DE416638C - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Description

In Abb. ι der Zeichnung bezeichnet A einen Zylinder, in dem, dagegen abgedichtet, zwei einen Differentialkolben bildende, auf einer gemeinsamen Kolbenstange 5 übereinandersitzende Kolben K, K' verschiebbar angeordnet sind, wobei der obere Kolben K, größer ist als der untere K.'. Der Zylinder befindet sich in der gezeichneten senkrechten Stellung in einer gewissen Tiefe unter dem Wasserspiegel

ίο in einem mit Wasser gefüllten Behälter, so daß die äußeren Stirnflächen F, F' beider Kolben zu gleicher Zeit einem von außen wirkenden Flüssigkeitsdruck ausgesetzt sind. Die Kolbenfläche des großen oberen KoI-bens K. betrage bei 25 cm Durchmesser

F — ~ 490 qcm,

diejenige des unteren Kolbens Kf bei 20 cm Durchmesser

„,

F' -:- ~ 314 qcm.

Die. Entfernung der äußeren Stirnflächen der beiden Kolben voneinander betrage | 100 cm. Es zeigt sich, daß der Druck auf j beide Kolben bei einer bestimmten Tiefe X j der Stirnfläche des oberen Kolbens gleich groß ist. Diese Tiefe ergibt sich aus

F-X=F' · (X+ 1) = F'· X+F' zul= -^A-

p·

Mit vorstehend angegebenen Werten für F und F' wird

X --- —³ '-■*— — ³'4
490 — 314 176

m,

d. h. wenn sich die obere Stirnfläche des obe- j ren Kolbens 1,8 m unter der Wasseroberfläche befindet, ist der Druck auf beide Kolben gleich groß. '

Befindet sich nun der Zylinder A 50 cm j höher, so ist der spezifische Druck der Wassersäule auf den oberen Kolben 0,18 — 0,05 = 0,13 Atm. und auf den unteren Kolben o, 13 -|- 0,1 = 0,23 Atm. und der Gesamtdruck auf den oberen Kolben F · 0,13 = 490 · 0,13 i = 63,70 kg und auf den unteren Kolben ; F'' 0,23 = 314-0,23 = 72,22 kg. ;

Befindet sich dagegen der Zylinder 50 cm tiefer als 1,8 m, so ist der spezifische Druck der Wassersäule auf den oberen Kolben o, 18 -j- 0,05 = 0,23 Atm. und auf den unteren Kolben 0,23 -j- 0,10 = 0,33 Atm. und der Gesamtdruck auf den * oberen Kolben F -0,23 = 490· 0,23 = 112,70 kg und auf den unteren Kolben F' · 0,33 = 314 · 0,33 = 103,62 kg.

Aus dieser Gegenüberstellung ersieht man, daß, wenn die über dem großen Kolben stehende Wassersäule kleiner ist als i,Sm, der Druck auf den kleinen Kolben größer ist als der auf den großen Kolben, und daß umgekehrt, wenn die über dem großen Kolben stehende Wassersäule größer ist als 1,8 m der Druck auf den großen Kolben größer ist als der auf den kleinen Kolben.

Diese wechselnden Druckverhältnisse sind um so größer, je größer die Höhenschwankungen der Flüssigkeitssäulen sind. Dabei ist es natürlich gleichgültig, ob sich der Zylinder im Wasser auf und ab bewegt oder der Spiegel des Wassers über dem Zylinder sich hebt und senkt. Infolge der Druckdifferenz zwischen beiden Kolben wird in dem einen Fall eine Bewegung der Kolben selbsttätig nach oben, in dem andern Falle eine solche nach unten ausgeführt. Diese Bewegung der Kolben kann zur Arbeitsleistung, beispielsweise zum Steuern von Absperrschiebern, Ventilen u. dgl., nutzbar gemacht werden.

Abb. 2 der Zeichnung zeigt die Anwendbarkeit der Vorrichtung zum Steuern des Absperrschiebers in der Wasserzuführung für Wasserturbinen.

Die Durchflußrichtung des Wassers in dem zur Turbine führenden Zuführungsrohr R, ist durch Pfeilrichtungen angedeutet.

ι stellt den Absperrschieber dar. In dem senkrechten Zylinder 3 befindet sich der Diffcrentialkolben 2 mit der oberen großen F!äche F und der unteren kleinen Fläche F'. Kolben und Schieber sind durch eine Stange Z fest verbunden. 10 ist ein verstellbarer Hahn (in Abb. 2a im Längsschnitt dargestellt) mit dem Arm 11 für den Angriff eines Regulators. Bei bestimmter Stellung des Hahnes 10 fließt das Wasser aus dem Rohr JR. durch die Verbindungsrohre 7, 6, 4 in den Zylinder 3 und steigt, wenn Zylinder 3 ganz gefüllt ist, in der Steigeleitung 8 empor. In der markierten Höhe N-N befindet sich die Oberfläche des Wassers, analog dem anfangs angeführten Zahlenbeispielj i,8 m über der oberen Kolbenfläche F. Da in diesem Falle der Druck auf die Kolbenflächen F und F' gleich groß ist, wird sich der Kolben in eine Mittellage einstellen. Eingeschaltet soll hier werden, daß durch entsprechende Wahl der Abmessungen des Kolbens dessen Eigengewicht und das Gewicht des Schiebers 1 ausgeglichen werden muß. Bei der Mittellage des Kolbens befindet sich also auch der Schieber 1 in der Stellung, die der Normalleistung der Turbine entspre-

chen soll. Bei Mittellage des Kolbens steht der Hahn ι ο so, daß nur die Rohre 4, 6 und 8 mit dem Zylinder 3 in Verbindung stehen.

