DE661671C

DE661671C - Device on water turbines to reduce undesired increases in speed

Info

Publication number: DE661671C
Application number: DEA76714D
Authority: DE
Original assignee: Theodor Bell & Cie AG
Current assignee: Theodor Bell & Cie AG
Priority date: 1934-08-13
Filing date: 1935-08-03
Publication date: 1938-06-24

Description

Vorrichtung an Wasserturbinen zur Herabsetzung unerwünschter Drehzahlsteigerungen Wasserturbinen haben die unerwünschte Eigenschaft, daß sich ihre Drehzahlen bei plötzlicher Entlastung stark erhöhen und ihre Durchgangsdrehzahl im Verhältnis zur Normaldrehzahl hoch liegt. Da nun die Fliehkräfte dem Quadrat der Umdrehungszahl proportional sind, so entstehen beim Durchgehen Beanspruchungen det rotierenden Teile, die ein Vielfaches derjenigen bei der Normaldrehzahl betragen. Dies gilt nicht nur für die Turbinen selbst, sondern auch für alle von denselben direkt oder indirekt angetriebenen Maschinen, auch .diese Maschinen müssen für die Grenzdrehzahl der Wasserturbine berechnet werden, was .eine wesentliche Preiserhöhung ergibt. Da andererseits aus Ersparnisgründen die zulässigen Beanspruchungen beim Durchgehen der Turbine hoch gewählt werden, so tritt beim Durchgehen stets eine gewisse Gefährdung der davon betroffenen Maschinen auf.Device on water turbines to reduce undesired increases in speed Water turbines have the undesirable property that their speeds increase sudden relief and sharply increase their run-through speed in relation to the Normal speed is high. Since the centrifugal forces are the square of the number of revolutions are proportional, the rotating stresses arise when passing through Parts that are a multiple of those at normal speed. this applies not only for the turbines themselves, but also for all of them directly or indirectly driven machines, also .these machines must for the limit speed the water turbine are calculated, which results in a significant price increase. On the other hand, for reasons of economy, the permissible stresses when walking through If the turbine is selected high, there is always a certain risk when walking through it of the machines affected.

Bei Wasserturbinen mit hoher spezifischer Drehzahl ist das Verhältnis der Durchgangsdrehzahl zur Normaldrehzahl oft besonders ungünstig, insbesondere, wenn diese Wasserturbinen noch mit stark veränderlichen Gefällen arbeiten. Das vorstehend bezeichnete Verhältnis kann dann Werte von 2,5 bis 3 und mehr annehmen, und die Zentrifugalkräfte steigen dadurch beim Durchgehen auf das sechs- bis neun- und mehrfache derjenigen. bei Normalbetrieb an.In the case of water turbines with a high specific speed, the ratio of the runaway speed to the normal speed is often particularly unfavorable, especially if these water turbines are still working with greatly variable gradients. The above-described ratio can then assume values of 2.5 to 3 and more, and the centrifugal forces thereby increase to six to nine or more times that when going through. on during normal operation.

Es sind nun bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen die Herabsetzung unerwünschter Drehzahlsteigerungen durch mechanische Reibung fester Körper, welche bei der Drehzahlsteigerung über .ein bestimmtes Maß hinaus durch Fliehkräftwirkung in Tätigkeit gesetzt werden, erfolgt. Diese Art der Bremsung hat jedoch bei größeren Leistungen, wie sie bei Wasserturbinen in der Regel vorkommen, den Nachteil, daß sich die Bremskörper rasch abnützen und große Wärmemengen erzeugt werden, die künstlich abgeführt werden müssen.Devices are now already known in which the Reduction of unwanted speed increases due to mechanical friction more firmly Bodies, which when the speed increase over .a certain amount by Centrifugal forces are put into action, takes place. Has this type of braking however, with higher powers, as they usually occur with water turbines, the disadvantage that the brake body wear out quickly and generate large amounts of heat that have to be artificially removed.

Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, bei welchen am Laufradaustritt von Wasserturbinen schwenkbare Klappen angebracht sind, welche mit steigender Drehzahl durch Fliehkraftwirkung die Laufradaustrittsöffnungen mehr und mehr abschließen und dadurch die Höchstdrehzahl herabsetzen. Diese Vorrichtungen haben aber den Nachteil, daß sie teilweise schon bei normaler Drehzahl wirksam sind und dadurch die Normalleistung und N7-ormaldrehzahl herabsetzen und- den Wirkungsgrad verschlechtern.There are also known devices in which the impeller outlet swiveling flaps are attached by water turbines, which with increasing speed Due to the effect of centrifugal force, the impeller outlet openings close more and more and thereby reduce the maximum speed. However, these devices have the disadvantage that they are partially effective even at normal speed are and thereby reducing the normal power and N7 normal speed and - the efficiency worsen.

