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Vorrichtung zum Verstellen der Leitschaufeln von Wasserturbinen Die
Leitschaufeln von Wasserturbinen sind zwecks gleichmäßiger Verdrehung während der
Regulierung bei den üblichen Ausführungen mit einem vom Regler verstellten Regulierring
versehen, welcher mit den Drehachsen der einzelnen Leitschaufeln gelenkig verbunden
ist. Abb. z .der Zeichnung veranschaulicht diese bekannte Bauart. Die Leitschaufeln
sind mit a und der Regulierring mit b bezeichnet. Dieser Ausführung haften zwei
Mängel an, die dadurch bedingt sind, daß die Zapfenmittelpunkte der an der Reglerseite
des Turbinengehäuses von außen auf die Drehachsen der Leitschaufeln gekeilten Kurbelarme
c sich auf mit diesen Kurbelarmen als Radien beschriebenen Kreisen bewegen, welche
Bewegung jedoch mit keiner der von den einzelnen Punkten des Reglerringes mit viel
größeren Radien beschriebenen Bahnen identisch ist, aus welchem Grunde die zwischen
dem Reglerring und den Kurbelarmen mit Hilfe der Laschen d hergestellte gelenkige
Verbindung erforderlich wird. Diese gelenkige Verbindung macht außer den Kurbelzapfen
auch im Reglerring b je einen weiteren Zapfen i
notwendig, so daß eine
bedeutende Zunahme der Bauteile entsteht. Diese Bauart wird nicht wesentlich vereinfacht,
wenn die wegen dieser Zunahme lästigen Laschen d und Zapfen i durch
im Reglerring bzw. an den Kurbelarmen c angebrachte Schlitze und in diesen mittels
Kulissen geführte Zapfen ersetzt werden. Es besteht außerdem in allen Fällen der
aus der Bauart folgende zweite Mangel, daß der Reglerring in bezug auf die Turbinenachse
weder mittels der Laschen noch mittels der Kulissen in genügendem Maße festgehalten
ist, so daß zur Vermeidung dessen, daß Verschiebungen in radialer Richtung ein ungleichmäßiges
Einstellen der Leitschaufeln verursachen, eine besondere konzentrische Führung für
den Reglerring vorgesehen werden muß. Da ferner die Verdrehung des Reglerringes
bei den üblichen Ausführungen normalerweise von der Reglerachse durch zwei sich
kreuzende, abwechselnd auf Druck und Zug beanspruchte Treibstangen f und g bewirkt
wird, drückt die aus den entsprechenden Drück- bzw. Zugkräften F und G resultierende
Kraft H den Reglerring einseitig auf seine Führung und verursacht deswegen eine
einseitige Abnutzung derselben, abgesehen davon, daß außerdem auch noch die Betätigung
des Regulierringes erschwert wird.
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Die erwähnten zwei Mängel sind also einerseits in der Zunahme der
Bauteile, andererseits in der einseitigen Beanspruchung und Abnutzung der Führungen
zu finden. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser
Nachteile.
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Abb. 2 der Zeichnung zeigt das Betätigungsprinzip des Regelringes
gemäß der Erfindung. Die Abb.3 und q. stellen zwei anschauliche Hauptfälle der Leitschaufelverstellung,
die Abb.5 bis 7 einige Sonderausführungen der Regelanordnung gemäß der Erfindung
dar.
Die Abb.2 zeigt eine beliebig gekrümmte Stange b1, welche mit
mindestens zwei parallelen und gleich langen Laschen oder Kurbelarmen cl gelenkig
gehalten wird und sich mit Hilfe einer an einem beliebigen Punkt der Stange befestigten
Druck- oder Zugstange f1 äquidistant verschieben läßt. In der Abb. 2 bezeichnet
die punktierte Kurve irgendeine geänderte Lage der Stange, in welcher die Laschen
cl nach Drehung um dasselbe Winkelmaß wieder sich selbst parallel bleiben.
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Gemäß der Erfindung wird dieses Betätigungsprinzip für die Verstellung
der Leitschaufeln einer Wasserturbine in seiner Umkehrung zur Anwendung gebracht,
und es verursacht die äquidistante Verschiebung der die Regulierbewegung ausführenden
Stange die Verdrehung der die Stange tragenden Laschen um das gleiche Winkelmaß.
