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Hydraulische Turbine mit Geschwindigkeitsregler Gegenstand der Erfindung
ist eine Tangentialturbine, beispielsweise eine Peltonturbine, die organisch mit
einem indirekt wirkenden und mit Wasserdruck arbeitenden Regler vereinigt ist und
eine oder mehrere der folgenden Anordnungen aufweist: a) Das Turbinenrad und das
Schwungrad sind frei tragend beiderseitig eines gemeinsamen Lagers angebracht; b)
die Drehgeschwindigkeit des Rades wird durch einen indirekt wirkenden Fliehkraftregler
überwacht; c) die Bewegungen des Reglers werden auf einen Steuerschieber übertragen,
der längs der Achse des Turbinenrades angeordnet ist und die Zufuhr des dem Antrieb
des Turbinenrades dienenden. Wassers überwacht und der automatisch den Servomotor
des Nadelventils der Strahldüse betätigt, wobei dieser Steuerschieber vorteilhaft
mit dem Turbinenrad umläuft; d) die Charakteristik des Drehzahlreglers wird durch
vorheriges Einregeln einer elastischen Vorrichtung, beispielsweise einer Feder,
festgelegt, die nicht mit dem Regler umläuft und längs der Achse des Turbinenrades
wirkt, beispielsweise unter Vermittlung des Steuerschiebers, der selbst den ZufluB
des Druckmittels zum Servomotor steuert, wobei ein Kugellager o. dgl. vorzugsweise
zwischen dieser elastischen Vorrichtung und dem Schieber eingefügt ist; e) eine
pneumatische Rückführungsvorrichtung widersetzt sich zeitweise der Wirkung des Servomotors,
um ein Überregeln zu vermeiden, das bei dieser indirektenRegelvorrichtung systematisch
eintreten würde; f) eine Kompensationsvorrichtung, die von einer Dämpfungsöffnung
Luft-Öl gebildet wird und eine isodrom.eRegelung unabhängigvon. demBelastungszustand
der Turbine zu verwirklichen gestattet;
diese Vorrichtung ist mit
der Rückführungsvorrichtung kombiniert, kommt jedoch erst nach letzterer zur Wirkung.
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Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung die Gesamtanordnung einer
Turbine mit ihrem Regler nach der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt.
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Die dargestellte Vorrichtung enthält: i. eine tangentialwirkendeTurbine,bestehend
aus einem Rad i, das frei tragend in der Lagerung 42 gehalten wird und mit einem
Schwungrad 2 zusammenhängt, das gleichfalls frei tragend in der Lagerung 42 gehalten
wird. Das Rad i ist im Hinblick auf vereinfachte Herstellung mit Nuten 3 versehen,
die eine Beschaufelung bilden; das Wasser wird durch eine Leitung 4o einer Düse
4 zugeführt, deren Öffnung durch ein Nadelventil 5 geregelt wird; 2. ein Drehzahlregler
mit Fliehkraftsteuerung ist unmittelbar auf dem Turbinenrad angebracht und besteht
aus einer einzigen Fliehkraftmasse 13" einem Winkelhebel 14, der um eine mit dem
Rad i zusammenhängende Achse 15 schwingt,. und einem Nocken16. Ein gleichfalls am
Rad sitzender Teil 12 begrenzt den Hub des Hebels 14. Vermöge des Hebels 14 werden
die radial erfolgenden Bewegungen der Masse 13 umgeformt in Bewegungen des Nokkens
16 längs der Achse das Rades i ; 3. einen Steuerschieber 7, der sich in einem Zylinder
22 bewegt und einerseits eine vom Teil 12 geführte Vierkahtstange io und andererseits
eine zylindrische Stange i i aufweist, die mit einem Drucklager 21 für ein Kugellager4i
abschließt. DerZylinder 22 weist eine erste Öffnung 23 für den Eintritt des aus
der Speiseleitungq.okommenden Wassers auf, eine zweite Leitung 24 für die Zuführung
des Wassers unter Druck zu dem weiter unten beschriebenen Servomotor und eine dritte
Leitung 27 für die Abführung ,des Wassers. Kalibrierte Öffnungen 36 und 37 gestatten
unter Umständen, die Durchlaßmengen der Leitungen 24 und 27 zu ändern, um die Schließ-und
Öffnungszeiten des Nadelventils 5 zu regeln. Die quadratische Vierkantstange to,
die in einer gleichfalls quadratischen Ausnehmung des Teils 12 sitzt, der Schieber
7 und seine anhängenden Teile drehen sich in dem Zylinder 22 gemeinsam mit dem lZad
i und ziehen srnnit Vorteil aus den Eigenschaften sich überlagernder Bewegungen;
4. einen einfach wirkenden Servomotor mit Wasserdruck, ' der aus einem Differentialkolben
28 besteht, dessen eine Fläche 39 dem konstanten Druck des durch dieLeitung4o
zufließenden Wassers unterliegt und dessen andere Fläche 29 dem zugeführten veränderlichen
Wasserdruck ausgesetzt ist, der von der Änderung der Geschwindigkeit abhängig ist.
