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Gerät zur Uberwachung des Umlaufs von rotierenden Körpern niedriger
Drehzahl
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Uberwachung des Umlaufs von rotilerenden
Körpern niedriger Drehzahl, insbesondere des Umlaufs von Rotoren von Ljungström-Luftvorwärmern.
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Beim Betrieb solcher Vorwärmer ist es zur Gewährleistung der einwandfreien
Arbeitsweise von Nutzen, die Drehzahl laufend zu überwachen, so daß Betriebsstörungen,
die sich in einem Absinken der Drehzahl auswirken oder gar zum völligen Stillstand
führen können, sich unverzüglich be merkbar machen.
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Für die Überwachung von Drehbewegungen mit höheren Drehzahlen gibt
es verschiedene brauchbare Möglichkeiten. So kann man beispielsweise ein Tachometer
verwenden oder einen elektischen Stromgeber. Beide Einrichtungen effordern jedoch
Drehzahlen in der Größenordnung von 500 Umläufen pro Minute oder mehr. Da sich Rotoren
von Regenerativ-Luftvorwärmern mit rotierender Speichermasse aber nur mit Drehzahlen
bewegen, die in der Größenordnung von zwei bis drei Umläufen pro Minute liegen,
kann man diese bekannten Geräte nicht unmittelbar verwenden, sondern man müßte die
langsame Drehzahl mittels eines Getriebes in dem erforderlichen Maße heraufsetzen.
Solche Getriebe stellen aber eine Quelle ständiger Störungen dar.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch den Drehkörper eine
Nockenwelle anzutreiben, deren Nocken elektrische Kontakte betätigen.
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Mit Hilfe solcher Kontakte kann man eine Stromquelle in der Weise
schalten, daß bei normalem Betrieb eine Signallampe aufleuthtet, die bei zu geringer
Drehzahl bzw. Stillstand erlischt bzw.
auch umgekehrt. Eine - solche
nockengesteuerte Kontakteinrichtung weist aber den Nachteil auf, daß ständig mit
jeder Drehung Schaltungen ausgeführt werden, die zu einem schnellen Verschleiß führen
und dadurch die Zuverlässigkeit der An zeige in Frage stellen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist für Schiffsmaschinen bereits
ein Überwachungsgerät vorgeschlagen worden, bei dem eine mit dem rotierenden Körper
gekuppelte Vorrichtung aus einem Flüssigkeitsbehälter eine der Drehzahl proportionale
Flüssigkeitsmenge in ein mit Ablauföffnung versehenes Aufnahmegefäß fördert, dessen
aus Zuförderung und Ablauf resultierender, ein Maß für die Drehzahl gebender Füllungsgrad
angezeigt wird.
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Während aber bei diesem vorbekannten Gerät zur Anzeige des Fütlungsgrades
ein Schwimmer benutzt wird, der den Schwankungen des Flüssigkeitss.piegels folgt
und seinenseits eine an. +hn angekuppelte Anzeilgevorrichtung betätigt, ist das
Überwachungsgerät gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegefäß
auf und .nieder bewegbar gehaltert ist und so unter der Wirkung einer es anhebenden
Kraft steht, daß sein Füllungsgrad: seine ablesbare jeweiligeHöhenlage bestimmt.
Diese Arbeitsweise bringt verschiedene, gerade für Ljungström-Luftvorwärmer sehr
wesentliche Vorteile mit sich. Zunächst einmal. ist der Schwimmer erspart. Jede
Vereinfachung unter Fortlassung entbehrlicher Elemente ist an sich schon grundsätzlich
von Vorteil für die Betr'iebssicherheit, insofern, als die Stö$anfälligikeit verringert
wird. Ein zweiter wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Anzeigevorrichtung innerhalb
eines Drehzahl-Toleranzbereichs, der nach den praktischen Erfordernissen wahlweise
einstellbar ist, überhaupt keine Bewegungen auszuführen braucht. Ein Schwimmer folgt
notwendigerweise allen kleinen. Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels, d. h. allen
geringfügigen Abweichungen der Drehzahl auch insoweit, als diese unbeachtlich sind.
