DE909655C

DE909655C - Device for speed control or monitoring

Info

Publication number: DE909655C
Application number: DEK1476D
Authority: DE
Inventors: Joseph Ehrhart
Original assignee: Kuehnle Kopp and Kausch AG
Current assignee: Howden Turbo GmbH
Priority date: 1940-07-27
Filing date: 1940-07-27
Publication date: 1954-04-22

Description

Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw. -überwachung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw. -überwachung, bei welcher der Durchfluß einer Druckflüssigkeit durch eine Düse in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Welle gesteuert wird. Die Erfindung- besteht im wesentlichen darin, daß an der Welle und in ihrer Achse eine stabförmige Biegungsfeder angeordnet ist, die an ihrem einen Ende fest mit der Welle verbunden ist und in der Ruhelage mit ihrem freien Ende die diesem Ende gegenüberstehende Düsenöffnung überdeckt.Device for speed control or speed monitoring The invention relates to a device for speed control or monitoring, in which the flow a pressure fluid through a nozzle as a function of the speed of a shaft is controlled. The invention consists essentially in that on the shaft and a rod-shaped bending spring is arranged in its axis, which on its one End is firmly connected to the shaft and in the rest position with its free end covers the nozzle opening opposite this end.

Es ist bereits eine Vorrichtung bekanntgeworden, die als Schnellschlußauslöser wirkt und aus einer in der Drehachse liegenden geraden Biegungsfeder mit flachem Querschnitt besteht, deren eines Ende fest mit der Kraftmaschinenwelle verbunden ist, während das andere Ende eine Masse trägt, welche sich unter Durchbiegung der Feder in radialer Richtung bewegen kann. Diese Vorrichtung ist geeignet, als Schlagkörper eine Klinke aus ihrer Rast zu heben, wodurch die Kraftmaschine abgestellt wird.There is already a device known as a quick release trigger acts and from a straight bending spring lying in the axis of rotation with a flat Cross section consists, one end of which is firmly connected to the engine shaft is, while the other end carries a mass, which is deflected under the Can move spring in the radial direction. This device is suitable as a striking body to lift a pawl from its detent, whereby the engine is switched off.

Demgegenüber hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe gelöst, die Drehzahlregelung bzw. -überwachung mittels einer Druckflüssigkeit zu bewirken, wobei auf eine Schlagfunktion des Schalters verzichtet werden kann. Damit wird insbesondere bei rasch laufenden Wellen eine unerwünschte Beanspruchung der Vorrichtung, insbesondere der Klinke, vermieden.In contrast, the present invention has achieved the object To effect speed control or monitoring by means of a hydraulic fluid, wherein can be dispensed with an impact function of the switch. So that in particular in the case of rapidly running waves, undesirable stress on the device, in particular the latch, avoided.

Der Erfindungsgegenstand vermeidet weiterhin die Nachteile anderer drehzahlabhängiger Flüssigkeitsschalter, welche mittels der üblichen Fliehgewichte und Federn über Hebel, Gelenke oder Schneiden und' Muffen arbeiten, und ist außerdem so gebaut, daß er unabhängig vom Flüssigkeitsdruck mit hoher Genauigkeit arbeitet und überdies mit geringstem konstruktivem Aufwand und auf kleinstem Raum erstellt werden kann.The subject matter of the invention also avoids the disadvantages of others speed-dependent liquid switch, which by means of the usual flyweights and springs via levers, joints or Cutting and working the sleeves, and is also designed to be highly accurate regardless of fluid pressure works and moreover with the least constructive effort and in the smallest of spaces can be created.

In den Zeichnungen sind im axialen Schnitt zwei Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt.The drawings show two exemplary embodiments in axial section for the subject matter of the invention shown schematically.

Abb. i und 2 zeigen die Anwendung der Erfindung auf die Schnellschlußenrichtung einer Dampfturbine; Abb.3 zeigt die Anwendung auf die Drehzahlregelung einer beliebigen Kraftmaschine.Figs. I and 2 show the application of the invention to the quick release direction a steam turbine; Fig.3 shows the application to the speed control of any Power machine.

