DE4446624A1 - Verstellpropeller - Google Patents

Verstellpropeller

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DE4446624A1
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DE
Germany
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variable pitch
adjustment
pitch propeller
slip clutch
blades
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Withdrawn
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DE4446624A
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English (en)
Inventor
Horst Schaefer
Guenter Schaaf
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KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
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KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F03B3/06Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D7/00Rotors with blades adjustable in operation; Control thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellpropeller gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Für Verstellpropeller sind die unterschiedlichsten Konstruktionen bekannt. Dies reicht von einer einfachen Propellernabe mit darin eingeschrumpften Schaufelteilen, über Schaufeln, die in der Propellernabe mit Schraubelementen befestigt sind und für deren Verstellung ein Lösen der Schraubverbindung notwendig ist, bis hin zu drehbar gelagerten Schaufeln, die durch eine Hydraulik und mechanische Übertragungselemente in ihrer Position veränderbar sind. Bei letzterer Konstruktion besteht das zusätzliche Problem, daß immer ein bestimmter hydraulischer Druck innerhalb eines Verstellsystems gewährleistet sein muß, um die jeweils erreichte Verstellposition aufrecht zu erhalten. Beispielhaft sei hier auf die DE-C 33 47 955 verwiesen. Desweiteren sind derartige Systeme empfindlich gegen Verschleißerscheinungen, wodurch die Genauigkeit des Verstellvorganges leidet. Weiterhin stellen die Verwendung findenden Hydrauliköle einen nicht zu vernachlässigenden Risikofaktor dar, der besonders bei einem Bruch einer Hydraulikleitung oder einem erhöhten Verschleiß mit dadurch bedingten Leckagen zu einer Umweltgefährdung werden kann.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine wartungsfreie sowie störunanfällige Verstelleinrichtung für Verstellpropeller zu entwickeln. Die Lösung dieses Problems erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Aufgrund der Verwendung einer Rutschkupplung und/oder Rastkupplung kann gewährleistet werden, daß die Schaufeln des Verstellpropellers bzw. ein innerhalb des Verstellmechanismus befindliches Bauteil die Teile mit einer vorher eingestellten Kraft in ihrer Position hält. Die kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung ist dabei so eingestellt, daß aufgrund der bei einem Betrieb auftretenden Belastungen eine Verstellung der Schaufeln nicht eintreten kann. Bei einer Verstellbewegung wird durch den Verstellmechanismus eine Kraft erzeugt die die Haltekräfte der Rutschkupplung überwindet und somit eine Verstellung zuläßt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schaufelfußlagerung als Rutschkupplung ausgebildet. Die Schaufelfüße werden hierbei in besonders verschleißfesten Lagerelementen so fest geklemmt, daß die üblichen Betriebskräfte keine Veränderung der Schaufelstellung bewirken können. Erst die Verstellkräfte sind in der Lage, die Schaufelfüße aus ihrer Lagerposition zu verdrehen und in eine neue Position zu zwingen. Beim Abklingen der Verstellkräfte halten die unverändert auf die Schaufelfüße einwirkenden Kräfte die Schaufeln in ihrer Position. In entsprechender Weise erfolgt dies bei den Ausgestaltungen der Ansprüche 3 und 4, bei denen die Rutschkupplung Bestandteil eines Stellkolbens, eines Stellzylinders oder deren Teile sein kann. Unter Rutschkupplung ist hier eine Kupplungsmöglichkeit zu verstehen, die eine stufenlose oder stufige Verstellung ermöglicht. Wesentlich ist hierbei, daß die Teile des Verstellmechanismusses reibschlüssig gelagert sind und lediglich für die Dauer der Verstellbewegung die Verstellkräfte größer als die jeweils haltenden Reibungskräfte sind. Die Reibungskräfte werden hierbei so ausgewählt, daß während des Betriebes des Verstellpropellers eine Veränderung der Schaufeln durch die darauf einwirkenden Belastungen nicht erfolgen kann. Diese Lösung reicht für einfache Anwendungsfälle, bei denen eine absolut genaue Einstellung der Schaufeln nicht von vorrangiger Bedeutung ist, im allgemeinen aus. Um das System unabhängig von gefährlichen hydraulischen Flüssigkeiten, wie Ölen und dergleichen zu betreiben, sieht eine weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 vor, daß das Fördermedium oder eine artgleiche Flüssigkeit die Hydraulikflüssigkeit bildet. Somit kann durch eine eventuelle Undichtigkeit im System keine Verunreinigung des Fördermediums mehr erfolgen, bei dem es sich gewöhnlich um Wasser als Fördermedium handelt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Hierbei zeigen die
