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Vorrichtung zur Sicherung gegen und gegehenenfalls zur Messung von
Wellenverschiebungen infolge Axialbelastung an Kreiselra-dmaschinen, insbesondere
an Dampfturbinen Zusatz zum Patent 811351
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Sicherung gegen und gegebenenfalls zur Messung von Wellenverschiebungen infolge
Axialbelastung an Kreiselradmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, mit einem Fühlglied,
das an einer Stirnfläche der Welle anliegt, und mit einem Schaltorgan, z. B. Schnellschlußauslöser,
das vom Fühlglied gesteuert wird und die Axialbelastung ausschalten kann, gemäß
Patent 811 35I.
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Manchmal wechselt der Axialschub des Kreisels mit der Maschinenbelastung
die Richtung. Deshalb muß die im Hauptpatent beschriebene Vorrichtung so ausgestaltet
werden, daß sie in beiden Richttungen wirkt. Nach dem Hauptpatent betätigt das Fühlglied
einen hydraulischen Kraftschalter, der einen Kraftkolben so steuert, daß dessen
Bewegung die Wellenbewegung vergrößert wiedergibt (vgl. dort Anspruch I). Dabei
dient die Kolbenstange des Kraftkolbens als Rückführgestänge für den Kraftschalter,
indem eine Rückführhülse des Kraftschalters gegen eine geneigte Fläche der Kolbenstange
anliegt (vgl. dort Anspruch 5). Diese Fläche ist in zwei Bereiche von einander entgegengesetzter
Neigung unterteilt (vgl. dort Ansprüche 7 und 8), deren einer der eigentlichen Rückführung
und damit Schließung des Kraftschalters dient, deren anderer aber den Kraftschalter
öffnet und damit
den Kraftkolben in seine obere Endlage steuert
und dadurch die Axialbelastung ausschaltet. Die beiden Neigungsflächen werden durch
zwei hintereinanderliegende Kegel der Kolbenstange gebildet (vgl. dort Anspruch
g). Das Ausschalten der Axialbelastung kann nach dem Hauptpatent hydraulisch geschehen
mittels eines Auslösesteuerkolbens, der einen Auslösekraftkolben steuert (vgl. dort
Anspruch 4 und Beschreibung S.4, Z. 65 bis 85).
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Die vorliegende Zusatzerfindung besteht nun darin, daß die Kolbenstange
drei hintereinanderliegende Kegel. aufweist, von denen der mittlere die Rückführung
der Hülse bewirkt, während die beiden anderen Kegel durch ihre den Rückführkegel
entgegengesetzte Neigung den Kraftkolben in seine untere bzw. obere Endlage steuern
(wenn nämlich die zulässige Axialbewegung der Turbinenwelle nach vorn oder hinten
überschritten wird), in welch beiden Endlagen der Schnellschluß der Turbine über
den Auslösesteuerkolben ausgelöst wird.
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In weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung kann der vom Kraftkolben
über die Kolbenstange zu betätigende Auslösesteuerkolben mit der Kolbenstange mit
solchem Spiel gekuppelt sein, daß er nur in den Wirkungsbereichen derjenigen Kegel,
die den Kraftkolben in seine untere oder obere Endlage steuern, betätigt wird, während
er im Bereich desjenigen Kegels, welcher der zulässigen Axialbewegung der Turbinenwelle
entspricht, durch Federfesselung in seiner Mittellage gehalten wird. Ferner kann
die Bauart des Auslösesteuerkolbens so sein, daß durch bloße Vertauschung der ihm
angeschlossenen Steueröldruckleitung und -rücklaufleitung dem Auslösekraftkolben
bei Öffnen des Auslösesteuerkolbens Drucköl wahlweise zugeführt oder abgeführt wird,
also die Auslösung wahlweise auf steigenden oder auf fallenden Öldruck erfolgt,
wobei die letzte Schaltung insbesondere bei Vorhandensein eines Öldruckautomaten
im Turbinenölkreislauf benutzt werden kann. Ferner kann im Fühlglied ein kardanisch
aufgehängtes Gleitstück vorgesehen sein, dem zwecks Schmierung bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten
ein Druckölstrahl zentral zugeführt wird.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel, und zwar in Fig. i schematisch
die Gesamtanordung mit dem Kraftkolben in der Mittelstellung, die der zulässigen
Wellenlage entspricht, Fig. 2 schematisch die Gesamtanordnung mit dem Kraftkolben
in der oberen Endlage, die einer unzulässigen Wellenlage entspricht, Fig. 3 die
drei Projektionen des Fühlgliedes mit dem kardanisch aufgehängten Gleitstück. Bezugszeichen
der Zeichnung, die in der Beschreibung nicht erläutert sind, gleichen denen der
Zeichnung des Hauptpatents und sind in der Beschreibung des Hauptpatents nachzusehen.
