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Kreiselmaschine mit drehbar in der Laufradnabe gelagerten Schaufeln.
Die Erfindung betrifft eineKreiselmaschine mit drehbar in der Laufradnabe gelagerten
Schaufeln. Um bei allen Leistungen der Kreiselmaschinen, d. h. bei den verschiedenen
Beaufschlagungsgraden von Turbinen bz-%v. Fördermengen von Pumpen, Verdichtern usw.,
einen guten Wirkungsgrad zu erhalten, ist es bereits bekannt, die drehbaren-Laufschaufeln
mit Hilfe eines Servomotors in Abhingigkeit von der Belastung einzustellen.
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Um solche Servomotoren klein bemessen zu können, also um das Auskommen
mit billigen derartigen Maschinen zu ermöglichen, weist eine Kreiselmaschine nach
der Erfindung mindestens eine ganz in der Laufradnabe angeordnete Feder auf, die
den Servomotor im Bestreben, die Schaufeln entsprechend der Belastung einzustellen,
unterstÜtzt.
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Erfolgt die Verdrehung der Schaufeln durch Längsverschieben einer
Welle so können in\Terbindting mit einer solchen Welle zwei Federn vorgesehen sein,
von denen die eine den Servomotor beim Bewegen der Welle in der einen Richtung und
die zweite beim Bewegen der Welle in der anderen Richtung unterstützt.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungen der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht. Es zeigt -,'£bb. i teilweise einen achsialen Längsschnitt und teilweise
eine Ansicht eines Teils des Laufrades einer Wasserturbine, bei welcher eine Feder
eine zum Einstellen der Laufschaufeln dienende längsverschiebbare Welle im Sinne
des Schließens dieser Schaufeln zu bewegen trachtet; Abb.:2 zeigt eine Einzelheit
einer Turbine, bei welcher zwei Federn zu verschiedenen Zeiten in entgegengesetztem
Sinne auf eine zum Einstellen der Schaufeln dienende Welle einwirken können; Abb.
3 zeigt das Laufrad und den dazugehörigen Servomotor einer Turbine, bei welcher
eine Feder die Schaufeln im Sinne des Öffnens zu bewegen trachtet; Abb. 4 zeigt
eine Einzelheit der dritten Ausführung in größerem Maßstab, und Abb. 5 zeigt
einen Teil einer Ausführung mit zwei Federn, von denen die eine erst zur Wirkung
kommt, nachdem die andere bereits um einen gewissen Betrag zusammengedrückt worden
ist.
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i bezeichnet die Nabe des Laufrades einer Wasserturbine. In dieser
Nabe sind mittels Zapfen2 Laufschaufeln3 drehbar gelagert. 4 ist die Welle der Wasserturbine,
die mit der Nabe i durch nicht gezeigte Mittel starr verbunden ist. Gleichachsig
zur hohlen Welle 4 ist eine längsverschiebbare Welle 5 angeordnet, die auf
einem Teil ihrer Länge von der hohlen Turbinenwelle 4 umgeben ist und von einem
in dieserAbbildung nicht gezeigten Servomotor in Abhängigkeit von der Belastung
der Turbine zwecks Einstellung der drehbaren Laufschaufeln in der Längsrichtung
verschoben werden kann. Ganz in der Lauf radnabe i ist eine Feder 6 untergebracht,
die sich an einen sich gegen die Nabe i stützenden Teller 7 und an einen
an der Welle 5 befestigten Teller 8 anlegt. Die Feder6 hat im gespannten
Zustand das Bestreben, die längsverschi#bbare Welle i nach abwärts zu bewegen. Auf
der Welle5 sitzt ein Körper 9, dessen sternförmig angeordnete Arme io mittels
der Gelenke ii und der Lenker 12 mit' den auf die Zapfen 2 der Schaufeln
3 aufgekeilten Hebelarmen 13 verbunden sind.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist angenommen, daß das von dem Druck
des Wassers auf diese Schaufeln 3 ausgeübte Drehmoment die Schaufeln zu öffnen
trachtet, welchem Drebinoment der nicht gezeigte Servomotor gewöhnlich im Sinne
des Schließens der Schaufeln 3 entgegenwirkt. Die Feder 6, welche
die Welle 5 nach abwärts bewegen will, also auch im Sinne des Schließens
der Schaufeln 3 wirkt, unterstützt somit den Servornotor in seiner Wirkung,
die Schaufeln 3 in der der Belastung entsprechenden Lqge zu halten, so daß
das vom
Servomotor zu erzeugende Monient um den Betrag des von der
Feder6 erzeugten Drehmomentes kleiner sein kann. Beim Öffnen der Schaufeln
3, in welchem Falle der Servoinotor gegenüber dem von den Schaufeln
3
herrührenden Moment wie eineBremse wirkt, wird der Servomotor von der Feder
6, die nun zusammengedrückt wird, wiederum unterstützt. Das Vorhandensein
dieser Feder 6 ermöglicht es somit, mit einem kleinen und daher billigen
Servomotor auszukommen und außerdem die auf das Spurlager wirkende Verstellkraft
zu vermindern.
