turbinenwelle bestimmt.
• Wie in der SE-PS 387 161 beschrieben ist, weist das Turbinenblatt ein derartiges Blattprofil auf, daß es um seine aerodynamische Mitte ein Spitzen-Eintauchmoment, d.h. Längsneigungsmoment erzeugt, das im wesentlichen unabhängig von der Anhebung ist, die auf das Blatt wirkt, wenn der Wind darauf einwirkt. Das Blatt ist relativ zu der gemeinsamen Längsachse der beiden Teile 5 und 7 derart angeordnet, daß die Windkraft, die auf das Blatt entgegen der Wirkung der Torsionsfeder 8 einwirkt, einen Anstieg eines Momentes um die Drehachse 2' des Blattes (Figur 1) bewirkt. Dieses Moment ist bestrebt, das Blatt um diese Achse zu verdrehen, die mit der gemeinsamen Längsachse der Teile 5 und 7 zusammenfällt.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 der o.g. Patentschriften besteht zwischen den Wellen 2' der Turbinenblätter keine Drehverbindung. Bei dem erfindungsgemäßen, in den Figuren 1, 2, 4 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die gegenseitige Winkelpositionen der Blätter 2 um die geometrische Blattachse 2' jedoch synchron gleichgehalten mittels eines Kurbelarm- und Hebelsystems 9, 10, 14, das einen Kurbelarm 9, der an dem radial inneren Ende jeder Blattwelle 2' angebracht ist, einen Verbindungsarm 10 und eine gemeinsame Synchronisiervorrichtung 14 aufweist. Der Verbindungsarm 10 ist jeweils an einem Ende an dem entsprechenden Kurbelarm 9 und seinem anderen Ende an der Synchronisiervorrichtung 14 angelenkt. Die Synchronisiervorrichtung ist so angeordnet, daß sie die Drehung der Blätter um ihre Längsachsen oder geometrischen Drehachsen 2' koordiniert. Dazu weist die Synchronisiervorrichtung in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung Arme 14 auf, die symmetrisch von einem gemeinsamen Zentrum vorstehen und an ihren radial inneren Enden fest miteinander verbunden sind, d.h. als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. Im Bereich des Zentrums sind die Synchronisierungsarme 14 relativ zu einer gemeinsamen geometrischen Achse 4' beweglich gelagert, die im rechten Winkel zu den Längsachsen der Arme 14 verläuft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die geometrische Achse 4' von der Längsachse eines Stabes 4 gebildet, der koaxial durch die hohle Antriebswelle 1 verläuft und an dessen einem äußeren Endabschnitt die Synchroniervorrichtung 14 gelagert ist. Zur Synchronisierung der Drehung von zwei Blättern 2 kann die Synchronisier vorrichtung die Form eines zweiarmigen Joches aufweisen. Abhängig von der Anordnung des Kurbel- und Verbindungsarmsystems kann die Synchronisiervorrichtung drehbar und/oder verschiebbar relativ zu der geometrischen Achse 4', d.h. um diese bzw. entlang dieser verstellbar angeordnet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 5 ist die Synchronisiervorrichtung 14 zusammen mit dem Stab 4 verschieblich, der dabei verschieblich und gegebenenfalls drehbar in der Antriebswelle 1 gelagert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist die Synchronisiervorrichtung drehbar auf der Antriebswelle 1 gehalten, so daß der Stab 4 lediglich verschiebbar in der Antriebswelle 1 gelagert sein muß.
• In der Grundposition der Blätter 2 lagert die Synchronisiervorrichtung 14 oder gegebenenfallS der Stab 4 auf einem Auflager. In den Figuren 2 und 4 ist dieses Auflager als elastischer stoßabsorbierender Ring 15 ausgebildet, der mit dem Stab 4 und/oder der Synchroniervorrichtung 14 verbunden ist und mit einem Auflager 13 zusammenwirkt, das mit der Antriebswelle 1 verbunden ist. Die Anlage der Synchronisiervorrichtung 14 an dem Dämpfungsring 15 oder ihr Abstand von diesem ist abhängig von einer Federspannung und einer Kraft, die durch das aerodynamische, auf die Turbinenblätter 2 wirkende Moment ausgeübt wird. Gemäß der Erfindung ist es auf diese Weise möglich, die Anzahl der Auflager auf ein einziges, zentral angeordnetes Auflager zu reduzieren, das von dem Nabenzentrum in einfacher Weise zugänglich ist.
