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Regelungsvorrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Laufrad- und
der Leitschaufeln von Wasserturbinen Die Regelung der Laufrad- und der Leitschaufeln
von Wasserturbinen erfolgt gewöhnlich getrennt, und die die augenblicklich vorteilhafteste
Stellung der Laufradschaufeln gegenüber den Leitschaufeln vermittelnde Übersetzung
ist bei den bisher bekannten Anordnungen in der Regel außerhalb der Turbine angeordnet,
so daß die Regelungsvorrichtung sehr kompliziert ist.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß die Regelungsvorrichtung
unmittelbar in der Turbine angeordnet und die Einstellung der Laufrad- und Leitschaufeln
durch einen einzigen Antrieb von außen derart bewirkt werden kann, daß die Stellung
der Lauf -radschaufeln gegenüber den Leitschaufeln jeweils dem besten Wirkungsgrade
der Turbine entspricht.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen in
zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Abb. i ist ein axialer Schnitt durch die Turbine mit einer Regelungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie B-B in Abb. i.
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Abb. 3 zeigt einen Teil der Regelungsvorrichtung.
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Abb. .4 ist eine Teilansicht zu Abb. i.
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Abb. 5 zeigt im axialen Schnitt das zweite Ausführungsbeispiel.
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Abb. 6 ist eine Teilansicht zu Abb. 5, teilweise im Schnitt. Bei der
Ausführungsform der Erfindung nach Abb. i bis 3 ist auf dem Deckel der Turbine eine
Konsole i befestigt, die das Gehäuse 2 für das Lager 3 der Welle 4 des Laufrades
5 und für das Lager 6 der Regelungsvorrichtung trägt. Auf der Außenseite der Schale
des Lagers 6 sind in axialer Richtung Führungsleisten 7 angebracht, die in Ausschnitte
im Gehäuse 2 hineinragen. Auf dem Gehäuse 2 ist ein Regelungsring 8 gelagert, in
dessen Innenseite zwei bzw. mehrere Nuten 9 (Abb. 3) eingeschnitten sind, in welche
mehrere an den Leisten 7 drehbar gelagerte Rollen io hineinragen. Im Lager 6 ist
ein Ouerstück i i befestigt, das ohne Spiel durch das äußere Ende der Steuerstange
12 durchgeht, die durch die Übersetzung 12 mit den Laufradschaufeln verbunden ist.
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In der Stirnfläche des Ringes 8 sind Zapfen 14 (Abb. d.) befestigt,
auf denen Arme 15 drehbar sitzen, die mit Hebeln 16 gelenkig verbunden sind, welche
auf den Zapfen 17 der Leitschaufeln 18 fest aufgekeilt sind.
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Die Nuten 9 des Regelungsringes 8 sind derart gestaltet, daß sie die
jeweils wirksamste Stellung der Leitschaufeln gegenüber den Laufradschaufelnbestimmen.
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Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß bei Verdrehung des Regelungsringes
8 die Leitschaufeln durch die Übersetzung 1q., 15, 16 eingestellt werden und gleichzeitig
durch die Zusammenwirkung der Rollen io mit den Nuten 9 die Steuerstange
12 verstellt wird,
die mittels der Übersetzung 13 die Laufradschaufeln
verdreht.
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Der Regelungsring 8 wird gemäß dem in den Abb. r bis 4 veranschaulichten
Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels der Schnecke r9 entweder von Hand oder
motorisch oder durch einen geeigneten, von der Turbine beeinflußten Regler bewegt.
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Die Nuten 9 im Regelungsringe 8 können durch Ausschnitte derselben
Gestalt ersetzt werden; in diesem Falle muß jedoch auf den Ring noch eine besondere
Büchse aufgesetzt werden, und erst an diese Büchse wird die die Leitschaufeln betätigende
Übersetzung angeschlossen.
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Die Steuerstange 12, kann hohl ausgebildet werden und als ein Teil
eines zur indirekten Regelung gewöhnlich benutzten Servomotors dienen, dessen anderer
Teil die Einstellung der Laufradschaufeln bewirken kann.
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Ein solcher Servomotor ist bei der Ausführungsform nach Abb. 5 und
6 benutzt, die von der eben beschriebenen noch darin abweicht, daß der Regelungsimpuls
nicht auf den Regelungsring, der dann die Leitschaufeln direkt und die Laufrädschaufeln
entweder gleichfalls direkt oder, wie oben erwähnt, über einen Servomotor verstellt,
sondern durch eine Bohrung der Welle des Laufrades auf den Servomotor ausgeübt wird,
der, wie bekannt, die Laufradschaufeln direkt, die Leitschaufeln dagegen über den
Regelungsring steuert.
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Diese Anordnung eignet sich insbesondere für große Turbinen, weil
dann der Regelungsring viel kleinere Kräfte überträgt als bei der ersten Ausführungsform,
die mehr für kleinere Turbinen bestimmt ist. Die Laufradschaufeln brauchen nämlich
während des Betriebes zu ihrer Einstellung mehr Kraft als die Leitschaufeln, weil
sie die ganze Arbeit der Turbine übertragen, während die Leitschaufeln nur die Wasserströmung
richten und steuern.
