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Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw. -überwachung, insbesondere für
Kraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung bzw.
-überwachung, insbesondere für Kraftmaschinen, bei welcher der Durchluß einer Druckflüssigkeit
durch eine im VorrichtungsgeiUuse angeordnete I.e!iitttng drehzahlabhängig gesteuert
wird.
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Es sind in der Technik eine große Anzahl von Versuchen untennommen
worden., Kraftrna,schiinenregler zu bauen, die ohne Muffen, Hebel, Gelenke und Schneiden
arbeiten, um Reibung, Abnutzung und Störungen durch Rast, Verschmutzung od. dgl.
auszuschalten. Die Erfindung betrifft eine Ein, richtung, die die gleiche Aufgabe
unter der an sieh; bekannten Anwendung einer Druckflüssigkeit löst und den für den
Regelvorgang benutzten Gliedern eine besonders zweckmäßige Gestalt gibt.
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Es ist eine Vorrichtung bekanntgeworden, die als Sclh,nellschlußschalter
winkt und aus einer in der Drehlachse liegenden geraden Biegungsfeder mlit flachem
Querschnitt. besteht, deren eines Ende fest mit der Kraftmasch@inenwelle verbunden
ist, während das. andere Ende eine Masse trägt, welche sich .unter Durchbiegung
der Feder in radialer Richtung bewegen kann. Dabei dient diese Feder als Schlagkörper,
der eine Klinke aus einer Raste hebt, wo#-durch diie Kraftmaschine abgestellt wird..
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Demgegenüber arbeitet, die vorliegende Erfindung durch die Steuerung
eines. Drudkflü.ssigkeitsstromes und vermeidet damit die unerwünschte Beanspruchung
des Schalters und der angeschlagenen Klinke.
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Gemäß der Erfindung ist in an, sich bekannter Weise an einer umlaufenden
Welle und in deren Achse einte stabförrriigei Biegüngsfoder befestigt. Das Ende
dieser Biegungsfeder ist nun als Versc:hlußkärper ausgebildet und steht einer nicht
mit
der Welle umlaufenden Austrittsöffnung der, gesteuerten Le:iltung
gegenüber. Auf diese Weise erfolgt die Steuerung des Druckflüssigkeitsaus.trittes
zwischen der sich nicht ,drehenden: Austrittsöffnung einerseits und dem sich drehenden,
Versch ,lußkörper andererseits.
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Die Austrittsöffnung und der Verschlußkörper stehen sich .zweckmäßig
derart gegenüber, daß auch beim Stilfständ. der Welle noch ein Austrittsspalt frei
bleibt. Ein Verschmutzen der Austrittsöffnung wird. auf diese Weise vermieden, und
außerdem tritt beim Anlaufen; kein, Abrieb' auf.
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Vorteilhaft ist die Austrittsöffnung ins einem axial beweglichen Bolzen
angeordnet, der sich auf die Welle abstützt. Auf diese Weise erreicht man eine genaue
Einstallung des Austrittsspaltes mit einfachsten, Mitteln, ohne diaß die Stab'feder
in, ihrer Bewegung durch die Austrittsöffnung behindert wird.. Der Bolzen kann gegen;
Drehung gesichert sein.
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Zum Andrücken des Balzens geigen die Welle kann man sich einer nachgiebig
wirkenden Kraft wie, der eines Druckmiittels., insbesondere der vorha@n:denen Druckflüssigkeit,
bedienen,.
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Am. Bolzen kann, ein K,nop@f, vorgesehen, sein:, der zum willkürlichen
Abheben des Bolzens von[ der Welle und damit zum Abschalten der Maschine dient.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung
schematisch dUrgestellt. Abb. i und 2 zeigen diie Anwendung der Erfindung auf die
Schnelischlußeinrichtung einer Dampfturbine; Abb. 3 zeigt die Anwendung auf .die
Drehzahlregelung einer beliebigen Kradtm:aschine.
