SE458293B - Regleranordning foer konstanthaallning av varvtalet vid turbiner - Google Patents

Description

458 293 2 Denna anordning har visat sig fungera utmärkt i praktiken men ger i vissa fall upphov till problem, som uppfinningen har till ändamål att lösa.

Ett av dessa problem är att turbinbladen vid snedanblàsning har tendens att vrida sig sinsemellan olika med alltför stora vinkelutslag, vilket kan ge wobblingseffekter med förhöjd belastning på turbinen som följd, och ett annat problem är att man icke kan flöjla turbinbladen genom någon avsiktlig åtgärd för att stoppa turbinen vid t ex en kritisk situation, och ett tredje problem är att förspänningen pà respek- tive torsionsfjäder är svår att efterjustera, när väl turbinen tagits i drift. Ett fjärde problem är svårigheten att uppfylla önskemålet att kunna förändra fjäderns torsionsmoment inom vissa vinkelomràden för uppnående av distinktare varvtals- resp avställnings- funktioner.

Slutligen har uppfinningen till ändamål att utan nämnvärd kostnadsökning uppfylla önskemålet att minska böjmomentet på bladaxlarna samt att förbättra geometrin och utrymmet för synkroniseríngsanordningar mellan bladen vid navcentrum.

Dessa ändamål har nu uppnåtts genom att regler- anordningen enligt uppfinningen har erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen och i föredragna utföringsformer de i patentkraven 2 - 13 angivna för- bättringarna.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig l är en schematisk vy av ett parti av en turbin sedd från turbinaxelns riktning, varvid vissa partier visas uppskurna för åskâdliggörande av en mellan tur- bínbladen via turbinnavet verkande regler- och synkro- niseringsanordning enligt uppfinningen, fig 2 är en längdsektionsvy tagen längs linjen A-A i fig 1, fig 3 är en tvärsektionsvy tagen längs linjen B-B i fig 2, fig 4 och 5 motsvarar fig 2 och 3 men visar regleranord- 458 293 3 ningen delvis utvinklad och turbinbladet motsvarande flöjlat, fig 6 är en perspektivbild av ett alternativt utförande vid vilket synkroniseringsorganet i huvudsak är vridbart och aktivt påverkbart via stötstàng och wire, fig 7 slutligen visar en modifikation, vid vilken den på turbinbladen verkande torsionsbelastningen åstadkommes medelst en för bladen gemensam fjäden, som verkar direkt på påverkningsorganet för anordningen för samordning av bladens vinkelutslag.

Den i fig l endast partiellt visade turbinen användes som vindturbin för drivning av en belastning, exempelvis en elektrisk generator, via en drivaxel l.

Turbinbladen, av vilka endast det inre partiet av ett blad 2 visas, är vridbart förbundna med turbinnavet 3 medelst var sin regleranordning, som innefattar en torsionsfjäder 8, vilken är koaxiellt anbragt i en rörformig del 7, som vid sin radiellt yttre ände är förbunden med respektive turbinblad 2 och sträcker sig axiellt genom en sásom hus för denna del 7 anordnad ihålig bladrot 5, som är vridbart lagrad pá bladaxeln 2' via ett eller flera lager 6. Bladroten 5 kan vid sin radiellt inre ände vara fast eller, såsom t ex enligt ett i ett efterföljande avsnitt av beskrivningen beskrivet exempel, svängbart förbunden med navet 3.

Huset (bladroten) 5 och den rörformiga delen 7 är axiellt sammanhàllna medelst den i huset 5 anbrag- ta torsionsfjädern 8, vilken i det visade utförandet har formen av en bladfjäder. Fjädern 8 är vid sin radiellt yttre ände fast förbunden med bladaxeln 7' medelst ett fjäderfäste 12. Röret 7, vilket sålunda bildar del av bladaxeln, upptager i sitt radiellt inre ändparti ett fjäderfäste 11, som har ett från navsidan lätt åtkomligt huvud ll', vilket medger in- ställning av fjäderns 8 förspänning medelst ett verktyg och är làsbar medelst en làsmutter 24 eller dylik anord- ning mot änden av ett utsprång 5" från husets 5 radiellt belägna inre ände. Så långt regleranordningen hittills 458 295 4 har beskrivits överensstämmer den med regleranordningen i de svenska utläggningsskrifterna 7505407-2 och 8200140-5, och som vid den kända regleranordningen bildar fjädern 8 ett vridkraftöverförande organ mellan bladet 2 och navet 3, varvid fjäderns 8 förspänning bestämmer grundinställningen av turbinaxelvarvtalet.

