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Hydraulisch gesteuerte Wasserablaßvorrichtung Die Erfindung betrifft
eine hydraulisch gesteuerte Wasserablaßvorrichtung, die sich als Druckregler bei
an Rohrleitungen angeschlossenen Turbinen mit durch einen Drehzahlregler gesteuertem
Leitapparat verwenden läßt und die einen längs verschiebbaren Abschlußkegel aufweist,
dem der Wassereintrittsstutzen zur Ablaßvorrichtung gleichzeitig als Sitz dient,
nachdem dieser Kegel vom Kolben eines zugeordneten Stellmotors in die Schließlage
verstellt worden ist.
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Es sind hydraulisch gesteuerte Wasserablaßvorrichtungen dieser Art
bekannt, bei welchen der Drehzahlregler der Turbine bei einer Entlastung gleichzeitig
mit dem Schließen der den Wasserzufluß zur Turbine beherrschenden Organe das Gehäuse
eines Kataraktes bewegt, dessen Kolben mit dem Stehkolben des Abschlußkegels der
Ablaßvorrichtung starr verbunden ist. Der Stellkolben ist als ein einfach wirkender
Kolben ausgebildet, der in einem mit gleichbleibender Druckflüssigkeitsmenge gespeisten
Zylinder angeordnet ist. Unter der Wirkung des Druckes dieser Flüssigkeit wird der
Abschlußkegel nach Öffnung durch den Regler allmählich wieder geschlossen. Der Katarakt
verzögert diese Schließbewegung und ist ferner so gebaut, daß der Abschlußkegel
durch den Regler nur mitgenommen wird, wenn das Turbineneinlaßorgan geschlossen
wird.
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Ferner ist schon vorgeschlagen worden, den den Abschlußkegel der Ablaßvorrichtung
betätigenden Stellkolben mit dem Drehzahlregler bzw. mit dem Stellmotor des Abschlußorgans
der Turbine über eine hydraulische Kupplung in Wirkungsverbindung zu setzen, wobei
ein vom Stellmotor des Turbinenabschlußörgans
betätigter Verdrängerkolben
vorgesehen ist, der bei einer schnellen Schließbewegung des Abschlußorgans auf eine
Flüssigkeit und über diese auf ein unter dem Druck einer Feder stehendes Steuerventil
einwirkt, welches den Abfluß von Druckflüssigkeit ausd emdemAbs-dhlußkegelderAblaßvorrichtung
zugeordneten Stellmotor und dadurch die Öffnung der Ablaßvorrichtung bewirkt. Der
Stellmotor ist gleichachsig zum Verdrängerkolben angeordnet und wirkt als Folgekolben
zu diesem. Bei langsamer Schließbewegung des Turbinenablaßorgans kann durch eine
Bohrung im Verdrängerkolben allmählich Flüssigkeit von dem Raum zwischen Verdrängerkolben
und Steuerventil in einen inneren Hohlraum des Verdrängerkolbens übertreten, so
daß eine Betätigung des Abschlußkegels der Ablaßvorrichtung nicht erfolgt. Für die
langsame Schlußbewegung des Abschlußkegels ist die Bemessung des Steuerventils und
des Zuflusses der Druckflüssigkeit in den Stellmotor des Abschlußkegels maßgebend.
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Bei, diesen Wasserablaßvorrichtungen ist der Katarakt bzw. der Verdrängerkolben
unmittelbar mit der Betätigungseinrichtung des Abschlußkegels zusammengebaut. Der
Hub des Abschlußkegels ist dabei gleich dem Hub des Kataraktes bzw. des Verdrängerkolbens.
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Erfindungsgemäß wird nun bei einer hydraulisch gesteuerten Wasserablaßvorrichtung
der eingangs erwähnten Art, bei welcher vom Drehzahlregler ausgelöste Schließbewegungen
des Turbinenleitapparates die Verstellung des Verdrängerkolbens bewirken, der dabei
auf eine Flüssigkeit und über diese auf ein unter dem Druck einer Feder stehendes
Steuerventil einwirkt, welches den Zu- und Abfluß von Druckmittel .in bzw. aus dem
Zylinder des der Ablaßvorrichtung zugeordneten Stellmotors beherrscht, das Steuerventil-
getrennt von dem dem Abschlußkegel der Ablaßvorrichtung zugeordneten Stellmotor
angeordnet, wobei ein zwangläufig mit dem Abschlußkegel verbundener Hilfskolben
beim Bewegen des Stellkolbens in einem das Öffnen dieses Kegels bewirkenden Sinne
ein Abströmen von Flüssigkeit aus dem vom Verdrängerkolben und dem Steuerventil
begrenzten Raum in einen den Hilfskolben aufnehmenden Zylinder und zusammenhängend
damit eine Rückstellung des .Steuerventils unter der Wirkung der Feder herbeiführt.