Bei der Schnellschlußeinrichtung nach Abb. i und z trägt die Welle i der Dampfturbine, welche senkrecht stehend ,angeordnet ist, in ihrem oberen hohlen Ende eine Buchse 2 und in, dieser die flache Stabfeder 3, an deren Ende die Masse 4. sitzt. Die Masse :1 befindet sich in der Wellenmitte, solange die Drehzahl -niedriger ist als der Schaltwert. Sie bildet mit ihrer oberen. Stirnfläche den beweglichen Teil des Dlruckflüssigkeitsschalters. Ihr gegenüber ist in der Verlängerung der Wellenachse die Düse 5 angeordnet, und zwar mit dein Maschinengehäuse so verbunden, daß sie nicht mit der Welle umläuft. Zwischen dem unteren Ende der stillstehenden Düse 5 und der oberen Stirn:-Bäche der Masse 4., welche sich mit der Welle dreht, ist ein schmaler Spalt frei, so daß die beiden Teile des Schalters sich nicht berühren können. Durch diesen Spalt fließt auch im geschlossenen Zustand des Schalters, wie er in Abb. i dargestellt ist, stets eine kleine Menge Druckflüssigkeit ab, wie dies durch die kleinen Pfeile angedeutet ist. Abb. 2 stellt denselben Schalter nach Überschreitung der Schaltdrehzahl, also geöffnet, dar. Die Feder 3 ist mit der Masse ¢ so abgestimmt, daß sie beim Erreichen der Schaltdrehzahl die Gleichgewichtslage in der Wellenmitte nicht mehr halten kann, sondern sichausbiegt, bis -die Masse in der Wellenbohrung zum Anschlag kommt. Um eine deutliche Darstellung zu erhalten, wurde die Durchbiegung der Feder im Verhältnis zu ihren Abmessungen etwas übertrieben gezeichnet. Die krummen Pfeile in Abb. 2 zeigen, in welcher Weise beim geöffneten Schalter die Druckflüssigkeit .abströmt. Die freien, Querschnitte, die für das Abströmen im geöffneten Zustande vorhanden sind, betragen ein Vielfaches des Absträmquerschnittes, den der Spalt im geschlossenen Zustand des Schalters -;ach Abb. i hat.In the case of the quick release device according to Fig. I and z, the shaft carries i of the steam turbine, which is upright, is arranged, hollow in its upper part End of a socket 2 and in, this the flat bar spring 3, at the end of which the mass 4. sits. The mass: 1 is in the center of the shaft as long as the speed is lower is than the switching value. She forms with her upper. Front face the movable Part of the hydraulic fluid switch. Opposite her is in the extension of the Shaft axis the nozzle 5 is arranged, namely connected to your machine housing in such a way that that it does not revolve with the wave. Between the lower end of the stationary Nozzle 5 and the upper forehead: -Breaks of mass 4., which rotates with the shaft, a small gap is free so that the two parts of the switch do not touch can. Flows through this gap even when the switch is closed, such as He is shown in Fig. i, always from a small amount of hydraulic fluid, like this is indicated by the small arrows. Fig. 2 sets the same switch after it has been exceeded the switching speed, i.e. open. The spring 3 is matched to the mass ¢ so that that when the switching speed is reached, the position of equilibrium is in the center of the shaft can no longer hold, but bends until the mass in the shaft bore comes to a stop. In order to get a clear representation, the deflection the nib drawn somewhat exaggerated in relation to its dimensions. The crooked ones Arrows in Fig. 2 show the manner in which the hydraulic fluid is applied when the switch is open .flows. The free, cross-sections, for the outflow in the open state are present, amount to a multiple of the waste cross-section that the gap in the closed state of the switch -; ach Fig. i has.