Die vorliegende Erfindung vermeidet di,e` vorgenannten Mängel dadurch, daß im Rot 'ir, der Wasserturbine (Laufradnabe) mindesten, ein Bremsflügel so untergebracht ist, daß er' bei normaler Drehzahl, bei welcher er durch eine Verriegelungsvorrichtung in seiner Lage festgehalten wird, völlig unwirksam ist und bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl durch Fliehkraftwirkung in den Strömungsraum der treibenden Flüssigkeit hinaustritt und alsdann so gestellt ist, daß das von der Flüssigkeit auf ihn ausgeübte Drehmoment demjenigen der Laufradflügel entgegengesetzt und möglichst groß ist.The present invention avoids the aforementioned shortcomings by that in the red 'ir, the water turbine (impeller hub) at least one brake wing is housed in this way is that he 'at normal speed, at which he is through a locking device is held in its position, is completely ineffective and if one is exceeded certain speed by centrifugal effect in the flow space of the driving Liquid emerges and is then set in such a way that that of the liquid torque exerted on it opposite to that of the impeller blades and as far as possible is great.

In den Fig. i bis 7 der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele einer Wasserturbine mit den Bremseinrichtungen gemäß der Erfindung dargestellt.In Figs. I to 7 of the drawing are some exemplary embodiments a water turbine with the braking devices according to the invention.

Die Fig, i bis 3 zeigen ein erstes Ausf Uhrungsbeispiel an einer Propellerturbine, bei der Störungskörper in Gestalt von Bremsflügeln in der Verlängerungsspitze der Laufradnabe untergebracht und um Achsen schwenkbar sind. Fig. i ist ein Axialschnitt durch die Turbine. Fig.2 zeigt die Abwicklung eines Zylinderschnittes durch einige Laufradschaufeln und einen Bremsflügel. Fig.3 ist ein Schnitt durch die Bremsvorrichtung senkrecht zur Achse der Turbine.FIGS. 1 to 3 show a first exemplary embodiment on a propeller turbine, in the disturbance body in the form of brake wings in the extension tip of the The wheel hub is housed and can be pivoted about axes. Fig. I is an axial section through the turbine. Fig.2 shows the development of a cylinder section through some Impeller blades and a brake wing. Fig.3 is a section through the braking device perpendicular to the axis of the turbine.

Fig.4 ist ein gleicher Schnitt wie Fig.3 durch eine Abwandlung.FIG. 4 is the same section as FIG. 3 through a modification.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 5 ein Axialschnitt durch die Turbine und Fig. 6 und ; Schnitte senkrecht zur Turbinenachse durch die Bremsvorrichtung sind.FIGS. 5 to 7 show a further exemplary embodiment, FIG. 5 shows an axial section through the turbine and FIGS. 6 and; Sections perpendicular to the turbine axis are through the braking device.