Turbinbladet har som framgår av utläggningsskriften 750540-2 sådan bladprofil att denna kring sitt aero- ' dynamiska centrum initierar ett nosdoppande moment, pitchmoment, i huvudsak oberoende av den på bladet verkande lyftkraften vid anliggande strömning. Bladet är så anordnat i förhållande till de båda delarnas och 7 gemensamma längdaxel, att vindkraften, som verkar på bladet mot verkan av torsionsfjädern 8, ger upphov till ett omkring bladets vridningsaxel 2' (fig 1) verkande moment. Detta moment strävar att vrida bladet omkring nyssnämnda axel, vilken samman- faller med delarnas 5 och 7 gemensamma längdaxel.

Vid utförandet i fig 1 i ovannämnda utläggnings- skrifter finnes ingen vridrörelseförbindelse mellan turbinbladens axlar 2'. Vid det i fig 1, 2, 4 och 6 visade utförandet enligt föreliggande uppfinning hàlles däremot bladens 2 inbördes vinkelläge kring de geometriska bladaxlarna 2' synkront lika medelst ett vevarms- och länksystem 9, 10, 14, vilket omfattar en på den radiellt inre änden av varje bladaxel 2' fäst vevarm 9, en länkarm 10 och ett gemensamt synkro- niseringsorgan 14. Respektive länkarm 10 är vid sin ena ände ledbart förbunden med motsvarande vevarm 9 och är vid sin andra ände ledbart förbunden med synkorniseringsorganet l4. Synkroniseringsorganet 14 är så anordnat, att det samordnar bladens vrid- ningsrörelser omkring deras längdaxlar eller geometriska vridningsaxlar 2'. För detta ändamål har enligt en fördelaktig utföringsform synkroniseringsorganet formen av symmetrisk från ett gemensamt centrum utskjutande armar 14, vilka är stelt förbundna med varandra vid 458 293 sina radiellt inre ändar, t ex genom att de är utforma- de i ett sammanhängande stycke. I området för detta centrum är synkroniseringsarmarna 14 rörligt uppburna i förhållande till en gemensam geometrisk axel 4', som sträcker sig vinkelrätt i förhållande till armarnas 14 längdaxlar. I de visade utföringsexemplen bildas denna geometriska axel av längdaxeln hos en stång 4, som sträcker sig koaxiellt genom den ihåliga driv- axeln 1 och på vars ena, yttre ändparti synkronise- ringsorganet 14 uppbäres. För synkronisering av vrid- ningsrörelserna för tvâ blad 2 kan synkroniseringsorga- net 14 ha formen av ett tvàarmat ok. Beroende på anord- ningen av vevarms- och länkarmssystemet kan synkroni- seringsorganet anordnas vridbart och/eller förskjutbart i förhållande till, dvs omkring resp längs med, den geometriska axeln 4'. Vid utförandet enligt fig 1 - 5 är synkroniseringsorganet 14 förskjutbart tillsammans med stången 4, vilken i detta fall är förskjutbart och eventuellt vridbart lagrad i drivaxeln 1, och vid utförandet enligt fig 6 är synkroniseringsorganet 14 kringvridbart lagrat på drivaxeln 1, varvid stången 4 endast behöver vara förskjutbart lagrad i drivaxeln 1.

I grundinställningsläget för bladen 2 stöder syn- kroniseringsorganet 14, eller eventuellt stången 4, mot ett anslag. I fig 2 och 4 visas detta anslag i form av en med stången 4 och/eller synkroniserings- organet 14 förbunden elastisk stötdämpande ring 15, som är anordnad att samverka med ett med drivaxeln l förbundet anslag 13. Synkroniseringsorganets 14 anligg- ning mot eller dess avstånd från nyssnämnda anslags- dämpande ring 15 beror på förspänd fjäderkraft och kraft initierad av det pá turbinbladen 2 verkande aerodynamiska momentet. Därmed har enligt uppfinningen antalet anslag kunnat reduceras till ett enda, centralt beläget och från navcentrum lätt åtkomligt anslag.

I det rörelseöverförande systemet 9, 10, 14 kan t ex länkarmen 10 eller någon del, som förmedlar vrid- 458 293 6 ningsrörelser från ett turbinblad till ett annat blad, vara utförd som ett elastiskt eller på annat sätt dämpande organ för att medge viss individuell vridrörel- se mellan turbinbladen.

