DE851175C

DE851175C - Selbstregelung von Kreiselradmaschinen

Info

Publication number: DE851175C
Application number: DEP11077D
Authority: DE
Inventors: Ernst Von Dr-Ing Loessl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-10-02

Description

Selbstregelung von Kreiselradmaschinen Zur Verstellung der Laufrad- oder Leitradschaufeln von Kreiselmaschinen wird gewöhnlich als Führungsgerät ein Fliehkraftpendel angewandt, welches direkt oder indirekt auf die Schaufeln einwirkt. Da das Führungsgerät in der Regel die notwendigen V erst-ellkräfte nicht aufzubringen ver mag, wurde fast durchweg die indirekte, hydraulische Regelung eingeführt. Sie hat den Nachteil einer verzweigten Apparatur, so daß der Versuch unternommen wurde, zur Einsparung der hydraulischen Regelung die auf das Laufrad wirkenden Kräfte des Strömungsmittels direkt als Regelkräfte zu benutzen (Teery). Bei vorliegender Erfindung wird das ganze Laufrad als Fliehkraftpendel benutzt, wobei die auf die Schaufeln wirkenden Massen- und Strömungskräfte ohne jeden Zwischenmechanismus die Einstellung des einem bestimmten Betriebszustand entsprechenden Schaufelanstellwinkels besorgen.
Bild i zeigt die grundsätzliche Anordnung. Die um die Achse d drehende Schaufel a ist mit ihrem Schaft b durch ein Gelenk c mit der Welle d verbunden, welches zur Normalen auf die Schaufelmittellinie einen Winkel s einschließt. Unter der Wirkung der Druckdifferenz PI-P2 einerseits und ,der im Schwerpunkt S witken-den Fliehkraft anderseits stellt sich die Schaufel in einen solchen Winkel 8 zur Drehebene ein, daß das Moment Mn der durch p,-p. hervorgerufenen Strömungskraft um das Gelenk c dem Fliehkraftmoment MZ um c gleich, aber entgegengesetzt ist. Änderungen des Betriebszustandes führen demgemäß zu Änderungen von 8, welche für s < o auch Änderungen des Schaufelanstellwinkels zur Drehebene 99 hervorrufen; denn 99 ist offenbar in rein geometrischer Abhängigkeit von 8, e und dem Voreinstellwirrkel qqo bei 8=o°.
Die Bilder 2 bis 5 zeigen Anwendungsbeispiele. Bild 2 stellt eine Propellerturbine dar, welche einen auf ein taktgebendes Netz arbeitenden Generator antreibt. Die Leistung des Generators e und demnach auch diejenige des Turbinenlaufrades a möge z. B. konstant bleiben (Forderung Grundlastmaschine), wenn das Wassergefälle sich ändert. Bei wachsendem Gefälle wächst die Druckstufe pl-p2 und daher das Moment d'es Flüssigkeitsdruckes um c, so daß die Schaufel a bei größeren a eine neue Gleichgewichtslage findet, da mit wachsendem 8 auch das rückdrehende Fliehkraftmoment um c ansteigt. Bei geeigneter Wahl von e und 99, ruft die 8-Ärrderung eine solche q9-Änderung hervor (Verkleinerung), daß durch eine entsprechende Änderung (Verkleinerung) der axialen Wassergeschwindigkeit die Leistung konstant bleibt. Statt Konstanthaltung können auch andere Leistungsabhängigkeiten vom Gefälle vorgeschrieben werden, z. B. lineare, welche dann anderes s erfordern. Daher kann auch ein . zeitabhängiges Leistungsprogramm vorgeschrieben werden, wenn durch einen zeitgesteuerten Zusatzregler der Winkel E verändert wird. * .
Im Bild 2 wird die zu einer Laufradverstellung gehörige Leitrad'verstellung nicht vom Laufrad abgeleitet, vielmehr wird durch ein Flügelrad f das Leitrad l z. B. über einten Spindelbetrieb auf drall freien Abfluß des Wassers eingestellt. Durch An, stellung der Flügel von f zur Axialrichtung kann auch ein bestimmter Drall des Abflusses vorgeschrieben werden.
Bild 2a zeigt, daß es mit Hilfe eines Zusatzgewichtes g und dadurch hervorgerufener Verlagerung des Schaufelschwerpunktes S möglich ist, der Schaufel beliebige, z. B. zur Drehebene symmetrische Grenzlagen zu geben. Ferner ist hier dargestellt, wie durch einen Zahnquadranten z am Schaufelfuß und eine Gleithülse h mit Bund w gleiche Verstellbewegung und Lage aller Schaufeln gesichert werden können.
Im Bild 3 paßt sich Generator und Turbine der vom Verbraucher geforderten Leistung oder einer geforderten Ausgleichleistung zwischen mehreren Kraftwerken an. Das Laufrad hat hier die Funktion des direkt wirkenden Fliehkraftreglers. Da zur Wahrung der Stabilität in oberer Lage (8) des Schaufelschwerpunktes gearbeitet werden muß, ist ein Ausgleichsgewicht K oder eine Federkraft anzubringen. Wirkt außerdem noch eine hydraulische Belastung H auf das Laufrad ein, so läßt sich die Wirkung veränderlicher Gefälle ausschalten. Der 'Maschinensatz kann allein oder im takt-@l)cnd:n Netz arbeiten. Bild 3 a zeit. daß hier zur Erzielung zur Drehebene symmetrischer Schaufelausschläge der Schwerpunkt nach oben zu verlagern ist.
Bild 4 zeigt ein Flüssigkeitsgetriebe für Fahrzeuge. Läuft die an die Motorwelle MW angeschlossene Pumpe p mit konstanter Drehzahl, so liefert sie konstantes Gefälle sowie konstante Druckstufe PI-P2 und Axialgeschwindigkeit des Strömungsmittels. Dem Turbinenlaufrad werden über die Fahrzeugwelle FW, den wechselnden Fahrwiderständen entsprechend, wechselnde Drehzahlen aufgezwungen. Bei fallender Drehzahl von FW vermindert sich die Fliehkraft bei gleichbleibender Druckstufe pl-p2, da diese von der Pumpe p bestimmt wird, so daß sich 8 vergrößert, was nach Bild i zu der notwendigen Vergröäerun@g von 99 benutzt werden kann. Es entsteht demnach ein sieh selbsttätig und stetig den veränderlichen Fahrwiderständen und -geschNvindigkeiten anpassendes Getriebe, welches auch eine Kupplung überflüssig macht, da bei geringer Motordrehzahl (Leerlauf) nur sehr kleine Drehmomente der Turbine ent# stehen.
Bild 5 zeigt die Anwendung bei einem Windrad. Wird z. B. durch Anschluß eines angetriebenen Generators an ein takthaltendes Netz (Windkraftwerk) die Wimdraddrebzahl ungefähr konstant gehalten, so stellen sich die Flügel bei stärkerem Wind durch den größeren Strömungsdruck auf größeres ö als bei schwachen ein, so daß im ersteren Fall d'as notwendige größere 9p als in letzterem vorhanden ist: Gleiche Stellung der Flügel wird hier durch ehre Gleithülse 1i mit Stoßstangen s gesichert.