Brei der Wasserturbine nach den Fig. i bis 3 fließt die Arbeitsflüssigkeit vom Leitapparat i durch die Schaufeln 2 des Laufrades in das Saugrohr 3. In der Spitze 5 der Laufradnabe 4. sind die Bremsflügel 6 untergebracht, welche um die Zapfen 7 schwenkbar sind und bei normaler Drehzahl durch die Schließfedern 8 in ihrer in Fig.3 in ausgezogenen Linien dargestellten unwirksamen Lage gehalten werden. In dieser Lage bilden die Flügel einen Teil der glatten Außenfläche der Laufradspitze, so daß keine Bremswirkung entsteht. Bei Steigerung der Drehzahl wird die Schließkraft der Federn durch die Fliehkraft der Bremsflügel überwunden, und diese treten, wie in den Figuren in gestrichelten Linien angedeutet, dadurch in den Strömungsraum hinaus. Es entsteht hierdurch einesteils eine direkte Bremswirkung durch Um= lenkung des Wassers an den Bremsflügeln. und überdies eine indirekte, durch Verminderung des Laufrad- und Saugrohrwirkungsgrades infolge der durch die Bremsflügel erzeugten stark wirbelnden Strömung. Durch ...das Zusammenwirken dieser Faktoren ist es möglich, die Durchgangsdrehzahl, wie Versuche ergaben, schon durch verhältnismäßig ;kleine Bremsflügel beträchtlich herabzusetzen. ' ljie Bremswirkung ist aus Fig. z, welche die Abwicklung eines Zylinderschnittes durch einige Laufrad- und einen Bremsflügel darstellt, besonders deutlich ersichtlich. Beim Durchgehen der Turbine durchfließt die Strömungsflüssigkeit das Laufrad 2 mit sehr großer Relativgeschwindigkeit, und diese ist beim Austritt aus dem Laufrad beinahe senkrecht in Bezug auf die Bremsflügel 6 gerichtet. Die dort entstehende Umlenkkraft wirkt der Umfangsgeschwindigkeit a des Laufrades direkt entgegen, so daß letztere herabgesetzt wird.The working fluid flows into the pulp of the water turbine according to FIGS from the diffuser i through the blades 2 of the impeller into the suction pipe 3. In the Tip 5 of the wheel hub 4. the brake wings 6 are housed, which around the Pin 7 are pivotable and at normal speed by the closing springs 8 in their ineffective position shown in solid lines in Figure 3 are kept. In this position the blades form part of the smooth outer surface of the impeller tip, so that there is no braking effect. As the speed increases, the clamping force increases the springs are overcome by the centrifugal force of the brake wings, and these kick how indicated in the figures in dashed lines, thereby into the flow space out. On the one hand, this creates a direct braking effect through deflection of the water on the brake wings. and, moreover, an indirect one, through diminution the impeller and intake manifold efficiency as a result of the generated by the brake blades strong swirling current. Through ... the interaction of these factors it is possible the run-through speed, as tests have shown, is relatively small Reduce brake wing considerably. 'ljie braking effect is from Fig. z, which the execution of a cylinder cut through some impeller and a brake wing represents, particularly clearly visible. When going through the turbine flows through the flow liquid drives the impeller 2 at a very high relative speed, and this is almost vertical in relation to the brake vanes when it exits the impeller 6 directed. The deflecting force that arises there acts on the circumferential speed a of the impeller directly opposite, so that the latter is reduced.

Fig.4 stellt eine Abwandlung der vorbeschriebenen Ausführungsform dar, bei welcher die Bremsflügel in ihrer unwirksamen Lage durch unter Federwirkung stehende Klinken 9 festgehalten werden, welche sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte bei beginnendem Durchgehen der Maschine derart drehen, daß sie die Bremsflügel freigeben. Diese Bauform hat gegenüber der Vorrichtung nach Fig.3 den Vorteil, daß die auf die Klinken wirkenden Federn bedeutend kleiner und schwächer gehalten werden können als die Schließfedern B. Der Verbindungshebel io mit Drehpunkt i i hat den Zweck, genau gleichzeitiges Verschwenken beider Klinken zu erreichen, da sonst beim Ausschwenken nur eines Bremsflügels eine Unausgeglichenheit des Laufrades :entstehen würde, welche Schwingungen erzeugen könnte.4 shows a modification of the embodiment described above represents, in which the brake wings in their inoperative position by under spring action standing pawls 9 are held, which are under the influence of centrifugal forces When the machine starts to run away, turn it so that you release the brake wings. This design has the advantage over the device according to FIG the pawl-acting springs can be kept significantly smaller and weaker than the closing springs B. The connecting lever io with pivot point i i has the purpose of to achieve exactly simultaneous pivoting of both pawls, otherwise when pivoting out only one brake wing would cause an imbalance of the impeller: which one would arise Could generate vibrations.

Eine ähnliche Verbindung der beiden Bremsflügel miteinander könnte naturgemäß auch beim .ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen seile.A similar connection between the two brake wings could be Naturally, ropes are also provided in the first exemplary embodiment.