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Bei der Sdhnellschlußeinrichtung nach Abb. i und 2 trägt die Welle
i der Dempifturbine, "velche senkrecht stehend angeordnet ist, in ihrem oberen hohlen
Ende eine Büchse 2 und in, dieser die lache Sta@b;feder' 3, an deren Ende die Masse
4 sitzt. Die Masse 4 befindet sich in der Wellenmitte, solange die Drehzahl niedriger
ist als der Schalt-wert. Sie bildet mit ihrer oberen Stirnfläche den benveglichen
Teil des Druckflüssigkeitsschalters. Ihr gegenüber ist in der Verlängerung der Wellena,ch.se
dii!e Düse 5 angeordnet, und zwar mit dem Maschinengehäuse fest verbunden und daher
ruhend. Zwischen leim unteren: Ende der stillstehenden Düse 5 und der oheren Stirnfläche
der Masse 4, welche sich mit der Welle dreht, ist ein schmaler Späht frei:, so d'aß
die beiden Teile des Schalters sich nicht berühren können. Durch: diesen Spalt fli@eßt
auch in geschlossenem Zustand des. Schalters, wie er in Abb. i dargestellt ist,
stets eine' kleine Menge Druckflüssigkeit aib, 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 4 so abgestimmt, daß sie beim
Erreichen der Schaltdrehzahl die Gleichgewichtslage in der Wellenmitte nicht mehr
halten kann, sondern: sich: ausbiegt, bis die Masse in der Wellenboihrung zum Anschlag
kommt. Um eine deutliche D,arätellung zu erhalten, wurde die Durchibiegung der Feder
im Verhältnis zu ihren Abmessungen etwas übertrieben gezeichriet. Dlie -krummen,
Pfeile; in, -Abb'. 2 zeigen, in: welcher Weise beim geöffneten, Schalter die Druckflüssigkeit
abströmt. Die freien Querschnitte, die für das Abströmen in; geöffnetem, Zustand
vorhanden sind, betragen ein; Vielfaches. des Abströmquerschnitts, den der Spalt
in geschlossenem Zustand des. Schalters nach Abb. i hat.
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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 federbelastetem Koilbeni 9" dessen Stange
io zu dem Dampfeintrittsventil der Turbine führt, welches: in der Zeichnung nicht
dargestellt ist. In der in Abb. i gezeigten: obersten Lage des Kolbens 9 ist das
Dampfeintrittsventil der Turbine geöffnet. Aus dem Raum 8 strömt die' ID@ruck flüssigkeit
durch ein Rohr zu der Düse 5 und tritt durch, den Spalt des Schalters in den drucklosen
Raum über dein 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, bemes.sen, daß sie einen bedeutend geringeren@ Strömungswiderstand hat als der
Spalt am Schailter. Infolgedessen herrscht :frei geschlossenem Schalter in dem Raum
8 ein Flüssigkeitsdruck, welcher nur, wenig geringer ist als der Druck, den: die
Pumpe in dem Rohr 6 herstellt. Die, Kraft der Kolhenfeder wird daher von dem Flüssigke(itsdruck
überwunden; und der Kolben in seiner obersten Lage am Anschlag festgehalten. Wenn
sich: der Schalter nach Abb. 2 geöffnet hat, ist sein Durchflußwid'ers.tand bedeutend
geringer geworden und beiträgt nur noch Einen Bruchteil des Durchflußwiderstandes
der Drosselstelle 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 Rajum 8 und. schließt mit der Stange
io das Dumpfve@ntil, so daß die Turbine turn, Stillstand, kommt. Sobald der Kalben
9 seine Abwärtsbewegung begonnen hat, verschließt er die Drosselstelle 7 von, innen,
so daß die Turbine nicht mehr von selbst anftahren kann,- wenn auch der Schalter
wieder in: seine Mittellage zurückgekehrt ist. Die Turbine wird ailso nach einmaligem
Überschreiten der Schaltdrehzahl mit Sicherheit zum Stillstand gebracht. Soll die
Turbine nachher wieder, an,-gefahren, werden, so muß Druckflüssigkeit durch das
Rohr 12 eingeführt werden, was beispIelsweise mit einer, besonderen Anfahrpumpe
mit Handbetrieb geschehen kann.