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Durch diese Maßnahme wird gegenüber den bekannten Vorrichtungen der
Vorteil erreicht, daß sich durch geeignete Wahl der Größe des Hilfskolbens ein beliebiges
Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hub des Verdrängerkolbens und Jenem des Abschlußkegels
erreichen läßt. Verdrängerkolben und Steuerventil können als rein der Steuerung
des Druckflüssigkeitszuflusses zum Stellmotor des Abschlußkegels dienende Organe
mit dem Regler der Turbine als kompakte Einheit zusammengebaut werden, welche unabhängig
von der Größe und vom Hub des Abschlußkegels in gleichet= Ausführung verwendet werden
kann. Gestängeverbindungen zur Betätigungseinrichtung des Abschlußkegels sind nicht
erforderlich. Es führen nur hydraulische Ver-.bindungsleitungen zum Stellmotorzylinder
und zum Zylinder des Hilfskolbens.
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Durch die getrennte Anordnung des Steuerventils vom Stellmotor des
Abschlußkegels kann sich dieses bei Verschieben des Verdrängerkolbens frei bewegen,
auch wenn der Stellkolben, etwa infolge Festsitzens des Abschlußkegels, nicht nachfolgen
sollte: Es werden somit Überbeanspruchungen des Gestänges zwischen der Regeleinrichtung
des Turbinenleitapparates und dem Verdrängerkolben, das normalerweise nur geringe
Kräfte aufzunehmen hat und somit bei Bewegungsverhinderung zum Bruch geführt werden
könnte, vermieden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Wasserablaßvorrichtung
wird somit auch eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht.
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In der Zeichnung-ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht.
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In -der Figur bezeichnet A den Drehzahlregler einer Rohrleitungsturbine,
von der nur einige Einzelheiten gezeichnet sind. Der Drehzahlregler A, von dem die
meisten Teile in einem Gehäuse r untergebracht sind, weist ein Fliehkraftpendel
26 auf, das auf das nicht gezeichnete Steuerventil einer Vorrichtung 25 einwirkt.
An letztere sind die Druckleitung 33 einer Öl aus einer Kammer il des Gehäuses r
ansaugenden Pumpe 27, ferner eine Steuerleitung 31 und eine Abflußleitung 32 angeschlossen.
Das Steuerventil 25gibt bei zunehmender Drehzahl den Abfluß aus der Steuerleitung
3 r in die Abflußleitung 32 und bei abnehmender Drehzahl den Zufluß aus der Druckleitung
33 in die Steuerleitung 31 frei. Ein verstellbarer, hohler Regulierkolben 28; der
einen Teil eines feststehenden, zum hohlen Regulierkolben 28 offenen Zylinders
281 umgibt, wird durch eine Feder 3o abwärts gedrückt. Durch die Steuerleitung
31 kann Drucköl durch ein Blendendrosseiventil 13, 14, 16 in den Hohlraum 282 des
Kolbens 28 gelangen, wobei der Öldruck diesen Kolben entgegen der Wirkung der Feder
3o nach aufwärts zu verstellen trachtet. Der Kolben 28 wirkt über eine Stange 291
auf einen Hebel 29 ein, der fest auf der Regulierwelle 2 der Wasserturbine sitzt.
Auf dieser Welle 2 sitzt ferner fest ein Hebel 3, an den über eine St'a'nge 31 ein
Verdiränge.rkolhen 4 angelenkt ist. Dieser wirkt auf eine einen Raum- 7 eines Zylinders
71 ausfüllende Flüssigkeit ein. Der Raum 7 wird unten vom obersten Kolben 5 eines
zwei weitere Kolben 8, 9 aufweisenden Steuerventils begrenzt. Der unterste Kolben
9 dieses Ventils begrenzt- nach oben einen Raum 6. Ein Schwenken des Hebels 3 im
U'hrveiigerdrehs,inn entspricht der Schließbewegung des Leitapparates der Turbine.