Die gekrümmte Stange kann natürlich auch durch einen flachen Kreisring oder Kreisringteil
ersetzt werden. Ein solches Bogenstück wird an der Reglerseite eines Turbinengehäuses
mit den Drehachsen der es tragenden Kurbelarme und den auf diese Drehachsen innerhalb
des Turbinengehäuses gekeilten Leitschaufeln konzentrisch um die Turbinenachse angeordnet,
und es entsteht dadurch gemäß Abb. 3 die den Gegenstand der Erfindung bildende Neuerung.
In Abb. 3 sind also im Sinne der Bezeichnungen der Abb. z der als Reglerorgan dienende
Kreisringteilwieder mit b, die denselben tragenden Kurbelarme mit c, die Treibstange
mit f und die Leitschaufeln mit a bezeichnet. Letztere schließen mit den durch ihre
Zapfenmittelpunkte geführten, von der Turbinenachse ausgehenden Strahlrichtungen
immer gleich große Winkel ein, weshalb die durch die Schaufeln und durch die jeweils
zu ihnen gehörenden Kurbelarme c gebildeten Winkel schaufelweise verschieden groß
sind, und zwar bilden diese Winkelwerte für die in einer Drehrichtung aufeinanderfolgenden
Leitschaufeln eine arithmetische Reihe mit dem Winkel der Leitschaufelteilung als
Reihendifferenz. Trotz diesem Umstande werden die Schaufeln zufolge der Verdrehung
der Kurbelarme um das gleiche Winkelmaß auch um das gleiche Winkelmaß verdreht,
so daß sämtliche Leitschaufeln nach einer gewissen Verstellung mit den durch ihren
Drehzapfenmittelpunkt gelegten radialen Richtungen wieder überall gleich große Winkel
einschließen. In dieser Weise ist die Hauptbedingung der Schaufelbetätigung vollkommen
befriedigt; dabei wird gegenüber den bisherigen Ausführungen für jede Schaufel eine
Lasche und ein besonderer Zapfen erspart und, da die Kurbelarme wegen Fortfalls
der Laschen den regulierenden Kreisringteil auch selbst festzuhalten vermögen, wird
jede weitere Zentrierung oder Führung für denselben gleichfalls überflüssig. Bei
der in Abb.3 dargestellten Ausführung des Gegenstandes der Erfindung gehören die
Leitschaufeln und die mit diesen verbundenen Kurbelarme zu zwei Gruppen, deren Betätigungsorgane
durch je einen in. entgegengesetztem Sinne bewegten, gedrückten bzw. gezogenen Kreisringteil
gebildet sind; so werden z. B. außer der bereits besprochenen oberen Schaufelgruppe
die Schaufeln der unteren Gruppe durch die Zugstange g bewegt. Die Betätigungsstangen
f und g hängen mit dem Regler bzw. der Reglerachse zusammen. Die erwähnten zwei
Kreisringteile ersetzen eigentlich den ungeteilten Reglerring der bisher üblichen
Reglereinrichtungen. Die Unterteilung desselben in. zwei besondere Teile ist nur
deshalb notwendig geworden, weil die Kurbelarme der in der oberen bzw. unteren Gruppe
befindlichen Schaufeln, in entgegengesetzter Richtung bewegt werden müssen. Diese
entgegengesetzte Bewegung ist wieder nur die Folge der besonderen baulichen Anordnung
gemäß Abb. 3. Die Kurbelarme sowie die zugehörigen Kreisringteile können auch in
derselben Richtung bewegt werden, falls, wie in Abb. q. dargestellt, sämtliche Kurbelarme
untereinander parallel und derart angeordnet sind, daß sie alle nach einer und derselben
Richtung zeigen. In diesem Falle ist aber auch die Teilung des Reglerringes nicht
mehr notwendig, und die Regeleinrichtung kann zweckmäßig die in Abb.7 ersichtliche
Form erhalten, bei welcher die Betätigung des Reglerringes von der Reglerachse nur
von einer je nach Bedarf gezogenen oder gedrückten Stange f bewirkt wird. Die Anordnung
nach Abb. 7 ist bezüglich der Einheit des Reglerringes ähnlich der bisher üblichen
Anordnung (Abb. z). Bezüglich der Betätigung besteht zwischen beiden ein Unterschied
nur darin, daß der Reglerring der bisherigen Ausführungen konzentrisch zur Turbinenachse,
der des beschriebenen Ausführungsbeispiels dagegen jedoch exzentrisch dazu bewegt
wird; sie besitzt aber außer den bereits erwähnten auch noch den weiteren Vorteil,
daß die eine Treibstange des Reglerringes erspart wird.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß Abb. q. und 7 können natürlich nur
dann angewendet werden, wenn an derjenigen Seite, an welcher der Reglerring bzw.