Demgegenüber kann die Toleranz des Uberwachungsgerätes gemäß der Erfindung so eingestellt
werden, daß das Aufnahmegefäß innerhalb des Bereichs der zugelassenen Drehzahlschwankungen
seine Höhenlage nicht ändert, d. h. seine Grenzlage für Normalbetrieb konstant beibehält.
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Da nun ab'er unzulässige Abweichungen von der normalen Drehzahl nur
bei Störungen auftreten, infolgedessen äußerst selten sind, verharrt die Anzeigevorrichtung
des Uberwachungsgeräts getnäß der Erfindung fast ständig in Ruhe, so daß der Verschleiß
äußerst gering ist.
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Gemäß weiterer Erfindung wird die Vorritchtung zur Förderung der
Flüssigkeit als Schöpfrad ausgebildet, das innerhalb eines vollkommen dichten Gehäuses
angeordtiet ist. Der Antrieb dieses Schöpfrades. durch den Drehkörper kann beispielsweise
mittels einer biegsamen Welle erfolgen. Ein solches Schöpfrad hat gegenüber ender
bei dem vorbekannten Überwachungsgerät benutzten Flüssiglmeits-Förderschlnecke den
Vorteil einer absoluten Eichbarkeit, denn bei einer Schnecke lassen sich unkontrollierbare
Undichtigkeiten, die ein Zurückströmen der Meßfiüssigkeit mit sich bringen, nie
ganz vermeiden. Auch bietet ein Schöpfrad den großen Vorteil, daß seine zum Zweck
des Antriebs nach außen durchgeführte Drehachse oberhatlb ,des Flüssigkeitsspiegel
liegt, so daß auch an diesem einzigen Durchtritt durch das im übrigen völlig dicht
abgeschlossene Gehäuse keine Flüssiglmeitsverluste eintreten und dadurch die Zuverlässigkeit
der Anzeige gefährden können.
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Wird das Aufnahmegefäß, wie es gemäß weiterer Erfindung geschieht,
am Ende eines auf und nieder schwenkbar gelagerten Hebels angebracht, so ergibt
sich eine besonders einfache Kontaktsteuerung. Man kann dann nämlich einen Quecksilber-Kippkontakt
einfach unmittelbar auf diesem Hebel befestigen, so daß eine besondere Steuervorrichtung
entfällt.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel in vereinfachter Form dargestellt.
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Fig. I zeigt dieses Ausführungbeispiel von der Seite betrachtet im
Schnitt und Fig. 2 in einem senkrechten, durch die Drehachse terlaufenden Schnitt,
d. h. gegenüber Fig. I um go° gedreht; Fig. 3 stellt einen elektrischen Stromkreis
dar, wie er beispielsweise für eine Fernanzeige in Frage kommt, und zwar unter Verwendung
eines Quecksilber schalters.
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Das erwähnte Schöpfrad I mit seinen Kammern 2 ist einseitig mittels
eines Achsstummels 3 gelagert.
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D!er Antrieb erfolgt von dieser Seite aus mittels einer biegsamen
Welle 4. Dieses Schöpfrad dreht sich, betrachtet in der Darstellung der Fig. I,
im Uhrzeigersinn, wie es durch einen Pfeil angedeutet ist, so daß die Kammern 2
sich beim Durchlaufen durch das in einem Flüssigkeitsbehälter 5, nämlich dem unteren
Teil des Gehäuses, befindliche Flüssigkeitsbad füllen, um ihre Füllung jeweils beim
Durchlauf durch die obere Lage immer wieder auszugießen.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist die rechte Seiteufläche des Schöpfrades infolge
der einseitigen Lagerung offen und zugänglich. Von dieser Seite her ragt ein Aufnahmegefäß
6 hinein, das etwa am Ende eines auf und nieder schwenkbaren Hebens 7 angebracht
ist. Dieses Aufnahmegefäß weist im tiefsten Punkt seines Bodens eine Ablauföffnung
8 auf. Es ist fiersichtlich, daß der Inhalt der Kammern 2 sich bei deren oberem
Umlauf in dieses Aufnahmegefäß ergießt, so daß es dadurch abwärts gedrückt wird.