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Der Servomotor ist in der Nabe 2z des Laufrades angeordnet, so daß
diese Nabe den Zylinder des Servomotors bildet. In diesem Zylinder 2i gleitet ein
Kolben 22, dessen Stange 23 hohl ausgebildet ist. In die Bohrung dieser Kolbenstange
ragt ein als Schieber arbeitendes Rohr 24 hinein, das entweder direkt oder indirekt
durch einen Regler (nicht dargestellt) betätigt wird, der unmittelbar an der Turbine
angebracht sein kann.
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Der Zylinder 21 ist durch einen Endflansch der hohlen Welle 26 des
Laufrades bildenden Deckel 25 abgeschlossen. Die Kolbenstange 23 ist bei 27 abgesetzt,
so daß ein freier Raum zur Aufnahme des durch die Kanäle 28 austretenden Drucköles
entsteht. An beiden Seiten des Kolbens 22 sind in der Kolbenstange 23 Öffnungen
29, 30 vorgesehen, die normalerweise durch Ringflansche 3r, 32 des Schiebers
24 abgedeckt sind.
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Mit dem Kolben 22 sind Zugstangen 33 gelenkig verbunden, deren andere
Enden an Hebel 34 angelenkt sind, die auf den Zapfen der La%ifradschaufeln aufgekeilt
sind.
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In dem oberen Ende der hohlen Kolbenstange 23 ist ein Querstück 35
befestigt, das mit dem Lager 36 fest verbunden ist, welches mittels Führungsleisten
361 in Ausschnitten des am Deckel 38 der Turbine angebrachten Gehäuses 37
geführt ist. Auf diesem Gehäuse 37 ist, wie nach Abb. r bis ,4, der Regelungsring
39 aufgesetzt, mit dessen Nuten die von dem Lager 36 bzw. seinen Führungsleisten
36' getragenen Rollen 40 zusammenarbeiten. Am Ringe 39 sind Arme 41 (Abb. 6) angebracht,
an welche die Zugstangen 42 angelenkt sind, die andererseits mit den auf den Zapfen
der Leitschaufeln befestigten Hebeln 43 gelenkig verbunden sind.
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Bei Veränderung der Umdrehungszahl wird das Rohr 24 durch den Regler
beispielsweise abwärts verschoben (Abb. 5). Dadurch werden die Öffnungen 29, 3o
durch die Flanschen 31 und 32 freigelegt, so daß das Drucköl durch die Öffnungen
44 und 29 auf die obere Seite des Kolbens 22 gelangt und diesen abwärts drückt,
wobei das unter dem Kolben sich befindliche Öl durch die Öffnungen 30 und
Kanäle 28 aufwärts zwischen die Kolbenstange 23 und die innere Wand der hohlen Welle
26 fließt, und zuletzt durch die Öffnungen 45 in das Gehäuse 37 eintritt, aus dem
es abgeleitet wird.
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Der Kolben 22 folgt der Bewegung des Rohres bzw. Schiebers 24 so weit,
bis die Öffnungen 29, 30 wieder von den Flanschen 3 z, 32 abgedeckt werden.
wodurch von neuem der Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Diese Kolbenbewegung wird durch die Zugstangen.33 und Hebel 34 auf
die Laufradschaufeln und durch die Kolbenstange 23 und das Querstück 35 auf das
Lager 36 übertragen, das axial verschoben wird, wobei seine mit den Nuten des Regelungsringes
39 zusammenarbeitenden Rollen 4o diesen Ring verdrehen, der seine Bewegung durch
das Gestänge 41, 42, 43 auf die Leitschaufeln überträgt.
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Ein wichtiger Vorteil dieser Ausführungsform liegt noch darin, daß
das axiale Hauptlager der Welle des Laufrades durch die mechanische Verbindung der
Laufradschaufeln mit den Leitschaufeln nicht nur nicht ungünstig .belastet ist,
sondern im Gegenteil ständig entlastet wird, insbesondere bei den Steuerbewegungen
des Servomotorkolbens.
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Wenn beispielsweise das Drucköl auf die obere Seite des Kolbens 22
einwirkt, wird durch den Druck im Zylinder 21 die Welle 26
nach
oben gedrückt und dadurch das Hauptlager (nicht dargestellt) entlastet.
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Wenn das Drucköl den Raum unterhalb des Kolbens 22 ausfüllt, wirkt
es durch den nach unten gerichteten Druck auf die Nabe des Laufrades und dadurch
auch auf die Welle 26 ein, wodurch das Hauptlager ungünstig belastet würde. Um diesen
Nachteil zu beseitigen, werden die Leitschaufel derart ausgebildet und gelagert,
daß ihr durch den Wasserdruck herbeigeführtes Drehmoment den Regelungsring in dem
gleichen Sinne zu verdrehen bestrebt ist, in dem dieser Ring durch den Kolben des
Servomotors verdreht werden soll. Dadurch wird die Einwirkung auf die Welle 26 verringert
und das Hauptlager entlastet.