• In dem Bewegungs-Umsetzsystem 9, 10, 14 ist es möglich, beispielsweise den Verbindungsarm oder jedes Teil, das die Drehbewegungen von einem Turbinenblatt auf ein anderes überträgt, als elastisches oder in anderer Weise dämpfendes Bauteil auszubilden, um eine gewisse individuelle Drehbewegung der Turbinenblätter zu ermöglichen.
• Wenn die Windkraft von einen Schwellwert ansteigt, wird das Turbinenblatt 2 um seine Längsachse 2' infolge des Momentes verdreht, das durch die Windkraft und die Größe sowie Form des Blattes besti:nmt ist, wobei ein wichtiger Faktor die Krümmung der Blatt-Hauptsehne ist.
• Die Drehung des Blattes um seine geometrische Achse 2' bei einem Ansteigen der Windkraft findet entgegen der Wirkung des elastischen Drehn.omentes infolge der gespannten Feder 8 statt. Die Momentencharakteristiken des Turbinenblattes 2 und der Feder 8 sind so ausgewählt, daß die Drehgeschwindigkeit der Turbine oberhalb des Windkraft-Schwellwertes bis zu einem wesentlich höheren Windkraft-Wert im wesentlichen konstant gehalten wird, bei und oberhalb von dem die Drehgeschwindigkeit der Turbine sich zu verringern beginnt, da das aerodynamische Moment der Turbinenblätter 2 oberhalb des Schwellenwertes stärker ansteigt als das Torsionsmoment. Dies ist in der o.g. SE-PS 387 161 beschrieben.
• Wie sich aus dem zuvor Gesagten ergibt und in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, kann die Torsionsfeder 3 gemäß der Erfindung mittels einer leicht zugänglichen Schraube 11, 11' belastet oder gespannt werden, die gleichzeitig die radial innere Federbefestigung bildet und in der festgelegten Position mittels einer Mutter 24 fixiert werden kann. In einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung ist es möglich, die Torsionsfeder 8 beispielsweise mittels einer ferngesteuerten Vorrichtung zu spannen oder entspannen, um eine Start- und stopfunktion zu erhalten, d.h. falls es gewünscht ist, die Turbine zu starten oder zu stoppen. Wenn die Turbine gestartet wurde, ist es möglich, die gewünschte Drehgeschwindigkeit einzustellen, wie oben ausgeführt wurde.
• Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Turbinenblatt 2, das aus der Grundposition, die in Figur 3 dargestellt ist, in eine teilweise angestellte Position gemäß Figur 5 geschwenkt ist, weil entweder das aerodynamische Moment des Turbinenblattes 2 beim Auftreten einer sehr hohen Windkraft das Blatt 2 entgegen der Wirkung der Torsionsfeder 8 drehen konnte oder weil eine äußere Kraft 16 das gleiche vermochte, wobei das Synchronisierungsjoch 14 in Richtung der Längsachse des Schubstabs 4 von dem Auflager 13 weg verschoben ist. Die Anordnung ermöglicht es ebenfalls, mittels einer externen Kraft 16 den auf das Synchronisierungsjoch 14, den Verbindungsarin 10 und den Kurbelarm 9 wirkenden Stab 4 zu verschieben, so daß das Turbinenblatt 2 entgegen der Wirkung der Torsionsfeder 8 gedreht wird, wodurch die Turbine in einfacher Weise bewußt, d.h. durch gewünschte Einflußnahme gestoppt werden kann. In diesem Fall braucht die Schraube 11, 11', d.h. die Federbefestigung nicht als Vorrichtung zum Starten und Stoppen der Turbine verwendet zu werden.
• Des weiteren ist es mittels einer zusätzlichen Feder 25, die beispielsweise zwischen dem Gehäuse 5 und dem Kurbelarm 9 angeordnet ist und lediglich in Figur 5 dargestellt ist, möglich, gegen oder mit dem aerodynamischen Moment des Turbinenblattes in progressiver Weise, d.h. in nicht linearer Richtung, beispielsweise zur Sicherstellung einer deutlicheren Abschaltfunktion, d.h. dem Stoppen der Turbine bei Auftreten einer sehr hohen Windkraft, auf das Torsionsmoment einzuwirken.
• In Figur 6 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei das Synchronisierungsjoch 14 im wesentlichen drehbar um die Turbinenantriebswelle 1 gelagert ist, jedoch mit der Blattwelle 2' in ähnlicher Weise verbunden ist wie oben für den Verbindungsarm 10 und den Kurbelarm 9 beschrieben ist. In diesem Fall kann die Turbine ebenfalls bewußt mittels einer äußeren Kraft 16 über den Stab 4 gestoppt werden, der dabei nicht fest mit dem Synchronisierungsjoch 14 verbunden ist, sondern an dessen äußeren Ende ein Draht 18 so verbunden ist, daß die Kraft 16 auf den Kurbelarm 9 über Riemenscheiben 19 übertragen werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, die Blattwelle entweder direkt oder über den Kurbelarm 9 mittels anderer ferngesteuerter Regelvorrichtungen zu drehen.