Eine in der Zeichnung nicht dargestellte ölpumpe, welche von der Turbine mit angetrieben wird, fördert durch das Rohr 6 und die Drosselstelle 7 dauernd Druckflüssigkeit in den Raum 8 unter den federbelasteten. Kolben 9, dessen Stange io zu dem Dampfeintrittsventil der Turbine führt, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist. In der in Ab-b. i gezeigten obersten Lage des Kolbens 9 ist das Dampfeintrittsventia der Turbine geöffnet. Aus dem Raum 8 strömt die Druckflüssigkeit durch ein Rohr zu der Düse 5 und tritt durch den Spalt des Schalters in den drucklosen Raum über dem oberen Lager der Turbinenwelle und von hier durch das Rohr i i zum Sammelbehälter zurück, aus welchem die Pumpe ansaugt. Die Drosselstelle 7 ist so bemessen, d,aß sie einen bedeutend geringeren Strömungswiderstand hat als der Spalt am Schalter. Infolgedessen herrscht bei geschlossenem Schalter in dem Raum 8 ein Flüssigkeitsdruck, welcher nur wenig geringer ist aas der Druck, den die Pumpe in dem Rohr 6 herstellt. Die Kraft der Kolbenfeder wird daher von dem Flüssigkeitsdruck überwunden und der Kolben in seiner obersten Lage am Anschlag festgehalten. Wenn sich der Schalter nach Abb. z geöffnet hat, ist sein Durchflußwiderstand bedeutend geringer geworden und beträgt nur noch einen Bruchteil des Durchfluß-,viderstandes der Drossejstelle 7. Der Druck in. dem Raum 8 sinkt daher auf einen kleinen Bruchteil des Druckes; den die Pumpe in dem Rohr 6 herstellt. Infolgedessen überwiegt die Kraft der Kolbenfeder den Flüssigkeitsdruck im Raum 8 und schließt mit der Stange i o das Dampfventil, so. daß die Turbine zum Stillstand kommt. Sobald der Kolben 9 seine Abwärtsbewegung- begonnen hat, verschließt er die Drosselstelle 7 von innen, so daß die Turbine nicht mehr von selbst ,anfahren kann, wenn auch der Schalter wieder in seine Mittellage zurückgekehrt ist. Die Turbine wird also nach einmaligem Überschreiten der Schaltdrehzahl mit Sicherheit zum Stillstand gebracht. Soll die Turbine nachher wieder angefahren werden, so muß Druckflüssigkeit durch das Rohr 12 eingeführt werden, was beispielsweise mit einer besonderen Anfahrpumpe mit Handbetrieb geschehen kann.An oil pump, not shown in the drawing, which is operated by the turbine is also driven, continuously promotes hydraulic fluid through the pipe 6 and the throttle point 7 into space 8 under the spring-loaded. Piston 9, its rod io to the steam inlet valve the turbine leads, which is not shown in the drawing. In the in Ab-b. The uppermost position of the piston 9 shown in i is the steam inlet valve of the turbine opened. The pressure fluid flows from the space 8 through a pipe to the nozzle 5 and enters the pressure-free space above the upper one through the gap in the switch Bearing of the turbine shaft and from here through the pipe i i back to the collecting tank, from which the pump sucks. The throttle point 7 is dimensioned so that it ate Has significantly lower flow resistance than the gap on the switch. Consequently When the switch is closed, there is a liquid pressure in the space 8, which The pressure that the pump produces in the pipe 6 is only slightly lower. the The force of the piston spring is therefore overcome by the fluid pressure and the piston held in its uppermost position on the stop. When the switch as shown in Fig. z has opened, its flow resistance has become significantly lower and amounts to only a fraction of the flow resistance of the Drossejstelle 7. The pressure in. The space 8 therefore drops to a small fraction of the pressure; the pump in the tube 6 produces. As a result, the force of the piston spring outweighs the fluid pressure in room 8 and closes the steam valve with the rod i o, so. that the turbine to Standstill comes. As soon as the piston 9 has started its downward movement, it closes he the throttle point 7 from the inside, so that the turbine no longer start by itself can when the switch has returned to its central position. The turbine will definitely come to a standstill after the switching speed has been exceeded once brought. If the turbine is to be started up again afterwards, hydraulic fluid must be used be introduced through the pipe 12, for example with a special start-up pump can be done with manual operation.