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Am Ende des Hebels 7 greift eine Zugfeder 9 an, die dieses Hebelende
und damit dasAufnahmegefäß nach oben zu ziehen sucht. Die beiden Grenzstellungen
des um seine Drehachslagerung 10 auf und nieder schwenkbaren Hebels 7 sind durch
einen oberen Anschlag 11 und einen unteren Anschlag I2 festgelegt.
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Ist das Aufnahmegefäß 6 leer, so nimmt es unter dem Zug der Feder
g die in Fig. I gestrichelt ge-
zeichnete Stellung ein. Ist es gefüllt,
so wird es durch das Gewicht dieser Füllung in die mit ausgezogenen Linien dargestellte
niedrigere Stellung gedrückt. Diese Stellung ist die Normalstellung.
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Die umlaufenden Kammern 2 gießen ja bei jedem neuen Durchgang geförderte
Flüssigkeit in das Aufnahmegefäß 6. Von der auf diese Weise eingefüllten Flüssigkeit
fließt fortlaufend ein Teil durch die Abfluß öffnung 8 in das Flüssigkeitsbad des
Behälters 5 zurück. Es sind nun die Abflußöffnung8, die die Menge der fortlaufend
abfließenden Flüssigkeit bestimmt, und die Kammern 2 SO bemessen, daß bei normaler
Drehzahl die zu fördernde Menge ausreicht, um trotz des Abflusses durch die Offnung
8 eine gewisse Flüssiglçeitsmenge, d. h. einen normalen Füllungsgrad, innerhalb
des Aufnahmegefäßes 6 ständig aufrechtzuerhalten. Das Aufnahmegefäß 6 nimmt daher
trotz der nach oben ziehenden Feder 9 im Normalbetrieb ständig die niedrigste Stellung
ein.
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Dabei ist ein Kontakt 13 geschlossen, und eine Glühlampe I4, die im
Stromkreis einer Stromquelle I5 liegt, zeigt durch ihr Brennen an, daß die Drehzahl
des Vorwärmer-Rotors normal ist.
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Bleibt der Rotor stehen, so ist der vorher eingefüllte Inhalt des
Aufnahmegefäßes 6 bald durch die Offnung 8 abgelaufen. Die Kraft der Zugfeder g
überwiegt dann und zieht das leere Gefäß 6 nach oben in diie gestrichelt gezeichnete
Lage, wodurch ein Kontakt 16 im Stromkreis einer Warnlampe I7 geschlossen wird,
so daß diese Lampe 17 die eingetretene Störung anzeigt.
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Zwischen diesen beiden Grenzfällen liegt der Fall einer zu niedrigen
Drehzahl. Bei einer solchen geringen Umlaufzahl füllen die Kammern 2 des Schöpfrades
I zwar bei jedem oberen Durchlauf ihren Inhalt in das Gefäß 6 ein. Bis zur Entleerung
der nächsten Kammer ist dann aber der zuvor eingefüllte Inhalt dles Gefäßes 6 weitgehend
durch die Öffnung 8 abgelaufen, so daß das Gefäß 6 in der Zwischenzeit nach oben
gewandert ist. Es wiederholt sich also dieses Spiel ständig, daß das Gefäß 6 durch
Aufnehmen einer Kammerfüllung herabgedrückt und lin der Zwischenzeit bis zum Einfüllen
der nächsten Kammerfüllung nach oben gezogen wird. Dieses Aufundniederschwingen
des Gefäßes 6 bewirkt ein abwechselndes Offnen und Schließen des Kontaktes 13 und
bei noch niedrigerer Drehzahl dann auch ein abwechselndes Schließen und Offnen des
Kontaktes I6, so daß die eingetretene Störung durch Flackern einer bzw. beider Lampen
angezeigt wird. Hierbei gibt die zeitliche Aufeinanderfolge der einzelnen Leuchtimpulse
gleichzeitig ein Maß für die Größe der Drehzahl.