• In den o.g. Patentschriften wurde die Schlagbewegung mittels eines elastischen Abschnittes der Blattwurzel ermöglicht und in der SE-PS 426 091, dortige Figur 6, ist ein Ausführungsbeispiel mit sogenannten Schlaggelenken vorgesehen, wobei die Begrenzung der Bewegung jeoch mittels eines elastischen Auflagers gegen den Nabenabschnitt bewirkt wird.
• Gemäß der Erfindung ist die Drehung des Blattes 2 um seine geometrische Drehachse 2' mit der Schlagbewegung des Blattes relativ zu der Nabe 3 um eine Schlagachse 17 vertraglich, wobei das Blatt 2 selbst bezüglich der Blattwurzel 5 drehbar ist, die nicht mit dem Blatt zusammen drehbar ist, jedoch an der Nabe 3 schwenkbar angebracht ist, um eine Schwenkbewegung, das Schlagen, innerhalb bestimmter Grenzen um die Schlagachse 17 auszuführen. Die mögliche Schwenk- oder Schlagbewegung ist durch Schlaglager-Tragarme 22 begrenzt, die sich in einen hohlen Abschnitt der Nabe 3 zwischen bewegungsbegrenzenden Anschlägen 21 erstrecken.
• Es ergibt sich aus dem zuvor gesagten, daß die Synchronisation bzw. Koordination der Schwenkbewegung und Schwenkverstellung der Blätter um ihre Drehachsen 2' mit relativ einfachen Mitteln, d.h. einem Hebelsystem erreicht wird, das aus Kurbelarmen 9, die mit den schwenkbaren Blattabschnitten 2 verbunden sind und Verbindungsarrnen 10 besteht, die an die Kurbelarme 9 angelenkt sind und mit einer Kraftübertragungs- bzw. Kraftverteilungsvorrichtung 14 gelenkig verbunden sind, die zentral relativ zu den Hebelsystemen angeordnet ist und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für zwei Turbinenblätter die Form eines zweiarmigen Joches besitzt. Es ergibt sich des weiteren, daß diese Kraft- und Bewegungsübertragungssysteme über die Vorrichtung 14 auf ein Element 4 wirken, das dadurch, daß es einer äußeren Kraft in Richtung des Pfeils 16 (siehe Figuren 4 und 6) ausgesetzt ist, selbst eine Vorrichtung zur Einwirkung auf die Kraft- und Verteilungsvorrichtung 14 bildet, um die Turbinenblätter über das Hebelsystem entgegen den Windkräften zum Anstellen der Blätter in einem solchen Maße zu verdrehen, daß es leichter ist, die Turbine zu stoppen, oder um Einstellungen im Falle einer starken Windkraft vorzunehmen.
• Die externe Kraft in Richtung des Pfeils 16 kann mittels einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) erzeugt werden, die beispielsweise elektronisch in Abhängigkeit von gewählten Parametern (Windkraft, vorherrschendes Moment, Zeit etc.) oder manuell mittels einer mechanischen Vorrichtung jedes geeigneten Types gesteuert werden kann.
• Die Federanordnung gemäß Figur 7 zum Beaufschlagen der Turbinenblätter, von denen jedoch in Figur 7 nur ein Turbinenblatt 2' dargestellt ist, umfaßt eine Spiralfeder 8', die auf einer Betätigungsvorrichtung (dem Stab) 4 angeordnet ist und zwischen einem vorzugsweise axial einstellbaren Auflager 11' an der Betätigungsvorrichtung 4 und einem Auflager 27' an der Turbinenwelle 1 wirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine Torsionsfedern 8 wie bei der Ausführung gemäß Figur 2 oder eine andere oben beschriebene Anordnung zum Voreinstellen der Torsionsfedern vorgesehen, jedoch entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ansonsten dem in Figur 2.
• Wie sich aus Figur 7 ergibt wirkt die starke Feder 8' mittels der Betätigungsvorrichtung (dem Stab) 4 auf die Vorrichtung zur Koordinierung der Schwenkbewegung und der Schwenkverstellung der Turbinenblätter 2 um ihre Drehachsen 2', d.h. die Feder wirkt auf die Betätigungsvorrichtung 4 und über diese Vorrichtung 4 auf die Kraft-Übertragungsvorrichtung 14 sowie über die Verbindungsarme 10 auf die Blattwellen 2'.