Außer dieser oben beschriebenen Wirkung des Erfindungsgegenstandes, wonach die Turbine gegen Ltberschreitung einer bestimmten Höchstdrehzahl gesichert wird, erfüllt der Schalter noch einen anderen Zweck. Die senkrechte Turbinenwelle trägt an ihrem oberen Ende den Spurring 13, welcher auf dem Lager 1 ¢ läuft und den Turbinenläufer gegen Verschiebungen in axialer Richtung sichert. Diese Lagerung ist meistens durch das Gewicht des Turhinecnläufers und außerdem durch die in den Turbinenscheiben und Schaufeln wirkenden Dampfkräfte in axialer Richtung belastet. Wenn auch durch sorgfältige Ausbildung die Betriebssicherheit solcher Lager heute schon ziemlich groß und das Lagerspiel klein ist, läßt es sich doch nicht ganz, vermeiden, daß die im Betrieb auftretenden Kräfte die Welle in. geringem Umfang verschieben, wobei dann unter Umständen die umlaufende Masse .l die Düse 5 berühren könnte.In addition to the above-described effect of the subject matter of the invention, after which the turbine is secured against exceeding a certain maximum speed the switch serves another purpose. The vertical turbine shaft carries at its upper end the track ring 13, which runs on the bearing 1 ¢ and secures the turbine rotor against displacement in the axial direction. This storage is mostly due to the weight of the gymnast and also by the in the Turbine disks and blades acting steam forces loaded in the axial direction. Even if through careful training, the operational safety of such bearings today already quite large and the bearing clearance is small, it cannot be quite avoid that the forces occurring during operation affect the shaft to a small extent move, whereby under certain circumstances the rotating mass .l touch the nozzle 5 could.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch dieser Gefahr dann nicht ausgesetzt, wenn die im Betrieb auftretenden Kräfte von der Düse fort gerichtet sind; denn wenn. sich dann der Turbinenläufer mitsamt der Buchse 2, der Feder 3 und der Masse q. nach unten bewegt, vergrößert sich der enge Spalt des Schalters, statt sich zu verringern.However, the device according to the invention does not face this risk exposed when the forces occurring during operation are directed away from the nozzle are; because if. Then the turbine rotor together with the bush 2, the spring 3 and the mass q. moves down, the narrow gap of the switch increases, instead of decreasing.

In Abb. 3 ist die Stabfeder 15 in, das hohlgebohrte Ende einer waagerecht liegenden Welle 16 eingebaut und mittels der Stellschraube 17 bereits vorgespannt, so daß die ursprünglich gerade Feder die gezeichnete Lage annimmt. Der Schwerpunkt der Masse 18 liegt daher nicht in der Drehachse der Welle, sondern ist um ein bestimmtes Maß nach außen gerückt, so daß eine Fliehkraft entsteht, welche dem Quadrat der Drehzahl verhältnisgleich ist. Bei allmählicher Steigerung der Drehzahl vergrößert sich die Fliehkraft und hebt von einem bestimmten Wert an die Masse 18 von der Schraube 17 ab. Feder und Masse sind so aufeinander abgestimmt, da,ß sich zu jeder Drehzahl eine bestimmte Durchbiegung der Feder ergibt, und zwar bei höheren Drehzahlen größere Durchbiegungen mit weiter von der Drehachse entfernten Lagen des Schwerpunktes der Masse.In Fig. 3, the bar spring 15 is in, the hollow end of a horizontal installed lying shaft 16 and already pretensioned by means of the adjusting screw 17, so that the originally straight spring assumes the position shown. The center of gravity of the mass 18 is therefore not in the axis of rotation of the shaft, but has moved outwards by a certain amount, so that a centrifugal force arises, which is proportional to the square of the speed. With a gradual increase in speed the centrifugal force increases and lifts from a certain value to the mass 18 from screw 17. Spring and mass are so coordinated that ß each other there is a certain deflection of the spring at every speed, at higher speeds Speeds larger deflections with layers further away from the axis of rotation the center of gravity of the crowd.

Der Druckflüssigkeitsschaater nach Abb.3 stellt daher die Kraftmaschine bei Überschreitung einer bestimmten Drehzah nicht vollständig ab, weil die Masse 18 nicht soggleich bis an ihren Anschlag hinausgeht, sondern entsprechend der Drehzahlüberschreitung eine bestimmte Zwischenlage einnimmt. Der Abströrnwiderstand aus der Düse 5 wird daher nicht plötzlich verändert, wie bei der Anordnung nach den Abb. i und 2, sondern. stetig genau in dem Maße, in dem sich die Drehzahl. ändert. Der Schalter nach Abb. 3 steuert daher die Kraftmaschine in der Weise, daß jeder Drehzahl ein bestimmter Abflußquerschnitt für die Druckflüssigkeit eindeutig zugeordnet wird. In ähnlicher Weise, wie in Abb. i gezeigt, kann dann ein federbelasteter Kolben angeordnet werden, welcher direkt oder über einen Hilfsmotor den Kraftmittelzufluß der Maschine beherrscht.The hydraulic fluid switch according to Fig. 3 therefore represents the prime mover when a certain speed is exceeded, it does not completely drop because the mass 18 does not immediately go up to its stop, but according to the overspeed occupies a certain intermediate layer. The leakage resistance from the nozzle 5 becomes therefore not suddenly changed, as in the arrangement according to Figs. i and 2, but. steadily exactly to the extent to which the speed is. changes. The switch according to Fig. 3 therefore controls the engine in such a way that each speed a certain Drain cross-section for the hydraulic fluid is clearly assigned. In a similar way Way, as shown in Fig. I, a spring-loaded piston can then be arranged, which controls the flow of fuel to the machine directly or via an auxiliary motor.