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Abb. 2 zeigt eine Anordnung für den Fall, wo das von den drehbaren
Schaufeln au#, tätige Moment während des vollständigen Schließens und Wiederöffnens
der Schaufeln eine Zeitlang im Sinne des Öffnens und eine Zeitlang im Sinne des
Schließens der Laufschaufeln wirk-en soll. Es sind bei dieser Anordnung zwei in
der Laufradnabe angeordnete Federn 14, 15 vorgesehen, von denen sich die Feder 14
an einem mit der längsverschiebbaren Welle 5 starr verbundenen Teller 16
und an einem festen Nabenteil 17 abstützt, während die Feder 15 am festen Nabenteil
17 und an einem lose auf der Welle 5 sitzenden Teller 18 sieh abstützt.
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In der in Abb. ?- gezeigten Lage sind beide Federn 14, 15 gerade
entspannt, was einer Mittellage der nicht gezeigten Laufschaufeln entspricht, in
welcher der vom Wasser auf dieselben ausgeübte Druck weder ein Moment im Sinne des
Offnens noch im Sinne des Schließens dieser Schaufeln ausübt. Sobald nach einer
erfolgten kleinen Verschiebung der Welle 5, z. B. nach abwärts, das hydraulische
Moment die Schaufeln zu schließen, also die Welle weiter nach abwärts zu bewegen
trachtet, so wirkt die dadurch zusammengedrückte Feder 15 entgegen und unterstützt
damit den Servomotor im Bestreben, die Schaufeln in der der Belastung entsprechenden
Lage zu halten. Die Feder 14 bleibt dabei völlig unbeeinflußt; dagegen kommt sie
zur Wirkung, wenn das hydraulische Moment, nachdem die Welle 5 aus der in
Abb.:2 gezeigten Mittellage etwas nach aufwärts bewegt worden ist, die Schaufeln
zu öffnen trachtet. Dann verhindert die dadurch zusammengedrückte Feder 14 das hydraulische
Moment am weiteren öffnen der Schaufeln. Es wird also der Servomotor in seinem Bestreben,
die Schaufeln in der der Belastung entsprechenden Lage zu halten, entweder von der
Feder 14 oder von der Feder 15 unterstützt. Abb- 3 und 4 zeigen schließlich
eine Anordnung für den Fall, wo das von den Schaufeln 3 ausgeübte Moment
die Schaufeln schließen will und eine ganz in der Laufradnabe angeordnete Feder
21 einer Abwärtsbewegung der mit dem Servomotor ig durch ein Gestänge 2o in Wirkungsverbindung
stehenden Welle 5 entgegenwirkt. Die Abb. 3 zeigt die verschiedenen
Teile in der Lage, die sie bei ganz offenen chaufeln einnehmen.
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Falls die Änderungen der von den Schaufeln herrührenden hydraulischen
Verstellkräfte keine lineare Funktion des Verstellhubes sind, so ist es zweckmäßig,
durch Anordnung von mehreren sich nach und nach unterstützenden Federn für die Tätigkeit
des Servoniotors günstige Bedingungen zu schaffen. Zu diesem Zwecke kann z. B. in
der in Abb. 5 gezeigten Weise neben der Feder 6 der Abb. i eine weitere
Feder 2:2 vorgesehen werden, die erst zur Wirkung kommt, nachdem die Feder6 bereits
um einen gewissen Betrag zusammengedrückt worden ist. Sobald der Teller
8 der Welle 5 auch gegen die zweite Feder 22 stößt, wird in diesem
Falle bei gleicher Druckzunahme auf die Schaufeln 3 eine kleinere Verdrehung
der letzteren bewirkt, als bei derselben Druckzunahme vor dem Eingreifen der zweiten
Feder stattfand.