Reglerringteil zur Turbinenachse näher fällt, ein entsprechender freier Raum zur
Verfügung steht. Sonst ist die Anordnung gemäß den Abb. 3 bzw. 5 am Platze.
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Gemäß Abb.3 ist die Betätigung der parallelen Treibstangen f, g für
die in entgegengesetzter Richtung bewegten Ringteile umständlich. Diese Abbildung
ist mehr von prinzipieller Bedeutung als für die Ausführung wichtig. Bei der praktischen
Ausführung sind die Treibstangen ähnlich den bisherigen Anordnungen mit sich kreuzenden
Richtungen zu
entwerfen, damit die Bewegung von der Reglerachse
auch mit kleinen Kurbelarmen abgenommen werden kann. Die entsprechende Anordnung
ist in Abb. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist die Stellung der Leitschaufeln
in bezug auf die durch die Turbinenachse gehenden radialen Strahlrichtungen innerhalb
der einzelnen, mit je einem gemeinsamen Kreisringteil zusammengefaßten Schaufelgruppen
für eine Regulierstellung zwar überall die gleiche, dies braucht jedoch zwischen
den zwei Gruppen nicht unbedingt der Fall sein, so daß es möglich ist, daß die Verstellung
der einen Schaufelgruppe größer als die der anderen Gruppe ist. Eine kurze Prüfung
der Abb.5 führt jedoch zum Resultat, daß die notwendige gleichmäßige Schaufelverstellung
innerhalb beider Gruppen gesichert ist, wenn. die Treibstangen f, g während der
Regulierung immer sich selbst parallel bewegt werden. Zu diesem Zwecke ist nichts
anderes notwendig, als daß die auf der Reglerachse sitzenden, mit den Treibstangen
f und g verbundenen Kurbelarme den die Schaufeln der entsprechenden Gruppe verdrehenden
Kurbelarmen stets parallel sind und mit diesen gleiche Länge haben. Bei Beachtung
dieser Bedingung können nun aber Länge und Richtung der Kurbelarme für beide Gruppen
noch immer verschieden bleiben.
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Falls die genaue Einhaltung des jetzt erwähnten Prinzips auf bauliche
Schwierigkeiten stoßen würde, sind auch angenäherte Lösungen zulässig, da die Differenz
in den Verstellwinkeln der Schaufeln nicht groß wird, solange auch die in der Parallelität
und Größe der Kurbeln tolerierte Differenz nicht zu groß ist. Außerdem kann diese
Differenz in bezug auf einen praktisch häufigsten Mittelwert ausgeglichen werden.
Die Abweichungen können ferner dadurch noch kleiner gemacht werden, daß die Kurbeln
zu den Treibstangen in der erwähnten praktisch häufigsten Mittelstellung angenähert
oder genau senkrecht stehen.
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In Abb. 6 wird ein gemäß Abb. q. geteilter Reglerring gezeigt, bei
welchem also der eine Ringteil zufolge besonderer Anordnung der Kurbelarme der Turbinenachse
näher, der andere Ringteil aber von dieser weiter entfernt liegt, so daß die erwähnten
Kurbelarme mit ihren identischen Zapfen angenähert in dieselbe Richtung zeigen,
wobei die Kurbelarme beider Gruppen untereinander nicht unbedingt parallel sind.
Die Kurbelarme können gruppenweise auch in diesem Falle verschieden lang sein und,
wenn sie für beide Gruppen, d. h. für alle Leitschaufeln der Turbine gleich groß
und in derselben Richtung parallel sind, können dieselben gemäß der in Abb. 6 gezeigten
Anordnung von der Reglerachse zwar mittels zwei besonderer Treibstangen, jedoch
von einer einzigen Kurbel betätigt werden.
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Durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht alle Ausführungsmöglichkeiten
des Erfindungsgedankens erschöpft, da außer diesen noch verschiedene weitere Anordnungen
möglich sind. Im Falle eines geteilten Ringes kann z. B. auch eine drei- oder mehrteilige
Teilung statt der dargestellten zweiteiligen angewendet werden, und es können auch
Größe oder Radius der einzelnen Ringteile sowie die Anzahl der in die einzelnen
Gruppen gehörigen Schaufeln verschieden sein.