In Abb. 3 ist die Düse 5 nicht direkt in den Gehäusekörper gebohrt, sondern in eine Schraube i g. Diese Schraube hat einen scheibenförmigen Rand, welcher beispielsweise acht Bohrungen 20 trägt, während im Gehäuse neun Gewindelöcher 21 vorhanden sind. Zur Sicherung der Schraube i 9 im Gehäuse wird eine einzige Schraube 22 eingesetzt. Die Feineinstellung des Spaltes am Schalter ist hierdurch bis auf I der Steigungshöhe des Ge-'72 wundes 23 möglich, weil durch die acht Bohrungen 20 und die neun Gewindelöcher 21 die Zahl der Möglichkeiten für das Einsetzen der Sicherungsschraube 22 während einer einzigen Umdrehung der Schraube 19 eben 8 X 9 = 72 beträgt. Man kann hierdurch leicht und sicher den Spalt mit großer Genauigkeit auf einen bestimmten Wert einstellen.In Fig. 3 the nozzle 5 is not drilled directly into the housing body, but into a screw i g. This screw has a disk-shaped edge which, for example, has eight bores 20, while nine threaded holes 21 are present in the housing. A single screw 22 is used to secure the screw i 9 in the housing. The fine adjustment of the gap on the switch is hereby possible down to the height of the slope of the Ge-'72 wound 23 , because the eight bores 20 and the nine threaded holes 21 allow the number of possibilities for inserting the locking screw 22 during a single turn of the screw 19 8 X 9 = 72. This allows the gap to be set to a certain value easily and reliably with great accuracy.

Es ist nicht zu befürchten, da,ß selbst ein sehr fein einsgestellter Spalt durch etwa. in der Druckflüssigkeit befindliche Fremdkörper allmählich verlegt wird, weil der eine Teil des Schalters sich dauernd mi,t der Maschinenwelle dreht und daher ein Festsetzen der Fremdkörper unmöglich macht. Die Fremdkörper werden, sofern sie größer sind als die Spaltweite, zwischen dem ruhenden und dem umlaufenden Teil zerrieben und dann von der Strömung mitgerissen und abgeführt. Fremdkörper, welche kleiner sind als die Spaltweite, können im Schalter nicht hängenbleiben, sondern werden sofort von der Strömung mitgerissen.There is no reason to fear that even a very finely tuned person Gap through about. Foreign bodies in the hydraulic fluid are gradually misplaced because one part of the switch is constantly rotating with the machine shaft and therefore makes it impossible for the foreign matter to settle. The foreign bodies become as long as they are larger than the gap between the stationary and the rotating one Part of it was ground up and then carried away by the current and carried away. Foreign body, which are smaller than the gap width cannot get stuck in the switch, but are immediately swept away by the current.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for speed control or monitoring, at which the flow of a pressure fluid through a nozzle as a function of is controlled by the speed of a shaft, characterized in that on the Shaft (1, 16) and a rod-shaped bending spring (3, 15) arranged in its axis which is firmly connected to the shaft at one end and is in the rest position with its free end covers the nozzle opening (5) opposite this end.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that the free end of the rod-shaped, gene bending spring (15) is equipped with an additional mass (1 8) .

3. Device according to claim i or 2, characterized in that the center of gravity the free end of the rod-shaped bending spring (15) outside the axis of the shaft (16) lies.

4. Apparatus according to claim i or the following, characterized in that that the rod-shaped bending spring (15) is pretensioned.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the bias for example by means of a screw (17), is adjustable.

6. Device according to claim i or the following, characterized in that that the nozzle (i 9) is adjustable in the axial direction.

7. Machine with a device according to claim i or the following, characterized by such a design that the axial forces acting on the shaft (1, 16) during operation are directed away from the nozzle (5, 15). Cited publications: German Patent Specifications No. 715 667, 572 205; British Patent No. 149,692; U.S. Patent Nos. 1,834,773, 1,747,468.