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Die mit dem Kraftkolben g starr verbundene Kolbenstange 13 besitzt
an ihrem unteren Ende drei hintereinanderliegende Kegel 42, 43 und 44, auf denen
der Anlagestift 12 der Rückführhülse 6 j gleitet, sobald sich der Kraftkolben g
zwischen seinen Endstellungen bewegt. Innerhalb des Meßbereiches der Vorrichtung,
d. h. wenn die Turbinenwelle sich innerhalb ihres zulässigen Verschiebungsbereiches
befindet, berührt der Anlagestift 1a den Kegel 43. Die Steigung dieses Kegels 43
ist so ausgelegt, daß die Rückführhülse 6 den Bewegungen des Steuerkolbens 5 folgt,
womit jeder Bewegung am Fühlhebel 45 eine verhältnisgleiche Bewegung des Kolbens
g zugeordnet wird.
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Innerhalb dieses Bereiches führt der Auslösesteuerkolben 48 keine
Bewegung aus. Er wird durch eine zwischen zwei losen Scheiben 48 und 49 liegende
Feder 47 und zwei fest auf der Kolbenstange sitzenden Ringe 5o und 51 in der gezeichneten
Mittellage gefesselt. Das durch die Leitung 3o eintretende Druckmittel wird in dieser
Stellung des Auslösesteuerkölbens 46 abgesperrt. Der im Zylinder 34 arbeitende Kolben
34a wird so lange durch die Feder 35 in seiner unteren Endlage gehalten, wie die
Leitung 33, welche den Zylinder 34 mit dem Auslösesteuerkolben 46 verbindet, mit
der Rücklaufleitung 63 in Verbindung steht.
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An den Übergangsstellen zwischen dem Konus 43 und 42 bzw. zwischen
43 und 44 wird der Gleichsinn der Bewegungen des Steuerkolbens 5 und der Rückführhülse
6 unterbrochen. An diesen beiden Stellen endet auch der Meßbereich der Vorrichtung,
d. h. hier ist in beiden axialen Richtungen des Fühlgliedes 45 das zulässige Maß
der Axialbewegung erreicht. Bei weiterer Bewegung soll der Kolben 34a, welcher die
Schnellschlußvorrichtung an der Turbine betätigt, über die Leitung 33 Druckflüssigkeit
erhalten. Dies geschieht wie folgt: Beim Überschreiten der Knickpunkte 43-42 oder
43-44 bewegt sich die Rückführhülse 6 in der der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens
5 entgegengesetzten Richtung, so daß die Steuerschlitze zu den Leitungen ig und
2o voll geöffnet werden. Hierdurch läuft der Kraftkolben g mit großer Geschwindigkeit
in seine untere oder obere Endlage, je nachdem ob sich der Anlagestift 12 am Übergang
43-42 oder 43-4q. befindet, und nimmt hierbei den Auslösesteuerkolben 46 nach unten
oder oben mit. Bei dessen Abwärtsbewegung bleibt die Scheibe 49 am Gehäuse, während
die Scheibe 48, die durch die Wirkung des Ringes 5o die Abwärtsbewegung mitmacht,
die Feder 47 zusammendrückt. Bei der Aufwärtsbewegung des Auslösesteuerkolbens 46
bleibt sinngemäß die Scheibe 48 am Gehäuse, während die Scheibe 49 durch den festen
Ring 51 die Feder 47 zusammendrückt.
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Die Kupplung zwischen der Kraftkolbenstange i i und dem Auslösesteuerkolben
46 ist so ausgebildet, daß sich der Kraftkolben g mit seinen Stangen 13 und i i
innerhalb des Meßbereiches (Konus 43) frei bewegen kann, ohne den Auslösesteuerkolben
46 mitzunehmen, Erst beim Übergang in das Konusstück 42 bzw. 44 wird der Auslösesteuerkolben
46 nach unten hzw. oben mitgenommen.
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Fig. 2 zeigt die Stellung des Kraftkolbens g in seiner oberen Endstellung;
in welcher also auch
der Auslösesteuerkolben 46 nach oben -äusgelenkt
ist. In dieser Stellung ist die Verbindung der Druckzuflußleitung 30 mit
der Leitung 33 und dem Zylinder 34 hergestellt, so daß die Kraft des von unten mit
dem Flüssigkeitsdruck beaufschlagten Kolbens 34a die Kraft der Feder 35 überwiegt
und der Kolben 34a in seine obere Stellung gebracht wird. Das bedeutet, daß der
Schnellschluß ausgelöst wird und die Kreiselradmaschine zum Stillstand kommt. Der
gleiche Vorgang wiederholt sich, sobald sich der Kraftkolben 9 in seine untere Endstellung
bewegt und den Auslösesteuerkolben 46 nach unten mitnimmt.