In den Fig.5 bis 7 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Bremsflügel durch schieberartige Körper 12 gebildet werden. In Fig. 6 sind die Bremsflügel im ausgestreckten Zustand entsprechend der Stellung beim Durchgehen, in Fig. 7 in zurückgezogener Lage .entsprechend der Stellung bei normaler Drehzahl dargestellt. Sie werden bei normaler Drehzahl durch die Federn 13 zurückgehalten. Ihre äußere Stirnfläche ist dann mit der Außenfläche der Laufradspitze bündig, so daß sie bei normaler Drehzahl keine Bremswirkung verursachen. Die ausgestreckte Lage der Bremsflügel wird durch die Nocken 14 begrenzt. Die Querschnittsform und Stellung der Bremsflügel ist so gewählt, daß sie in der Drehrichtung einen möglichst großen Widerstand erzeugen.In Figures 5 to 7, a device is shown in which the Brake wings are formed by slide-like bodies 12. In Fig. 6 are the brake wings in the extended state corresponding to the position when walking through, in Fig. 7 in withdrawn position corresponding to the position shown at normal speed. They are held back by the springs 13 at normal speed. Your outer The end face is then flush with the outer surface of the impeller tip so that it is at cause no braking effect at normal speed. The extended position of the brake wings is limited by the cams 14. The cross-sectional shape and position of the brake wings is chosen so that they generate the greatest possible resistance in the direction of rotation.

Die Vorspannung der Federn 8 bzw. 13 wird so gewählt, daß die Bremsflügel schon bei einer nur wenig über der normalen liegenden Drehzahl in Tätigkeit treten.The bias of the springs 8 and 13 is chosen so that the brake wings already at a speed in Step into activity.

In Abweichung von den dargestellten Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung können die Störungskörper auch vor oder zwischen den Laufradschaufeln angeordnet werden. Ihre Zahl kann beliebig sein. Sie wird vorteilhaft aber größer als i gewählt, um nichtausgeglichene Kraftwirkungen und deren Folgen zu vermeiden: In Fig. 8 ist schließlich noch ein normales Geschwindigkeitsdiagramm einer Propellerturbine dargestellt, in welchem c die absoluten, w die relativen und u die Um#angegeschwindigkeiten bedeuten. Die Indices i b:e ziehen sich dabei auf die Eintritts- und z auf die Austrittskanten der Laufschaufeln. Es ist daraus ersichtlich, daß sich die Relativgeschwindigkeiten beim Durchfluß des Wassers durch das Laufrad nur verhältnismäßig wenig ändern. Dies ist beim Durchgehen wegen der Vergrößerung von u noch in vermehrtem Maße der Fall. Aus diesem Grunde ist die Wirksamkeit der Bremsflügel, da sie in erster Linie auf der Umlenkung der Relativgeschwindigkeit beruht, fast gleich groß, ob sie vor, zwischen oder nach den Laufradschaufeln angebracht werden, wie dies auch durch Versuche bestätigt wurde. Obschon die Figuren nur Ausführungsformen mit Anordnung der Bremsflügel hinter den Laufradschaufeln darstellten, bezieht sich die Erfindung sinngemäß auch auf andere Lagen derselben, sofern nur die angegebenen Bedingungen erfüllt sind.In deviation from the illustrated embodiments of the subject According to the invention, the disturbance bodies can also be in front of or between the impeller blades to be ordered. Their number can be any. It is advantageous but larger chosen as i in order to avoid unbalanced force effects and their consequences: Finally, FIG. 8 shows a normal speed diagram of a propeller turbine shown, in which c the absolute, w the relative and u the Um # indicated speeds mean. The indices i b: e apply to the entry and z to the exit edges of the blades. It can be seen from this that the relative speeds Change only relatively little when the water flows through the impeller. this is even more the case when going through because of the increase in u. Because of this, the effectiveness of the brake wings as they are primarily based on the deflection of the relative speed is based, almost equally large, whether it is before, between or after the impeller blades, as confirmed by tests became. Although the figures are only embodiments with the arrangement of the brake wings behind represented the impeller blades, the invention also relates accordingly to other positions of the same, provided that the specified conditions are met.

Claims

CLAIMS: i. Device on water turbines for lowering undesired speed increases, especially the run-through speed by at least one brake wing housed in the rotor of the turbine normal speed, through a locking device. held in his position is completely ineffective, but below a certain speed limit is exceeded the influence of centrifugal force in .the flow space, the driving liquid enters and .alsdann is set so that the torque exerted on it by the liquid is opposite to that of the impeller blades. z. Device according to claim i, characterized in that the brake wings are pivotable about Achsren and in their ineffective position form part of the impeller hub (Figs. 1, 3, 4). 3. Device according to claim i, characterized in that the brake wing is designed as a slide are (Figs. 5 to 7).