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In Abb. 3 ist die Stabfeder 13 in das hohlgebohrte Ende einer-
Welle 14 eingebaut. Der Schwerpunkt der Masse' 15 am freien Ende der Stähfeder liegt
nicht in, der Dreh;achse, sondern ist um ein bestimmtes Maß nach außen gerückt,
so daß eine Fliehkraft entsteht, welche dein: Quadrat der Drehzahl und dem Abstand
des Schwerpunktes von, der Drehachse verhältnisgleich ist. Durch diese Fliehkraft
ergibt sich bei jeder Drehzahl eine bestimmte
Durchbiegung der
Feder. Je höher dlie Drehzahl ist, desto größer ist die Durchhiegung der S talbfeder.
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Der Druckflüssigkeifassdhalter nach Abib. 3 stellt daher die Kraftmaschine
hei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl nicht vollständig ab, weil die Masse
15 nicht bis an ihren Anschlag himaulsgebt, sondern entsprechend der jeweiligen
Drehzrah@l eine bestimmte Zwischenlage einnimmt. Der Abströmwide@rstan;d. aus der
Düse 5 wird daher nicht plötzlich verändert wie bei der Anordnung nach. den Abib.
i und 2, sonldern stetig genau in dem. Maße, in dem sich die Drehzahl ändert.
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Der Schalter nach, Abbl. 3 steuert daher die Kraift,masdh;ine, im,
der Weise, daß jeder Drehzahl ein bestimmter Abflußquer'soh:niitt für die Druckflüssigkeit
eindeutig zugeordnet wird. In ähnlicher Weise, wie in Abt. i gezeigt, kann dann
ein' federbelasteter Kolben angeordnet werden, welcher direkt oder über oine,n Hilfsmotor
dem Kraftmittelzufluß der Maschine beherrscht.
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In Abib. 3 ist ,die Düse nicht direkt in den Ge-.häusekörper gebohrt,
sondern in einen. Bolzen 16. Dieser erhält den ölzufluß aus einer Ringnute i9, in
der gleichzeitig der Bolzen auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt ist, so daß
der öldruck auf die so entstehende Kalbenfläche21 eine Kraft ausübt, die den Bolzen
über das Gleitlager 17 gegen. die de Stabfed!er tragende Welle drückt. Die öffnungen:
18 sorgen, dafür, daß das ans der Düse strömende öl ungehindert abfließen kann.
Der Bolzen 16 wird durch irgendein nicht dargestelltes Mittel gegen Verdrehung gesichert.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Spalt zwischen dem Kopif der Stahfeder
15 und, der DüsenhöhrUng 5 den einmal eingestellten Wert beibehält, unabhängig von
eventuell entstehenden kleinen Änderungen der Lage der Welle 14. Ietztereis ist
erforderlidh, um, eine genaue konstant bleibende Regulierung der Drehzahl zu erhalten.
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Die And;ruckkm.ft kann selbstverständlich auch in anderer Weise, z.
B. durch eine Feder, die auf den Bolzen 16 wirkt, erzeugt werden, ohne daß die Wirkungsweise
beeinträchtigt wird.
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Der Bolzen, 16 trägt in der Ahb. 3 ferner einen Knopf 20, der voni
Hand herausgezogen werden kann,, wodurch, die Düsenbohrung sich von, der Stabfede.r
abhobt so daß infolge der starken Vergrößerung des Spaltes. der Abströmiwiiderstand
aus der Düse 5 so strack verringert wird, daß die, Mac schine abgestellt wird.
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Die oiben beschriebene Vorrichtung stellt somit eine sofort wirkende
Abstellmöglichkeit für die Kratftmaschine dar.
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Es ist nicht zu befürchten, daß selbst ein sehr fein eingestellter
Spalt durch etwa in der Druckflüssigkeit befindliche Fremdkörper aJlrnä,hifi'ch;
verlegt wird, weil der eine Teil des Sdhalter@s seich dauernd mit der Maschinenwelle
dreht und daher ein Festsetzen der Fremdkörper unmöglich macht. Die Fremdkörper
werden, sofern sie größer sind als die Spaltweite, zwischen dem ruhenden urvd dem
umlaufenden Teil zerrieben und dann! von: der Strömung mitgerissen und abgeführt.
Fremdkörper, welche kleiner sind als die Spaltweite, können im Schalter nicht hängeülbleihen,
sondern werden sofort vom, der Strömung mitgerissen.