Fig. 1 eine Rutschkupplung im Bereich eines Schaufelfußes und die
Fig. 2 eine Rutschkupplung im Bereich eines Stellzylinders.
In der Fig. 1 ist der Ausschnitt eines Propellers 1 gezeigt in dessen Nabe 2 mehrere Schaufeln 3 verstellbar gelagert sind. Zu diesem Zweck weisen die Schaufeln 3 Schaufelfüße 4 auf, an denen Halteplatten 5 mittels Befestigungselementen 6, hier Schrauben und Stifte angebracht sind. Die Halteplatte 5 und die größere, als Kreisringfläche ausgebildete axiale Stirnfläche 7 des Schaufelfußes 4 bildet in Verbindung mit einem Reibelement 8 eine Rutschkupplung 9. In der Fig. 1 ist hierbei ein entspannter Zustand gezeigt bei dem noch keine, die Schaufeln 3 haltenden Reibkräfte innerhalb der Rutschkupplung 9 aufgebracht sind. Zu diesem Zweck ist zwischen der zentrischen Stirnfläche 10 der Schaufelfüße 4 und der gegenüberliegenden Fläche 11 der Halteplatte 5 ein Spalt 12 vorhanden. In der Fig. 1 ist es im entspannten Zustand dargestellt. Mit Hilfe der Befestigungsmittel 6 werden die Teile so stark zusammengezogen, daß sich die Halteplatte 5 mit ihrer Fläche 11 an der entsprechenden Fläche 10 der Schaufelfüße 4 direkt oder über Paßscheiben berührend anlegen. Dabei wird die Elastizität der die Schaufel 3 haltenden Werkstoffe so benutzt daß innerhalb der Rutschkupplung 9 eine genau definierte Vorspannung zwischen den von den Stirnflächen 7 gebildeten Reibflächen besteht. Zu diesem Zweck sind die Schaufelfüße 4 sehr groß gestaltet, um damit große Reibflächen und entsprechend günstige Vorspannverhältnisse zu erhalten. Da die einzelnen Reibungsbeiwerte der Werkstoffe bekannt sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Reibflächen zwischen dem stillstehenden Teil 8 und den relativ dazu bewegbaren Teilen 4 und 5 durch verschleißfeste Werkstoffe gebildet werden oder zumindest damit beschichtet sind. Infolge der kalkulierbaren Reibwerte können damit genau diejenige Haltekräfte erzeugt werden, die während des Betriebes eine Schaufelverstellung durch von außen einwirkende Kräfte sicher verhindert. Vorteilhaft ist hier z. B. die Verwendung von keramischen Elementen. Die reibschlüssig aneinander liegenden Teile der Rutschkupplung können hierbei ganz oder teilweise aus keramischen Material bestehen. Es können ebenso auch keramische Beschichtungen der Zwischenlagen Verwendung finden. Für den eigentlichen Verstellvorgang wirken auf einen Hebel 13 durch einen Verstellmechanismus ausgeübte Kräfte ein, die für die Dauer des Verstellvorganges größer sind als diejenigen Reibkräfte, die innerhalb der Rutschkupplung 9 für die Positionierung der Schaufeln 3 sorgen. Dies bedingt den Vorteil, daß nur noch für einen Verstellvorgang Kräfte aufzubringen sind. Im Anschluß daran kann der eigentliche Verstellmechanismus wieder entlastet werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt in verkleinerter Darstellung einen Verstellpropeller 1 im Schnitt. Die hierbei Verwendung findende Lagerung für die Schaufelfüße 4 ist von üblicher Art und erlaubt eine Drehbewegung der Schaufeln 3 durch Verschwenken der Hebel 13. Die Verstellung bewirkt ein Verstellmechanismus, der aus einem axial verschieblichen Stellzylinder 14 besteht, der gegenüber einer darin befindlichen, ortsfesten Trennfläche 15 relativ beweglich ist. In die so gebildeten Arbeitsräume 16, 17 des Stellzylinders 14 ist beispielsweise unter hohem Druck stehendes Fördermedium einspeisbar, um somit eine Axialverschiebung des Stellzylinders 14 zu bewirken.
Eine Rutschkupplung 18 ist zwischen der Nabe 2 und einem Übertragungselement 19, welches vom Stellzylinder 14 bewegbar ist, angeordnet ist. Die Kräfteübertragung zwischen der Außenseite des Stellzylinders 14 und der Innenfläche des Übertragungselementes 19 kann durch Schrägflächen 20 erfolgen. Die aus mehreren, kreisringförmig angeordneten Kupplungsteilen 21 bestehende Rutschkupplung verhindert eine Bewegung der Hebel 13, die gleichzeitig im Übertragungselement 19 gelagert sind. Beim Verstellvorgang überwindet aufgrund der Druckkräfte innerhalb der Arbeitsräume 16, 17 der Stellzylinder 14 die Haltekräfte der Rutschkupplung 18, verdreht dabei das Übertragungselement 19 und infolgedessen auch die darin gelagerten Hebel 13. Als Folge davon nehmen die Schaufeln 3 eine andere Position ein. Als Rutschkupplung, bei der sowohl stufenlose als auch rastende oder stufige Verstellungen möglich sind, können Bauarten Verwendung finden, die während des Betriebes die für die Aufrechterhaltung der Schaufelpositionen notwendigen Kräfte aufzubringen in der Lage sind. Treten auf der Antriebsseite größere Kräfte auf, dann muß die Kupplung ein Durchrutschen ermöglichen und den Verstellvorgang zulassen.