Vid ökande vind fr o m ett visst tröskelvärde vrides turbinbladet 2 omkring sin längdaxel 2' av det vridmoment, som bestämmes av vindkraften, samt bladets storlek och form, av vilka en viktig faktor är bladmedelkordans krökning- Bladets vridning kring den geomeriska axeln 2' vid ökande vind sker mot verkan av det elastiska vrid- momentet från den förspända fjädern 8. Turbinbladets 2 och fjäderns 8 momentegenskaper har valts så, att turbinens varvtal i huvudsak hàlles konstant över nämnda vindtröskelvärde upp till en betydligt högre vindstyrka, fr o m vilken turbinen åter börjar minska sitt varvtal på grund av att turbinbladets 2 aero- dynamiska moment över detta tröskelvärde ökar snabbare än torsionsmomentet. Detta framgår av ovannämnda ut- läggningsskrift 7505407-2.

Som framgår av det ovanstående och visas i fig 1 och 2 kan torsionsfjädern 8 enligt uppfinningen uppspännas medelst en lättâtkomlig skruv ll, ll', som samtidigt utgör det radiellt inre placerade fjäder- fästet ll och kan fixeras i låst läge medelst muttern 24. I ett alternativt utförande, ej visat här, skulle torsionsfjädern 8 kunna upp- och avspännas, t ex via ett fjärrstyrt organ, för erhållande av start och stoppfunktion, dvs när man önskar starta resp stoppa turbinen. När turbinen har startats, önskat varvtal inställas. kan som nämnts Fig 4 och 5 visar ett turbinblad 2, som vridit sig ut från grundinställningsläget, i vilket det visas i fig 3, till ett delvis flöjlat läge enligt fig 5 antingen pà grund av att turbinbladets 2 aerodynamíska moment vid övervind förmått vrida bladet 2 mot verkan av torsionsfjädern 8 eller därigenom att en yttre 458 293 7 kraft 16 förmått göra detsamma, varigenom synkronise- ringsoket 14 har förskjutits i tryckstàngens 4 längd- axelriktning från anslaget 13. Anordningen är sådan, att det även är möjligt att medelst en yttre kraft 16 förskjuta stången 4, som påverkar synkroniserings- oket 14, länkarmen 10 och vevarmen 9, och att därigenom vrida turbinbladet 2 mot verkan av torsionsfjädern 8, så att turbinen även aktivt, dvs genom avsiktlig påverkan, lätt och enkelt kan stoppas. I detta fall behöver icke skruven ll, l1', dvs fjäderfästet, användas som anordning för att starta och stoppa turbinen.

Vidare är det möjligt att medelst ytterligare en fjäder 25, placerad t ex mellan huset 5 och vevarmen 9 och endast visad i fig 5, påverka torsionsmomentet mot eller med turbinbladets aerodynamiska moment pro- gressivt, dvs i icke linjär riktning, t ex för åstad- kommande av distinktare avställningsfunktion, dvs stopp av turbinen vid hög övervind.

I fig 6 visas ett alternativt utförande, vid vilket synkroniseringsoket 14 i huvudsak är vridbart anbragt kring turbindrivaxeln l men anslutet till bladaxeln 2' på liknande sätt som beskrivits ovan för länkarmen 10 och vevarmen 9. Turbinen kan i detta fall ävenledes stoppas aktivt medelst en yttre kraft l6 via stången 4, vilken i detta fall icke är fast förbunden med synkroniseringsoket 14 men till vars yttre ände en wire 18 är anbragt pá sá sätt, att kraf- ten 16 kan förmedlas till vevarmen 9 via linskivor 19. Självfallet är det möjligt att via andra fjärr- styrda reglerdon vrida bladaxeln, antingen direkt eller via vevarmen 9.

I de tidigare omnämnda utläggningsskrifterna har flappingrörelsen möjliggjorts genom ett fjädrande parti av bladroten 14, och i utläggningsskriften 8200140-5 visas i fig 6 ett utförande med s k flapping- leder men vid vilka rörelsebegränsningen àstadkommes via ett fjädrande anslag mot navdelen. 458 293 8 Enligt föreliggande uppfinning är vridníngsrörelse av bladet 2 omkring bladets geometriska vridningsaxel 2' förenlig med flappíngrörelse av bladet i förhållande till navet 3 omkring en flappingaxel 17 genom att själva bladet 2 är vridbart i förhållande till blad- roten 5, vilken icke är vridbar tillsammans med själva bladet men är svängbart förbunden med navet 3 för svängningsrörelse, “flapping", inom vissa gränser omkring flappingaxeln 17. Den möjliga svängnings-H eller flappingsrörelsen är begränsad genom att flapping- lagerbärarmar 22 sträcker sig in i en ihålig del av navet 3 mellan rörelsebegränsande anslag 21.

