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Schnellschlußauslöser für Dampf- oder Gasturbinen Die Erfindung betrifft
denjenigen Teil. von Dampf- oder Gasturhinen, welcher sich mit der Turbinenwelle
oder einer von ihr angetriebenen Welle dreht, bei Überschreitung einer bestimmten
Drehzahl ausschlägt und dadurch über ein Hilfsgetriebe den Kraftmittelzufluß zur
Turbine abschließt. Solche Einrichtungen sollen das Durchgehen und Zerknallen des
Turbinenläufers verhindern.
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Bisher wird als Schnellschluß:auslöser meist ein Bolzen :angewendet,
welcher in einer quer durch die Turbinenwelle gebohrten Führung in radialer Richtung
verschiebbar ist. Dieser Bolzen wird so geformt und angebaut, daß sein Schwerpunkt
nicht in der Drehachse der Turbine, sondern um einen kleinen Betrag .aus dieser
Drehachse herausliegt, und zwar in derjenigen Richtung, nach welcher sieh der Bolzen
beim . Auslösen verschieben soll. In dieser Ausgangsstellung wird der Bolzen durch
die Krafteiner Feder festgehalten, welche so eingestellt ist, daß sie der Fliehkraft
des Bolzens so lang das Gleichgewicht hält, als die Drehzahl noch nicht den Wert
erreicht hat, bei welchem die Auslösung erfolgen soll. Bei allen höheren Drehzahlen
ist dann die Fliehkraft des Bolzens größer als die Federkraft. Der Bolzen geht in
die Ausschlagstellung und bleibt in derselben, bis die Drehzahl merklich unter den
Auslösewert gesunken ist.
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Beim Ausschlagen stößt das äußere Ende des Bolzens an eine Klinke,
löst diese aus ihrer Rast und gibt damit die Kraft einer Feder frei, welche nunmehr
schnell das Ventil schließt, das der Turbine das Treibemittel zugeführt hat.
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An Stelle des Bolzens wird bei niedrigen Drehzahlen auch häufig ein
die Welle umfassender und in einer radialen Richtung verschiebbarer Ring angewendet,
welcher --ebenfalls so .ausgebildet ist, daß sein Schwerpunkt
außerhalb
der Drehachse liegt. In ähnlicher Weise wie der obenerwähnte Bolzen wird auch dieser
ringförmige Auslöser durch Federkraft in seiner Lage festgehalten, solange die Auslösedrehzahl
noch nicht erreicht ist.
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Gleich wie der Bolzen muß auch dieser Ring gegenüber der Welle so
geführt sein, daß er sich nur in einer bestimmten radialen Richtung zur Welle bewegen
kann.
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Die Führung muß also Bewegungen des Auslösekörpers in anderer ,als
der vorgeselienen Radialrichtung und in der Längsrichtung der Welle verhindern und
auch Drehungen desselben um jede willkürliche Achse .ausschließen. Diese Bedingungen
:erfüllen die bisherigen Ausführungen stets durch Geradführungen.
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Alle Geradführungen, gleichgültig ob sie als zylindrische Bohrungen,
als Schienenführungen oder als Gelenkführungen ausgebildet sind, können an den Führungsflächen
durch Fremdkörper, Anfressungen, Rostbildung usw. ungängig werden, indem die Führungsflächen
zu einer mechanischen Verbindung zwischen der Führung und dem geführten Körper werden.
Auch solange noch keine feste Verbindung zustande kommt, treten an diesen Stellen
doch unvermeidlich Reibungen auf, welche die freie Bewegung des Auslösekörpers behindern.
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Bei Überschreitung der Auslösedrehzahl wird dann der Auslösekörper
sich nicht sofort und unter ungünstigen Umständen auch gar nicht bewegen, die Einrichtung
also wirkungslos bleiben, was zum Zerknallen des Turbinenläufers führen kann. Man
hilft sich hiergegen durch regelmäßiges überprüfen des Bolzens bzw. Ringes auf freie
Beweglichkeit, muß aber zu diesem Zweck entweder die Turbine stillsetzen oder die
Drehzahl bis auf den Auslösew ert hinaufsteigern. Beide Verfahren stören den normalen
Betrieb der Anlage und haben keine absolute Sicherheit, wenn sie nicht in sehr kurzen
Zeiträumen wiederholt werden.