Geht jetzt z. B. die Tourenzahl der Turbine zurück, erfordert also die Turbine einen größeren Wasserzufluß, so wird durch Drehen des Hahnes 10 vermittels des Regulators wieder eine Verbindung der Rohre 4, 6, 7, 8 hergestellt. Die Wassersäule in dem Rohr 8 steigt also weiter, und gleichzeitig wird durch allmähliches Zunehmen des Druckes auf die Kalbenfläche F der Kolben nach unten gedrückt und der Schieber 1 in dem Zuflußrohr R mehr geöffnet. Steigt dabei das Wasser bis zu 2 m über die Linie N-N, so würde der Druck zum Öffnen des Schiebers schon wie folgt anwachsen: Druck auf die obere Kolbenfläche F ■ ρ = 490 (o,2 -j- 0,18) — 490 · 0,38 = — 186 kg, Druck auf die untere Koibenfläche F' · j/ = 314 (0,2 -J- 0,283 = 314-0,48 =—150 kg.
Es würden also schon 186 bis 150—36kg verfügbar sein. Da man einen Maximaldruck auf den Schieber nicht zu überschreiten braucht, das Wasser in dem Rohr 8 aber entsprechend dem Druck in dem Rohr R weiter steigen würde, so wird die Leitung' 8 durch den Überlauf 8' nach unten abgeführt, wo bei 13 das Druckwasser so lange abfließt, bis die Normalleistung der Turbine wieder erreicht ist.

Steigt dagegen die Tourenzahl der Turbine, so bewirkt gleichzeitig die entgegengesetzte Drehung des Hahnes 10 eine Verbindung der Rohre 4, 6, 8, 9. Es wird also durch das Rohr 9 Wasser abfließen und der Wasserspiegel in dem Rohr 8 fallen, wobei der Druck auf die Kolbenfläche F' jenen auf die Kolbenfläche F übersteigt und der Schieber ι mehr und mehr geschlossen wird. Der für den Fall des Beispiels zu erreichende maximale Druck zum Schließen des Schiebers wäre erreicht, wenn das Wasser über der oberen Kolbenfläche F vollständig abgelaufen ist. Da für diesen Fall der Kolben sich in der oberen Endstellung befindet, drückt nur der Wasserdruck der Kolbenflächenentfernung von ι m auf den kleinen Kolben, also

F' - ο, ι — 314 · ο, ι = 31,4 kg.

5 ist ein Behälter, der, wenn das Wasser in den Rohren 7, 8 und 9 abgelaufen sein sollte, das erforderliche Wasser zusetzt für das unter der Fläche F' beim Hochgehen des Kolbens frei werdende Volumen.

Durch das Rohr 12 soll das gegebenenfalls an den Manschetten des Kolbens durchgedrungene Wasser abfließen.

Claims (3)

P ATENT-Anspruch E:

1. Hydraulische Steuereinrichtung mit einem mit der größeren Treibfläche nach oben und mit der kleineren Treibfläche nach unten zeigenden, auf und ab beweglichen Differentialkolben, dessen beide Treibflächen bei seiner Bewegung in beiden Richtungen gleichzeitig unter Einwirkung der Druckflüssigkeit stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärtsbewegung des Differentialkolbens durch gleichzeitiges Verkleinern und die Abwärtsbewegung desselben durch gleichzeitiges Vergrößern der zu beiden Treibflächen gehörenden Flüssigkeitsdruekhöhen bewirkt wird, wobei die zur größeren Treibfläche gehörige Flüssigkeitsdruckhöhe bis auf Null, dagegen die zur kleineren Treibfiäche gehörige Flüssigkeitsdruckhöhe nur bis auf eine der Entfernung der Treibflächen voneinander entsprechende Höhe verkleinert werden kann.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 zum Steuern des Absperrschiebers in der Wasserzuführung für Wasserturbinen, gekennzeichnet durch eine das Wasser jeweils in einer dem zum Verstellen des Absperrschiebers (i) erforderlichen resultierenden Druck des Differentialkolbens (2) entsprechenden Höhe aufnehmende Steigleitung (8) mit Überlauf (8'), die durch einen Hahn (10) o. dgl. entweder mit dem Differentialkolbenzylinder (3) und der Wasserzuführung (R) für die Turbine oder nur mit dem Differentialkolbenzylinder oder mit dem Differentialkolbenzylinder und einer Abflußleitung (9, 13) in Verbindung gebracht werden kann.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 zum Einstellen der Tauchtiefe von Seeminen, bei der der Auftrieb durch Änderung der Füllung einer Luftkammer mit veränderlichem Fassungsraum geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben aus zwei am Minenkörper (a) übereinander angeordneten, in der Mitte durch eine Stange (d) miteinander verbundenen, auf den entgegengesetzten Seiten dem Wasserdruck ausgesetzten, verschieden großen biegsamen Platten (b, c), von denen die größere (b) oben und die kleinere (r) unten sich befindet, besteht und mittels der Stange (d) die Luftführung steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

cedruckt in der RnicusDm ckerei.