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Verfahren zur Regelung einer Überdruckwasserturbine mit verstellbaren
Leit-und Laufradschaufeln. Bei den mit Überdruck arbeitenden Wasserturbinen wird
der günstigste Wirkungsgrad dann erzielt, wenn .die Richtung des absoluten Wasseraustritts
aus dem Laufrad ungefähr senkrecht zur Umfangrichtung steht. Wird die Füllung unter
Beibehaltung der Drehzahl geändert, so entsteht sowohl bei größeren als auch bei
kleineren Beaufschlagungen ein schräger Austritt, der Winkel a2 zwischen der Richtung
des absoluten Wasseraustritts c_ und der Umfangrichtung % wird größer bzw. kleiner
als go°i Können bei einer solchen Turbine nur die Leitradschaufeln verdreht werden,
so muß der schräge Laufradaustritt in Kauf genommen werden. Lassen sieb dagegen
die Laufradschaufeln verstellen, so kann durch entsprechende Einstellung bei. jeder
praktisch wichtigen Beaufschlagung dLr senkrechte Austritt erreicht werden.
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Man hat bisher versucht, die jeweilig richtige Stellung der L aufradschaufeln
gleichzeitig und zusammen mit den Leitradschaufeln dadurch zu erzielen, daß man
die beiden Bewegungsgetriebe durch entsprechende Vorrichtungen, meist unter Zwischenschaltung
von Kurvenscheiben, miteinander verband, so d,aß zu jeder Leitschaufelöffnung gleich
auch die richtige Stellung der Laufradschaufeln hergestellt werden sollte.
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Es ergaben sich aber dadurch recht verwickelte Konstruktionen, die
zudem wenig befriedigten, und zwar besonders auch deshalb, weil sich mit der Füllung
bei den meisten Turbinen auch das Gefälle etwas ändert und deshalb die Stellung
der Laufradschaufeln davon ebenfalls abhängig gemacht werden müßte.
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Der Erfindungsgedanke vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß
die Laufrad schaufeln für sich, in Abhängigkeit von der Absolutrichtung des aus
dem Laufrad austretenden Wassers, gesteuert werden. Dies Richtigkeit wird durch
eiine entsprechend ausgebildete Fahne gemessen, die hinter dem Laufrad an einer
leicht drehbaren, ungefähr snkrecht zur Turbinenwelle stehenden Achse befestigt
ist: Die Achse der Fahne geht
durch die Saugrohrwand nach außen
und zeigt die jeweilige Richtung des absoluten W
aseraustritts an.
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Die Laufradschaufeln können iiun voll Hand oder selbsttätig durch
einen besonderen Kegler ahhängig voll dieser Richtung eingestellt werden, und zwar
wird nian sie gewöhnlich so einstellen, daß bei allen praktisch wichtigen Füllungen
a= @- go=, also d:e absolute Wasseraustrittrichtung senkrecht zur Umfangrichtung
steht.
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Um bei selbsttätiger Verstellung eine stabile Regelung zu erzielen,
wird ini allgemeinen nicht auf eine [ei jeder Füllung genau gleiche Austrittrichtung
eingestellt werden, sondern nian wird jeder Laufradschaufelstellung eine andere
Richtung zuordnen, so daß der Winkel cc, sich mit der Füllung etwas ändert.
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Der Mittelwert von «z, der bei günstigstem Wirkungsgrad in der Nälie
von 9o° liegt,-kann aLer auch davon abweichend größer oder kleiner gewählt werden,
wenn nicht finit dein besten Wirkungsgrad gearbeitet zu werden braucht, also die
Turbine mehr Wasser schlucken darf, als der verlangten Leistung normalerweise entspricht.
Wasserkraftanlagen, Laufwerken, das sind solche @@asserkraftanlagen, bei denen das
Waser n'.cht aufgespeichert «erden kann, inuß vielfach trotz \%-ecliselader Turbinenleistung
stets dieselbe sekundliche Wasermenge durch die Turbine abfließen, die im Fluß oder
Kanal zufließt, also im allgemeinen eine für längere Zeiträume gleichbleibende Wassermenge.
Dasselbe ist der Fall hei Anlagen am Abfluß voll Ausgleichweihern.
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Bildet man Leü den an solchen Anlagen eingebauten Turbinen düe Richtungsfalnie
ini Laufradaustritt als Staurohr aus, so kann der in der Fließrichtung herrschende
Staudruck sowie der statische Druck gemessen werden, und man erhält als Unterschied
beider die Geschwindigkeitshöhe (wie z. B. beim Prandtlschen Staurohr).
Die Richtung der Fahne gibt den Winkel a2 zwischen der Absolutrichtung c2 und der
Umfangrichtung u, an, und man hat also zusammen mit der Größe voll c, ein Maß für
die Geschwindigkeitskomponente c2"' = sirr % senkrecht zu. uz, also in der Achsenrichtung
des Saugrohres. Diese Geschwindigkeitskomponente im Saugrohrquerschnitt und senkrecht
zu ihin ist dann proportional der durchfließenden Wassermenge.
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Soll diese Wasermenge gleich bleiLen, so muß diese Komponente dieselke
Größe behalten, und es können nun die Laufradschaufein danach eingestellt «-erden,
und zwar wieder entweder voll Hand o-ler selbsttätig durch einen Regler. Die Stellung
der Scliatiieln des Leitrades richtet sich dabei nach der Jeweils erforderlichen
Leistung und kann el:enfalls von Hand oder durch einen Regler eingestellt «erden.
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Werden beide Schaufelsysteme .furch Regler beherrscht, so wird es
sich empfehlen, die Bewegung der Laufradseliaufeln schleichender als die der Leitschaufeln
zu machen, uni eine stabile Regelung zu erzielen. Bei einer Belastungsänderung wird
zuerst der Geschwinrligkeitsregder die Leitschaufeln verstellen und dann wird erst
der Regler, der auf gleiches c_"Z einstellt, langsam die Laufradschaufeln verdrehen,
wobei gleichzeitig auch die Leitschaufeln nieder eine etwas andere Stellung einnehmen
müssen.
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Der Regler zur Verstellung der Laufradschaufeln kann eine besondere
Z-orrichtung sein oder auch finit dem Regler, der die Leitschaufeln verdreht, zusammengebaut
sein (Doppelregler).
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Der Erfindungsgedanke bringt noch den Vorteil finit sich, .daß irrkonstante
Strömungen, die sich bei Laufrädern mit wenig Schaufeln häufig ergeben, nicht auftreten
können, da die Wassergeschwindigkeiten und damit auch die Drucke in L eit- und Laufrad
immer die gleichen sein werden, wenn am Laufradaustritt auf gleiche Richtung und
gegebenenfalls auch auf gleiche Größe der Absolutgeschwindigkeit reguliert wird.