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Es sind auch Auslöser bekannt, bei welchen Biegungsfedern außerhalb
der Drehachse in einer quer zur Drehachse liegenden Ebene angeordnet und mit einem
Ende am drehenden Teil fest eingespannt sind, während das andere Ende eine Masse
trägt, die sich bei der Federdurchbiegung in radialer Richtung bewegt. So angeordnete
Federn sind bereits in der Ruhelage, d. h. vor dem üb@erschreiten der Auslösedrehzahl,
starken Fliehkräften unterworfen, welche sie auf Biegung beanspruchen. Bei den sehr
hohen D,rehzahlen von Dampf- oder Gasturbinen müßten solche Federn daher mit großer
Blattstärke und geringer Länge ausgeführt werden und würden nur ganz kleine elastische
Bewegungen zulassen, weil sonst die auftretenden Biegespannungen die Materialfestigkeit
übersteigen würden. Für Turbinenschnellschlußauslösung müssen aber größere Wege
verlangt werden, um die Betriebssicherheit der Einrichtung nicht zu sehr von kleinen
Ein-' stellfehlern und Abnützungen abhängig zu machen.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß .als
Auslöser eine in der Drehachse liegende gerade Biegungsfeder mit flachem Querschnitt
verwendet wird, deren eines Ende fest mit der Welle verbunden ist, während das andere
Ende eine Masse trägt, welche sich unter Durchbiegung der Feder in radialer Richtung
bewegen kann.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dar, und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt von dem
Ende der Welle i, in welche die Einrichtung -eingebaut ist. In einer ,axialen Bohrung
des Wellenendes i ist die Büchse 2 eingesetzt und durch den Sprengring 3 in axialer
Richtung festgehalten. Die Büchse 2 ist bei 4 aufgeschlitzt und an ihrem rechten
Ende außen auf :einen etwas gröft.eren Durchmesser geschliffen als der Durchmesser
der Beröhrung in der Welle i. Infolgedessen sitzt die Büchse mit starker Spannung
in der Wellenbohrung und muß die Umdrehungen der Welle stets genau mitmachen.
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Das linke Ende der Büchse ist konisch gebohrt und faßt den konischen
Bolzen 5, welcher aus einem Stück mit der flachen Rechteckfeder 6 besteht. Durch
die Kronenmutter 7 und den Führungsstift S wird die Feder 6 in einer bestimmten
Lage zu der Büchse 2 festgehalten. Das rechte Ende der Feder 6 trägt die Masse 9,
welche beim Auslösen als Schlagkörper dient und die in der Zeichnung nicht dargestellte
Klinke aus ihrer Rast hebt, wodurch die Turbine abgestellt wird. Der Anschlagstift
to verhindert Schwingungen der Feder 6 um ihre Mittellage.
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Dias Verhältnis zwischen der Masse 9, der Eigenmasse der Feder 6 und
der Elastizität der Feder wird so gewählt, daß die Eigenschwingungszahl. des Systems
gleich der Drehzähl ist, bei welcher die Einrichtung auslösen maß. Um ein sicheres
und rasches Ansprechen bei Erreichen der Auslösedrehzahl zu erzielen, erteilt man
dem System von vornherein eine kleine Unwucht in derselben Richtung, in welcher
nachher der Ausschlag erfolgen soll. Die kann z.-$. durch exzentrisches Ausdrehen
der Masse 9 oder auch @dadurch erreicht werden, daß der Anschlag-Stift to etwas
länger ausgeführt wird, als für
die Einhaltung der Mittellage der
Feder 6 erforderlich wäre.
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Bei der Auslösedrehzahl wäre eine Feder ohne Eigenmassen, also nur
mit der Masse 9, in jeder beliebigen durchgebogenen Lage im Gleichgewicht. Weil
jedoch mit zunehmender Durchbiegung immer größere Teile der Feder 6 sich von der
Drehachse entfernen und deshalb Fliehkräfte ausüben, tentsprechen die Lagen mit
größerer Durchbiegung niedrigeren Drehzahlen als die der Mittellage benachbarten
Stellungen. Die Masse 9 wird daher bei Überschreitung der Auslösedrehzahl sofort
bis ;an das Ende ihres Weges ausschlagen und an der Stelle i i in der Wellenbohrung
zum Anliegen kommen. Damit ist der für Schhellschlußeinrichtungenerforderliche labile
Charakter Herreicht, welcher ein schlagartiges Ansprechen gewährleistet. Die Masse
9 ist durch die Feder 6 in radialer Richtung genau geführt, und zwar vollkommen
reibungslos und ohne die Gefahr, daß_ Rost und Rauigkeit oder Anfressungen die freie
Bewegung hindern könnten. Die Auslösung erfolgt daher mit größerer Sicherheit und
Genauigkeit ,als bei den bisher bekanntgewordenen Schnellschlußauslösern für Dampf-
oder Gasturbinen.