• Die auf die Blätter wirkende Federanordnung, d.h. die Torsionsfedern 3 in den Figuren 1 bis 6 und die Spiralfeder 8' in Figur 7, kann selbstverständlich in verschiedener Weise von der beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführung abgewandelt werden, ohne den erfindungsgemäßen Grundgedanken zu verlassen.
• Die in Figur 8 dargestellte Momentenerfassungsvorrichtung weist die Antriebswelle 1 mit einem Antriebsbügel 30 auf, der an dieser befestigt ist, wobei das vordere Antriebswellenende 31 drehbar in der Nabe 3 gehalten ist. Zwei Momentenarme 32, von denen jeweils einer für jedes Turbinenblatt 2 vorgesehen ist, sind mit dem Antriebsbügel 30 über einen entsprechenden Verbindungsarm 33 in den Punkten 34 und 35 und mit der Nabe 3 in den Punkten 36 mittels jeweils eines Stiftes 37 in einer Bohrung 38 verbunden. Zwei gespannte Federn 39 sind an ihren Enden mit der Nabe 3 in daran ausgebildeten Vorsprüngen 40 und mit ihren äußeren Enden 41 mit dem zugeordneten Momentenarm 32 verbunden. Zwei Mitnehmer 42 in Form von flexiblen Bändern, Schnüren oder ähnlichem sind mit ihren Enden mit dem jeweiligen Momentenarm 32 und einem jeweiligen Hebelarm 9 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Kurbelarme 9 einen vorstehenden Befestigungspunkt 43 für ein Ende 44 der jeweiligen Mitnehmer 42.
• Wie sich aus Figur 3 ergibt wird die Antriebskraft von der Nabe 3, die drehbar auf der Antriebswelle 1 gehalten ist, über die Befestigungspunkte 36 für den Momentenarm in den Lagern 37, 38 auf den jeweiligen Momentenarm 32 übertragen, wobei der relativ kurze Hebelarm zwischen den Befestigungspunkten 35 und 36 die relativ große Antriebskraft auf eine geringere Kraft an den Lagerpunkten der gespannten Feder 38 in dem zugeordneten Momentenarm 32 am Ende 41 herabsetzt.
• Wie sich aus Figur 3 ergibt wird die Feder 39 gedehnt, wenn die Kraft, die am Ende 41 auf den Momentenarm 32 einwirkt die Spannung der Feder übersteigt, was dann auftritt, wenn das gewünschte maximale Antriebsmoment erreicht ist. Wie in dem dargestellten Fall wirkt dann der Momentenarm 32 über den Mitnehmer 42 an dem Befestigungspunkt 43 des Kurbelarm 9 auf die Längsneigungsachse 2' ein, so daß das Turbinenblatt 2 in Richtung eines reduzierten Antriebsmoments drehen kann.

Claims (13)

1. Turbinen-Regelvorrichtung zum Konstanthalten der Rotationsgeschwindigkeit, mit einer Turbinennabe (3), einer Vielzahl von Turbinenblättern (2), die an der Nabe gelagert und drehbar mit dieser verbunden sind sowie derart angeordnet und aufgebaut sind, daß sie ein Drehmoment um eine Turbinenwelle (1) ausüben, einer Federanordnung (8;8'), die derart angeordnet und aufgebaut ist, daß sie das Turbinenblatt um eine längs und im wesentlichen im rechten Winkel zu der Turbinenwelle (1) verlaufende geometrische Drehachse (2') verdreht, einer Federanordnung-Vorspannvorrichtung (11;11') , die derart angeordnet und aufgebaut ist, daß sie einem auf das Turbinenblatt durch strömendes Fluid aufgebrachten Drehmoment entgegensteht, wobei das Blatt ein derartiges angeordnetes und aufgebautes Blattprofil besitzt, daß eine Neigungsbewegung auftritt, die durch das Blattprofil bestimmt wird und im wesentlichen unabhängig von dem Blattauftrieb ist, einer Betätigungsvorrichtung (4), einer Kraftübertragungsvorrichtung (14), die mittels der Betätigungsvorrichtung bedienbar ist und bezüglich der Nabe (3) beweglich gelagert ist, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung derart angeordnet und aufgebaut ist, daß sie die Angularbewegung und die Verstellung der Turbinenblätter (2) um die Drehachse (2') der Blätter koordiniert, gekennzeichnet durch ein Hebelsystem (9), das die Kraftübertragungsvorrichtung (14) mit den Turbinenblättern (2) verbindet und einen mit jedem Turbinenblatt verbundenen Kurbelarm (9) aufweist, wobei das Hebelsystem (9) und die Kraftübertragungsvorrichtung (14) derart angeordnet und aufgebaut sind, daß sie alle Turbinenblätter (2) um ihre geometrische Achse durch eine Winkelverstellung