Claims (8)

1. Verstellpropeller einer Strömungsmaschine für flüssige Medien mit einer Nabe und darin verstellbar angeordneten Schaufeln, wobei die Schaufeln durch einen Verstellmechanismus während des Betriebes verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Verstellpropellers (1) befindliche Teile des Verstellmechanismusses mit einer vom Fördermedium beaufschlagten Rutsch- und/oder Rastkupplung (9, 18) versehen sind.
2. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaufelfußlagerung (4-8) als Rutschkupplung (9) ausgebildet ist.
3. Verstellpropeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Propeller befindlicher Stellkolben oder Stellzylinder (14) mit einer Rutschkupplung (18) versehen ist.
4. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (14) und/oder Stellkolben oder dessen Teile als Rutschkupplung (9, 18) ausgebildet sind.
5. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (9, 18) eine stufenlose oder stufige Verstellung ermöglicht.
6. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Verstellmechanismus reibschlüssig gelagert sind und für die Dauer der Verstellbewegung die Verstellkräfte größer als die haltenden Reibungskräfte sind.
7. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Verstellmechanismus ein Hydrauliksystem Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermedium oder ein artgleiches Medium die Hydraulikflüssigkeit bildet.
8. Verstellpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (7) einer Rutschkupplung (9, 18) ganz oder teilweise aus einem keramischen Werkstoff bestehen.
DE4446624A 1994-12-24 1994-12-24 Verstellpropeller Withdrawn DE4446624A1 (de)

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FR9514975A FR2729711A1 (fr) 1994-12-24 1995-12-18 Impulseur reglable
GB9526113A GB2296532A (en) 1994-12-24 1995-12-20 A variable-pitch screw

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Publication number Publication date
GB2296532A (en) 1996-07-03
GB9526113D0 (en) 1996-02-21
FR2729711A1 (fr) 1996-07-26

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