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4o bezeichnet die Wasserablaßvorrichtung, die einen längs verschiebbaren
Abschlußkegel aß aufweist, dem der Eintrittsstutzen 181 zur Wasserablaßvorrichtung
gleichzeitig als Sitz dient, wenn dieser Kegel 1ß vom Stellkolben 2z eines ein Gehäuse
23 aufweisenden Stellmotors in die Schließlage verstellt worden ist. Starr mit dem
Stellkolben 21 und damit auch mit dem Abschlußkegel 18 ist ein Hilfskolben 2ö verbunden,
der zusammen mit einem
Zylinder z2 einen Raum 24 begrenzt. Dieser
steht durch eine Leitung 241 mit dem Raum 7 in Verbindung, und ein Raum ig des Stellmotorzylinders
23 steht durch eine Leitung 242 mit einem Raum zwischen den zwei Steuerkolben 8,
9 in Verbindung. Der Kolben 9 beherrscht die Verbindung zwischen der Leitung 242
und einer in die Kammer il mündenden Leitung 24s, während der Kolben 8 die Verbindung
zwischen einer von der Druckleitung 33 der Pumpe 27 abzweigenden Leitung 244 und
der Leitung 242 beherrscht. 38 bezeichnet eine in die Leitung 244 eingebaute Blende.
Das Blendendrosselventil 13, 14, 16 steht durch eine Leitung 37 mit dem Raum 6 unterhalb
des Kolbens 9 in Verbindung. Eine von der Leitung 37 ausgehende, mit einer kleinen
Blende 36 versehene Zweigleitung mündet in den Ölraum der Kammer il, so daß ständig
eine Ölfüllung der Leitung 37 und der anschließenden Räume gewährleistet ist.
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iol bezeichnet eine Leitung, welche die Kammer il mit dem Raum 7 verbindet,
wenn sich ein in diese Leitung iol eingebautes Rückschlagventil io in der offenen
Lage befindet. Damit langsame Regulierbewegungen auf die Wasserablaßvorrichtung
4o nicht einwirken können, ist in eine das Rückschlagventil io umgehende Leitung
io2 eine Blende 34 eingebaut, durch die etwas von dem im Raum 7 eingeschlossenen
Öl entweichen oder auch etwas Öl in diesen Raum einströmen kann.
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Die beschriebenen Teile wirken folgendermaßen zusammen: Angenommen,
der Drehzahlregler A leite z. B. infolge einer erfolgten Entlastung der Rohrleitungsturbine
eine schnelle Schließbewegung des Leitapparates dieser Turbine ein. Die Folge davon
ist, daß das Steuerventil der Vorrichtung 25 Drucköl aus dem Raum 282 durch die
Leitung 31 in die Abflußleitung 32 überströmen läßt, so daß die Feder 3o den Kolben
28 nun abwärts bewegen kann und die Regulierwelle 2 infolgedessen in schließendem
Sinne bewegt und der Verdrängerkolben 4 in die im Raum 7 enthaltene Flüssigkeit
gestoßen wird. Dabei wird auch das der Ablaßvorrichtung 40 zugeordnete Steuerventil
5, 8, 9 abwärts gedrängt, so daß der Kolben g das Abfließen von Flüssigkeit aus
dem Raum ig des Gehäuses 23 durch die Leitungen 242 und 24@ in die Kammer il freigibt.
Der auf den Abschlußkegel i8 lastende Wasserdruck ist nun imstande, diesen in öffnendem
Sinne zu verstellen, so daß durch die Ablaßvorrichtung 4o ungefähr die Wassermenge
ausströmen wird, die der durch den Drehzahlregler A verstellte Leitapparat am Einströmen
in die Turbine verhindert. Diese Relation wird durch den Umstand hergestellt, daß
sich beim Bewegen des Abschlußkegels 18 in öffnendem Sinne der Hilfskolben 2o nach
rechts verschiebt und dabei ein Abströmen von Flüssigkeit aus dem Raum 7 durch die
Leitung 241 in den Raum 24 des Zylinders 22 herbeiführt. Wegen dieses Entzuges von
Flüssigkeit aus dem Raum 7 ist eine Feder 72 imstande, das Steuerventil 5, 8, g
zu heben, wobei von einem gewissen Punkt an der Kolben 9 das Abfließen von Flüssigkeit
aus dem Raum ig unterbindet. Sobald letzteres eingetreten ist, läßt der Kolben 8
Drucköl durch die Leitungen 244 und 242 in den Raum i9 des Gehäuses 23 überströmen.