verdrehen, die im wesentlichen gleich einem gedrehten Turbinenblatt ist, und durch eine Auflagervorrichtung mit einem elastischen Auflager (15) und einem festen Auflager (13), wobei das elastische Auflager (15) von der Kraftübertragungsvorrichtung (14) getragen und bezüglich der Nabe (3) bewegbar angeordnet ist und wobei das feste Auflager (13) bezüglich der Turbinennabe fest gehalten ist und derart angeordnet und aufgebaut ist, daß es mit dem elastischen Auflager zusammenwirkt und Reaktionskräfte von der Federanordnung (8;8') über die Kraftübertragungsvorrichtung (14) aufnehmen kann, wobei eine Kraft auf die Betätigungsvorrichtung (4) und auf die Turbinenblätter (2) über die Kraftübertragungsvorrichtung (14) und das Hebelsystem (9) einwirkt.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (4) stabförmig ist und derart angeordnet und aufgebaut ist, daß sie koaxial verschiebbar und bezüglich der Turbinennabe (3) drehbar ist, wobei die Turbinenblätter (2) mittels der Betätigungsvorrichtung (4) über die Kraftübertragungsvorrichtung (14) und das Hebelsystem (9) drehbar sind.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsvorrichtung ein mehrarmiges Kraftverteilungsjoch (14) ist, das für jedes Turbinenblatt (2) einen Arm aufweist, und in seiner Mitte durch die Betätigungsvorrichtung (4) gelagert ist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einstellbare, festlegbare Schrauben-Federbefestigung (11), mittels der jedes Turbinenblatt (2) mit der Nabe (3) verbunden ist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine geometrische Schlagachse (17), um die die Blätter (2) bezüglich der Turbinennabe (3) schwenken.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Drehachse (4') der Turbinenwelle (1) und die geometrische Schlagachse (17) in verschiedenene Ebenen senkrecht zu der Turbinenwelle (1) angeordnet sind, wobei bei einer Abnahme des Biegemoments an einer Blattwelle die Geometrie verbessert ist und eine größere Fläche zur Kraftübertragung erreicht ist.

7. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch elastische Verbindungsarme (10), die die Kurbelarme (9) mit der Kraftübertragungsvorrichtung (14) verbinden.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elastisches Element (25), das derart angeordnet und aufgebaut ist, daß es zwischen dem Kurbelarm (9) und einem mit der Nabe (3) verbundenen Teil (5) wirkt, wobei ein Moment progressiv auf die Federanordnung (8) aufgebracht wird.

9. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsvorrichtung einen Kraftverteilungs arm (14) aufweist und daß ein Verbindungsarm (10) zwischen dem Kurbelarm (9) und dem Kraftverteilungsarm (14) angeordnet ist, wobei ein Abschnitt des Verbindungsarms (10) in Richtung entlang des Kraftverteilungsarms (14) elastisch verformbar ist.

10. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Schlaglager-Tragarm (22) der eine Blattwurzel (5') mit der Nabe (3) verbindet, und zwei bewegungsbegrenzende Anschläge (21), die mit der Nabe (3) verbunden sind, wobei der Tragarm (22) sich über eine geometrische Schlagachse (17) hinaus zwischen den bewegungsbegrenzenden Anschlägen (21) erstreckt.

11. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichent durch eine Momentenerfassungsvorrichtung (30-44), wobei die Nabe (3) drehbar mit der Turbinenwelle (1) verbunden ist und wobei ein Verdrehen der Turbinenwelle (1) auf die Momentenerfassungsvorrichtung (30-44) einwirkt, so daß die Turbinenblätter (2) verdreht werden.

12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenerfassungsvorrichtung Momentenarme (32), einen Antriebsbügel (30), der auf der Antriebswelle (1) gefestigt ist, Verbindungsarme (33), die die Momentenarme (32) mit dem Bügel (30) und der Nabe (3) verbinden, und Mitnehmer (42) aufweist, die mit den Momentenarmen (32) und dem Kurbelarm (9) verbunden sind.

13. Regelvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch gespannte Federn (39), die mit der Nabe (3) und dem Momentenarm (32) verbunden sind.