Det framgår av det ovanstående att synkronisering, dvs samordning, av bladens vinkelrörelse och vinkelutslag omkring bladens vridningsaxlar 2' uppnås medelst för- hållandevis enkla medel, dvs länksystem bestående av vevarmarna 9, som är förbundna med de vridbara bladpartierna 2 via torsionsfjädrarna 8, och länkarmarna , som är ledbart förbundna med vevarmarna 9 och är ledbart sammankopplade med ett i förhållande till länksystemen centralt kraftöverförings- eller kraft- fördelningsorgan 14, vilket i det visade utförandet för två turbinblad har formen av ett tvàarmat ok.

Vidare framgår att dessa kraft- och rörelseöverförande system via organet 14 verkar på ett organ 4, vilket emellertid i sin tur genom att utsättas för en yttre kraft i pilens 16 riktning, se fig 4 och 6, bildar ett organ, medelst vilket kraftfördelningsorganet 14 kan påverkas för vridning av turbinbladen via länk- systemen mot vindkrafterna för flöjning av bladen i sådan grad att stopp av turbinen underlättas eller för reglering vid kraftig vindstyrka.

Den yttre kraften i pilriktningen 16 kan åstad- kommas medelst en ställmotor (ej visad), som kan vara reglerad, t ex elektroniskt, i beroende av valda para- metrar (vindstyrka, förekommande vridmoment, tid etc), eller manuellt via en mekanisk anordning av lämpligt slag. 458 293 9 Den i fig 7 visade fjäderanordningen för förbe- lastning av turbinbladen, av vilka endast en bladaxel 2' visas i fig 7, består av en skruvspiralformig fjäder 8', som är anbragt på påverkningsorganet (stången) 4 och verkar mellan ett företrädesvis axiellt inställ- bart anslag ll' pà påverkningsorganet 4 och ett i en fast del 27 monterat lager 27' för turbinaxeln 1. I detta utförande saknas torsionsfjädrar 8 av det i fig 2 visade slaget och ovan beskrivna anordning för förinställning av torsionsfjädrarna, men i övrigt överensstämmer utförandet i fig 7 med det i fig 2 visade utförandet.

Det inses vid ett studium av fig 7 att den kraftiga fjädern 8' via pâverkningsorganet (stången) 4 verkar pá anordningen för samordning av turbinbladens 2 vinkel- rörelse och vinkelutslag omkring bladens 2 vridnings- axlar 2', dvs fjädern verkar på pâverkningsorganet 4 och via detta på kraftöverföringsorganet 14 och via länkarmarna 10 på bladaxlarna 2'.

Den på bladen verkande fjäderanordningen, dvs i fig l - 6 torsionsfjädrarna 8 och i fig 7 skruvspi- ralfjädern 8', kan givetvis modifieras på flera andra sätt än som beskrivits i det ovanstående och visas pà ritningarna inom ramen för uppfinningen.

Claims (12)

458 293 10 PATENTKRAV

1. l. Regleranordning för konstanthållning av varv- talet vid turbiner av det slag som innefattar ett turbinnav (3) och ett antal turbinblad (2), som upp- bäres av och är axiellt men vridbart förbundna med navet och har sådan form och är så anordnade, att varje turbinblad i ett strömmande medium påverkar turbinnavet med ett vridmoment, som verkar omkring turbinens rotationsaxel, och påverkas av ett vrid- moment medelst en fjäderanordning (8; 8'), som strävar att vrida turbinbladet omkring en i förhållande till turbinaxeln i huvudsak vinkelrät längsgående geomet- risk vridningsaxel (2'), varvid regleranordningen innefattar organ (ll; ll') för förspänning av fjä- deranordningen (8; 8') för upprättande av ett vrid- moment, som verkar på resp blad i motsatt vridnings- riktning mot det av det strömman-de fluidet initierade vridmomentet på bladet med en kraft som svarar mot det av bladet i det strömmande mediet initierade pitchmomentet vid ett önskat maximalt turbinvarvtal, vid vilket bladet börjar vridas omkring nämnda geo- metriska vridningsaxel (2'), och vilket pitchmoment till sin storlek är i huvudsak bestämt av bladprofilen och i huvudsak oberoende av lyftkraften på bladet vid anliggande mediumströmning, k ä n n e t e c k - n a d därav, att regleranordningen dessutom innefat- tara ett medelst ett pâverkningsorgan (4) påverkbart, rörligt i förhållande till navet (3) uppburet kraft- överföringsorgan (14), som för samordning av turbin- bladens (2) vinkelrörelse och vinkelutslag omkring bladens (2) vridningsaxlar (2') är sammankopplat med turbinbladen (2) via länksystem, som omfattar en med varje turbinblad (2) förbunden vevarm (9), varvid anordningen dels är sådan, att varje turbinblad vid vridningsrörelse omkring sin vridningsaxel (2') pà- 458 293 ll verkar och åstadkommer motsvarande vridrörelse av det andra turbinbladet eller, vid flera än tvâ turbin- blad, de övriga turbinbladen via nämnda länksystem och det för turbinbladen gemensamma kraftöverförings- organet (14), dels sådan, att samtliga turbinblad _ är vrídbara omkring sina geometriska vridningsaxlar (2') med sinsemellan i huvudsak lika stora vinkelut- slag medelst på påverkningsorganet utövad kraft, vilken därvid verkar pá turbinbladen via nämnda gemensamma kraftöverföringsorgan (14) och nämnda länksystem.