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Bisher wurde die Schaltung und Wirkungsweise des Auslösesteuerkolbens
46 und des Auslösekraftkolbens 3411 beschrieben, wonach während des Meßbereiches
der unter dem Kolben 34a befindliche Zylinderraum drucklos ist und im Augenblick
der Schnellschlußauslösung Druckflüssigkeit erhält. Diese Schaltung ist üblich,
falls die Kreiselradmaschine eine mechanisch zu betätigende Schnellschlußauslösung
besitzt, welche mit der Stange des Kolbens 34a verbunden ist. Besitzt die Kreiselradmaschine
dagegen einen sogenannten Üldruckautomaten, der an den Ölkreislauf der Maschine
angeschlossen ist und bei fallendem Öldruck den Schnellschluß auslöst, so kann der
Auslösesteuerkolben 46 unter Fortfall der Teile 34, 34a und 35 direkt auf diesen
Öldruckautomaten wirken. Grundsätzlich ist ein derartiger Oldruckautomat genau so
wie 34, 34a, 35 aufgebaut, nur daß in diesem Falle während des normalen Betriebszustandes
(Meßbereich) die Leitung 33 Drucköl erhält und die Feder 35 zusammengedrückt wird.
Tritt eine Störung in der Druckmittelversorgung ein, die ein Sinken des Flüssigkeitsdruckes
nach sich zieht, so überwiegt die Kraft der Feder 35, Kolben 34a bewegt sich nach
unten, und der Schnellschluß der Kreiselradmaschine wird ausgelöst.
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Will man daher mit dem Auslösesteuerkolben 46 auf einen solchen Öldruckautomaten
wirken, erreicht man dies dadurch, daß man die Leitung 63 mit dem Zufluß des Druckmittels
und die Leitung 30 mit dem Rücklauf verbindet. Die Funktion des Üldruckautomaten
wird durch den Anschluß dieser Wellenverschiebungskontrollvorrichtung nicht beeinträchtigt,
da das Druckmittel während des normalen Betriebszustandes ungehindert von Leitung
63 in Leitung 33 und damit zum Oldruckautomaten gelangen kann. Tritt eine zu große
Axialbewegung ein, so wird in der eingangs beschriebenen Vorrichtung der Auslösesteuerkolben
46 nach oben bzw. unten ausgelenkt (s. Fig. 2) ; der Druckölzufluß zum Automaten
wird abgesperrt und die Leitung 33 mit der Rücklaufleitung 30 verbunden.
Die Feder 35 kann somit den Kolben 34a nach unten drücken und die Schnellschlußauslösung
bewirken.
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Das Fühlglied 45 besteht nach Fig. 3 aus einem kardanisch aufgehängten
Gleitstück 52, welches sich unter der Wirkung der Feder 7 (s. Fig. z) mit leichtem
Druck gegen die Welle der Kreiselradmaschine 53 anlegt. Es besteht aus glashartem,
geschliffenen und poliertem Einsatzstahl: Erfolgt der Abgriff der Axiallage an einer
umlaufenden Fläche, etwa am Kupplungsflansch oder direkt am Drucklager, so würde
das Schmiermittel infolge der hohen Umfangsgeschwindigkeit gar nicht die Berührungsfläche
zwischen dem Gleitstück 52 und der Welle 53 erreichen. Aus diesem Grunde trägt das
Gehäuse 54, welches im Hebel 55 sitzt, eine Bohrung 56, die über das Rohr 57 (s.
Fig. r) und die Leitung 58 mit dem Druckmittelzufluß 18 in Verbindung steht. Das
Gleitstück 52 weist ebenfalls eine Bohrung 59 auf, welche sich nach hinten zu einem
Einlauf 6o erweitert. Der kräftige, aus der Bohrung 56 austretende Druckölstrahl
setzt sich zum größten Teil innerhalb der Bohrung 59 fort, so daß die Gleitflächen
für den Abgriff der Axialbewegung ausreichend geschmiert werden. Die nicht aus der
Bohrung 59 tretende Schmiermittelmenge tritt ebenfalls noch unter erheblichem Druck
als Flüssigkeitszylinder aus den Zwischenräumen 61 und 62 aus.