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Die Beschreibung der Arbeitsweise läßt erkennen, daß das Gerät nach
der Erfindung keinen unerwünschten Beanspruchungen ausgesetzt ist.
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Bei normaler Drehzahl, die ja die Regel bildet, befindet sich das
ganze Gerät mit Ausnahme des langsam umlaufenden Schöpfrades I in Ruhe. Ein mechanischer
oder elektrischer Verschleiß findet daher nicht statt. Wird als Flüssigkeit 01 benutzt,
so kann dieses zugleich für die Schmierung der Lagerstellen benutzt werden. Die
wenigen Einzelfälle, in denen die Drehzahl von der normalen Größenordnung abweicht,
bedeuten praktisch keine Beanspruchung. Das Aufundniederpendeln erfolgt ja doch
nur bei Drehzahlminderung, während bei Stillstand des Rotors der Hebel. 7 die gestrichelte
Lage einnimmt, also auch wieder ruhend verharrt. Daher sind eine ausreichende Lebensdauer
und eine einwandfreie Betriebsbereitschaft gewährleistet. Mit Hilfe der Signaliampen,
die in verschíedenen Farben, etwa Rot und Grün, gehalten werden können, ist eine
eindeutige Anzeige, auch an entfernteren Beobachtungsstellen, beispielsweise auf
der Kesselhauswarte, leicht möglich.
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Der elektrische Stromkreis in Fig. 1 soll die Möglichkeiten der Fernanzeige
nur in grundsätzlicher Form veranschaulichen. Es sind natürlich verschiedene Abwandlungen
möglich. So kann beispielsweise durch Verwendung einer größeren Zahl von Kammern
2, die sich gegebenenfalls in Umfangsrichtung überlappen, ein kontinuierliches Fördern
der Relastungsflüssigkeit erreicht werden, so daß bei entsprechender Bemessung der
Abfluß öffnung bzw. Öffnungen 8 eine Verminderung der Drehzahl nicht ein Aufundniederpendeln
des Hebels 7, sondern das Einnehmen einer Zwischenstellung zur Folge haut. Bei einer
solchen Ausbildung kann man durch Anbringung weiterer Kontakte zwischen den beiden
Grenzkontakten I3 und IÓ auch in dem Zwischenbereich die tatsächliche Um-1aufzahl
anzeigen. In der Regel ifst dieses aber nicht erforderlich, denn für die Überwachung
von Luftvorwärmern genügt es, wenn überhaupt das Abweichen vom Normalzustand angezeigt
wird.
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Die Kontakte werden zweckmäßigerweise gemäß Fig. 3 als Quecksilberkontakte
ausgebildet.
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Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen dreipoligen Quecksilberschalter
I8 bekannter Art, der in diesem Fall im Bereich.der Drehachse IO des Schwenkhebels
7 angeordnet ist. Die Kontakte I3' und I6' entsprechen hinsichtQlich ihrer Arbeitsweise
den Kontakten 13 und I6 gemäß Fig. I.
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Beide Schaltungsanordnungen dienen somit nicht nur der Anzeige einer
eingetretenen Störung, sondern sie zeigen mittels der Lampe 14 auch bei Normalbetrieb
an, daß der elektrische Teil der Anlage intakt und überwachungsbereit ist. Dieses
ist in der Regel erwünscht. Wenn darauf verzichtet werden kann (weil beispielsweise
eine andere Überwachungsvorrichtung für- den elektrischen Stromkreis sowieso vorhanden
ist), kann der Kontakt 13 nebst Überwachungslampe 14 in Fortfall kommen, und es
genügt dann die Ausbildung des Quecksilberschalters als zweipoliger Schalter.