2. Regleranordning enligt patentkravet 1, k ä n - n e t e c k n a d av en anslagsanordning bestående av ett av det rörligt i förhållande till navet anordnade kraftöverföringsorganet (14) uppburet fjädrande anslag (15) och ett för samverkan med detta anordnat anslag (13), som är fast uppburet i förhållande till turbin- navet (3) för upptagande av reaktionskrafter från fjäderanordningarna (8) via kraftöverföringsorganet (14).

3. Regleranordning enligt patentkravet l, k ä n - n e t e c k n a d därav, att nämnda pàverkningsorgan är ett stång- eller rörformigt organ (4), som är anord- nat koaxiellt förskjutbart eller vridbart i förhållan- de till turbinaxeln (3) för nämnda vridning av turbin- bladen (2) medelst påverkningsorganet (4) via kraft- överföringsorganet (14) och nämnda länksystem.

4. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att kraftöverföringsorganet har formen av ett tvâ- eller flerarmat kraftfördelande ok (14), varvid armarnas antal motsvarar antalet turbinblad (2) och varvid oket vid sitt centrum uppbäres medelst nämnda påverk- ningsorgan (4).

5. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att fjäderanordningen (8) för varje turbinblad (2) är förbunden med navet (3) medelst ett ställbart fjäder- 458 293 12 fäste, t ex i form av en ställskruv (ll) eller dylikt, som är lásbart i önskat inställningsläge medelst en làsanordning, t ex en lásmutter (24).

6. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä nn e t e c k n a d därav, att kraft- överföringsorganet (14) för fördelande kraftöverföring mellan nämnda länksystem och turbinbladen är anordnat kringvridbart i ett rotationsplan, som i huvudsak sammanfaller med flappingaxlar (17) som förbinder turbinbladen med navet (3).

7. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att för minskning av böjmomentet på bladaxlarna samt för ernående av förbättrad geometri och större utrymme för kraftfördelningsanordningen är turbinbladens geo- metriska vridningsaxlar (2'), flappingaxlar (17) och drivaxel (l) förlagda till olika plan.

8. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda vevarmar (9) är förbundna med kraftöverförings- organet (14) medelst länkarmar (10), som är fjädrande.

9. Regleranordníng enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett fjädrande organ (25) för åstadkommande av ett progressivt momentbidrag till nämnda fjäderanordning (8) är så anbragt, att den verkar mellan vevarmen (9) eller alternativt synkroniseringsorganet (14) och navet (3) eller en med navet förbunden del (5).

10. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda länkarmar (10) är förbundna med från kraft- överföringsorganet radiellt utskjutande kraftfördel- ningsarmar (14) medelst axlar (26), som är orienterade i huvudsak vinkelrätt mot de sistnämnda armarnas ra- diella riktning och parallellt med turbinens rotations- plan.

11. ll. Regleranordning enligt något av de föregående 458 293 13 patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone en del av varje länkarm (10) är elastiskt deformerbar i riktning längs motsvarande kraftfördel- ningsarm (14).

12. Regleranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av åtminstone en flappinglagerbärarm (22), som förbinder bladroten (5') med navet (3) och sträcker sig förbi flappíng- axeln (17) in mellan två rörelsebegränsande anslag (21), vilka är förbundna med navet (3).