Dieser Motor für die automatische Steuerung des Nadelventilssteht außerdem inVerbindungmiteiner
Rückführungsvorrichtung, die in dem folgenden Absatz beschrieben ist; 5. eine pneumatische
Rückführungsvorrichtung, die die Überregelungen, welche der indirekten Regelung
eigen sind, vermeiden soll und daher zur Aufgabe hat, teilweise und zeitweise der
Steuerungsbewegungdes Servomotors entgegenzuwirken. Diese Rückführung besteht aus
einem Zylinder 8, der am Ende der Stange i i des Steuerschiebers 7 angeordnet, doch
nicht mit ihr drehbar verbunden ist, und aus einer Leitung 32 von genau bemessenen
Volumen, die diesen Zylinder mit der Kammer 30 und der Fläche 33 des Differentialkolbens
28 des Servomotors in Verbindung setzt; 6. eine Kompensationsvorrichtung, bestehend
aus einer kalibrierten Öffnung 3.1, die in einen der Abdichtung dienenden Olbehälter
35 mündet; diese Vorrichtung soll den Druck der verdichteten Luft in den zusammenhängenden
Räumen 8, 32, 30 nach einer bestimmten Zeit zum Sinken bringen, die so bemessen
ist, daß inzwischen der größte Teil der Ventilbewegung beendet ist, sie wird sich
infolgedessen nicht der unerläßlichen Aufgabe der RückführungsvGrrichtung widersetzen.
Diese Kompensationen, die in Korrekturbewegungen des Servomotors für die Ventilstellung
zum Ausdruck kommt, bedeutet, wenn sie beendet ist, eine isodrome oder kompensierte
Regelung, derart, daß den verschiedenen Gleichgewichtszuständen des Nadelventils
5 der Strahldüse nur ein einziges geometrisches Bild des Drehzahlreglers 13 bis
16 und infolgedessen nur ein und dieselbe Stellung des Steuerschiebers entspricht;
7. eine Hilfsregelvorrichtung für die Charakteristik des Drehzahlreglers, bestehend
aus einer Schraube 38, die im voraus die Spannung der Feder9 des Drehzahlreglers
13 bis 16 zu verändern gestattet; B. eine Vorrichtung für Handsteuerung von außen,
bestehend aus einem Handrad 6, das die Düse ,4 zu schließen gestattet,oline siejedoch
öffnen zukönnen.
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Lediglich als Beispiel und zur Erläuterung kann die Arbeitsweise der
beschriebenen Turbinewie- folgt erklärt werden: Wenn die Belastung der vom Schwungrad
2 angetriebenen Maschinen sinkt, sucht die Drehgeschwindigkeit des Rades i zu steigen.
Die Masse 13 des Drehzahlreglers entfernt sich von der Achse des Rades i, und infolgedessen
bewegt sich der Nocken 16 nach rechts, wobei er den Schieber 7 und den Zylinder
8 nach rechts stößt trotz der Gegenwirkung der Feder9; diese ist ein für allemal
eingestellt, um das Dekrement des Reglers 13 bis 16 festzulegen. Wenn die Verstellung
des Schiebers nach rechts einen gewissen Wert überschritten hat, der durch die kalibrierten
Überdeckungen bestimmt ist, bewirkt sie, daß die Leitungen 23 und 24 in Verbindung
gesetzt werden. Der Druck des Wassers wirkt also auf die Fläche 29 des Kolbens 28.
Da die Fläche 29 eine größere Oberfläche als die Fläche 39 hat, bewegen sich der
Kolben 28 und die Ventilnadel 25 im Sinne der Herabsetzung des Durchtrittsquerschnittes
der Düse 4 und demzufolge der Fördermenge und der Antriebsleistung, um von neuem
die Gleichheit des Antriebsmoments und des Widerstandsmoments bei derselben Geschwindigkeit
wie zu Beginn der Störung herzustellen.
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Die nach rechts gerichtete Verstellung des Schiebers 7 hat zur Wirkung,
daß der Zylinder 8 gleichfalls nach rechts bewegt wird und infolgedessen der Druck
der in ihm enthaltenen Luft erhöht wird.
Dieser Druck, der über
die Kammer 3o auf die Fläche 33 des Kolbens 28 übertragen wird, widersetzt sich
dem Druck des Wassers auf die Fläche 29 und sucht also die Ventilnadel wieder steigen
zu lassen. Indem die Druckkraft der Luft auf die Fläche 33 und die des Wassers auf
die Flächen 29 und 39 abgestimmt werden, vermeidet man, daß die Ventilnadel 5 eine
Pendelbewegung ausführt, die Geschwindigkeitszunahmen und -abnahmen des Rades i
verursachen würde, die den einwandfreien Lauf der Turbine beeinträchtigen. Wenn
die' Betriebsgeschwindigkeit von neuem erreicht ist, setzt der Schieber 7 die Leitung
24 mit der AbflußleitUng 27 in Verbindung. Vermöge der Kompensationsvorrichtung
sinkt der Luftdruck in dem Zylinder 8, der Leitung 32 und der Kammer 30 langsam
auf seinen Anfangswert zufolge des durch ihn ausgelösten Durchtritts der Luft oder
des Öls durch die kalibrierte Öffnung 34.
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Wenn das Rad i angehalten ist, steht die Fläche 29 nicht unter Druck,
und wenn man das Stellhandrad 6 im Sinne des öffnens bewegt, hebt sich die Ventilnadel
5 unter der Wirkung des. an der Fläche 39 herrschenden hydrostatischen Druckes.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt.
So braucht z. B. der Schieber 7 nicht mit dem Rad i umzulaufen. In diesem Fall ist
das Kugellager 41 nicht mehr zwischen der Stange i i und dem Zylinder 8, sondern
zwischen dem Schieber? und der Stange io angeordnet. Diese Anordnung kann empfehlenswert
sein, um die Abnutzung des Schiebers herabzusetzen, wenn das Antriebswasser korrodierend
wirkt.