Der Abschlußkegel 18 wird dann langsam wieder in seine Schließlage zurückgebracht,
da die vom Verdrängerkolben verdrängte Flüssigkeitsmenge durch die Blende 34 der
Leitung 1o2 allmählich wieder abfließen kann. Auf diese Weise besteht Gewähr dafür,
daß kein Wasser unnütz durch die Ablaßvorrichtung 4o abfließt.
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Erfährt die Turbine dagegen eine Belastungszunahme, so verharrt der
Abschlußkegel 18 in seiner Schließlage. Der Verdrängerkolben 4. wird jetzt angehoben,
wobei aber das Steuerventil 5, 8, 9 keine weitere Verschiebung nach oben erfährt,
so daß auch der Hilfskolhen 2ö in seiner Lage verharrt. Der Raum 7 wird beim Anheben
des Kolbens 4 aus der Kammer il durch die Leitung iol mit Öl nachgefüllt, da sich
bei diesem Anheben das Rückschlagventil io öffnet.
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Der Raum 7 ist außerdem ständig über die mit der Blende 34 versehene
Leitung 102 mit der als Vorratsraum für die Regelflüssigkeit des Turbinenreglers
dienenden Kammer il verbunden. Sie ist dabei unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
dieser Kammer angeordnet. Eine Flüssigkeitsfüllung des Raumes 7 ist somit gewährleistet,
solange ein Flüssigkeitsvorrat in der Kammer il vorhanden ist, d. h. der Turbinenregler
selbst-auch betriebsfähig ist. Dies wirkt im besonderen im Sinne einer Erhöhung
der Betriebssicherheit.
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Sollte sich der Abschlußkegel 18 bei einer raschen Schließbewegung
des Leitapparates wider Erwarten nicht öffnen, so bewirkt im Sinne einer weiteren
Erhöhung der Betriebssicherheit das Blendendrosselventil 13, 14, 16 eine Verminderung
der Verstellgeschwindigkeit des Regulierkolbens 28, indem jetzt vom Kolben 9 aus
dem Raum 6 verdrängte Flüssigkeit durch die Leitung 37 nach dem Raum oberhalb des
Kolbens 14 des Drosselventils gelangt, so daß der Stift 13 dieses Ventils in die
Blendenöffnung 16 geschoben wird. Infolgedessen wird der öldurchgang durch die Leitung
31 teilweise versperrt, so daß, obgleich sich das Steuerventil der Vorrichtung 25
in der offenen Stellung befindet, das Ö1 aus dem Raum 282 nur langsam entweichen
kann und daher der Drehzahlregler A den Leitapparat nur langsam zu schließen vermag.
Eine große Abwärtsbewegung des Steuerventils 5, 8, 9, welche imstande ist, das Blendendrosselventil
13, 14, 16 in obigem Sinne zu beeinflussen, tritt aber nur ein, wenn sich der Abschlußkegel
18 nicht öffnet, d. h. der Kolben 2o kein Abziehen von Flüssigkeit aus dem Raum
7 herbeiführt.
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Aus obigem geht hervor, daß die angestrebte, große Betriebssicherheit
bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Bauart weitgehend erreicht ist. Die ganze
Steuereinrichtung für die Betätigung des Abschlußkegels der Wasserablaßvorrichtung
besteht in organisch mit dem Turbinenregler zusammengehörigen Steuergliedern, welche
nur geringen Kräften ausgesetzt sind und auch bei Betriebsstörungen keine Überbeanspruchungen
erleiden können, da auch die Rückwirkung auf den Schließvorgang des Turbinenleitapparates
bei Ausbleiben
der Öffnung des Abschlußkegels der Wasserablaßvorrichtung
nur über die Vorsteuerung erfolgt.