Claims

PATENTANSPRCCHE: i. Vorrichtung zur Selbstregelung von Kreiselradmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel des Laufrades der Kreiselradmaschine an der Laufradnabe mittels eines Gelenkes befestigt sind, dessen Achse in einer zur Drehachse des Laufrades senkrechten Ebene liegt und zur Mittellinie des Flügels unter einem von 9o° verschiedenen Winkel angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Schwerpunktlage des Flügels bezüglich des Gelenkes durch ein zur Flügelmittellinie exzentrisch anzuordnendes Zusatzgewicht bestimmt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufradflügel gegenseitig zwangsläufig gekuppelt sind. Vorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Laufrad-flügel um ihre Gelenke: außer durch die unmittelbare Einwirkung von Strömungsdruck und Zentrifugalkraft noch durch zusätzliche Kräfte, wie Ausgleichs- ge@@ichtc, Feder- odci- üvdraulische Kräfte, he- einHußt wird. @. Vorrichtung nach Anspruch i bis 4 bei An- weiidung im Wasserturbinenhau, dadurch ge- kennzeichnet, daß die zu einer Flügelverstellung

des Laufrades gehörige Leitradvcrstelltin;' durch ein im Saugrohr befindliches gesondertes Flügelrad gesteuert wird, dessen Flügel zur Strömungsrichtung keinen oder eitlen vor bestimmten Aasstellwinkel haben.