-
Regelvorrichtung für Wasserturbinen Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung
für Wasserturbinen, bei der die Leitschaufelverstellung in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitsregler
über eine Hilfsmotorsteuerun.g und die Laufschaufelverstellung über eine zweite
Hilfsmotorsteuerung in Abhängigkeit von der Leitschaufelverstellung vorgenommen
wird.
-
Es hat sich gezeigt, daß sich bei Vorrichtungen dieser Art in der
Praxis öfters Schwierigkeiten ergeben, weil es nur schwer erreichbar ist, die Laufradschaufeln
genau gleichzeitig mit den Leitradschaufeln zu verstellen, und daß infolgedessen
die Regulierung der Turbine durch das Nacheilen der Laufradregelung leicht zum.
Pendeln kommt. Es sind nun bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, welche diesen
Schwierigkeiten dadurch zu begegnen suchten, daß die Bewegung der Laufradschaufeln
gegenüber derjenigen der. Leitradregelung stark verzögert wurde, um auf diesem Umwege
zu erreichen, daß der Regelvorgang in einwandfreier Weise vor sich ging. Es hat
sich auch gezeigt, daß diese Maßnahme geeignet ist, den gewünschten Zweck zu erreichen.
Den bekannten Vorrichtungen dieser Art haften anderseits aber ganz wesentliche Nachteile
an. Sie arbeiten entweder mit einer Blende in den Steuerleitungen des Laufradhilfsmotors
oder mit einer besonderen Ölbremse im Steuergestänge zum Laufradhilfsmotor, deren
Wirkung ihrerseits wieder von der Blendenöffnung in der Ölbremse abhängig ist. In
beiden Fällen ist der Betrag der möglichen Verzögerung durch die Größe der Blendenöffnung
beschränkt, und außerdem ist die Größe der Verzögerung sehr stark von äußeren Einflüssen
abhängig, insbesondere von der Temperatur und dem sich daraus ergebenden Viskositätsgrad
des Öles. Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung vermeidet diese Nachteile.
Sie ist gekennzeichnet durch einen zwischen die Leitrad- und die Laufradverstelleinrichtungen
geschalteten, eine große Übersetzung für die von der Leitradverstelleinrichtung
ausgehenden und auf die Laufradverstelleinrichtung zu übertragenden Regelbewegungen
darstellenden weiteren Hilfsmotor, der von der Leitradverstellvorrichtung aus gesteuert
und dessen Steuerschieber durch die Verstellung des die Steuerung des Laufradhilfsmotors
betätigenden Organs rückgeführt wird. Es ist offenbar, daß es mit einer solchen
Vorrichtung möglich ist, die Verzögerung in der Einstellung der Laufradregelung
innerhalb, beliebiger Grenzen zu halten. Es ist dafür nötig, die Übersetzung vom
Hilfsmotor auf das Steuergestänge des Laufradsteuerventils entsprechend groß zu
wählen. Zudem ist die Drehzahl des Hilfsmotors durch Regelung der diesem zugeführten
Drucknittelmenge in weiten Grenzen verstellbar, so daß die Vor richtung tatsächlich
weitgehende Möglichkeiten zur Einstellung der Wirkungsweise der Laufradregelung
bietet.
-
Durch beEondere Ausgestaltung der Steuerkanten des den Hilfsmotor
steuernden Steuerventils kann in bekannter Weise bewirkt werden, daß die Drehzahl
des Hilfsmotors mit
der Größe der Regulierbewegungen der Leitschaufeln
zunimmt. Es ist dabei besonders zweckmäßig, daß -die Verzögerung in der Nähe des
Beharrungszustandes möglichst groß ist, während bei den anderen Betriebszuständen
erwünscht ist, daß die Laufschaufeln möglichst bald nach einer Verstellung der Leitschaufeln
die neue richtige Stellung einnehmen. Diesen beiden Forderungen kann durch die erwähnte
besondere Ausgestaltung des Steuerventils zum Hilfsmotor Rechnung getragen werden.
Durch die Ausgestaltung der Steuerkanten des den Hilfsmotor steuernden Steuerventils
ist es überhaupt möglich, die bekannten Bedingungen für die Öffnungs-und Schließbewegungen
der Leit- bzw. Laufradschaufelung zu erfüllen. Bekanntlich genügt es bei Turbinen
mit regulierbaren Leit-und Laufradschaufeln, wenn beim Schließen zur Vermeidung
größerer Drehzahlexhöhungen die Leitschaufeln rasch geschlossen werden. Das Schließen
der Laufradschaufeln kann dann langsam nachfolgen. Beim Öffnen unter plötzlichen
Belastungen könnten dagegen zu große Drehzahlabfälle eintreten, wenn die Laufradschaufeln
ebenso langsam geöffnet würden; es ist deshalb in solchen Fällen nötig, das Öffnen
der Laufradschaufeln rascher erfolgen zu lassen. Um nun die zur Erreichung der Stabilität
erforderliche starke Verzögerung in der Bewegung der Laufradschaufeln beim Schließen
trotzdem zu bewirken, ist es zweckmäßig, die Steuerkanten des Steuerventils zum
Hilfsmotor so auszubilden, daß der Hilfsmotor bei den Öffnungsbewegungen mehr Triebflüssigkeit
erhält als bei den Schließbewegungen, so daß also. die Drehzahl des Hilfsmotors
bei den Öffnungsbewegungen höher ist als bei den Schließbewegungen.
-
Zur Schonung des Reguliergetriebes der Laufradschaufeln ist es weiterhin
erwünscht, das Ansprechen der Laufradregelung zu verhindern, solange die Regelbewegungen
der Leitschaufeln ein gewisses Mindestmaß nicht überschreiten. Die Steuerkanten
des Steuerventils für den Hilfsmotor erhalten, um diese Bedingung erfüllen zu können,
eine entsprechend große Überdeckung.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. z schematisch die ganze Vorrichtung, während
die Fig. 2, 3 und q. verschiedene Ausführungen des die Kraftmittelzufuhr zum Hilfsmotor
steuernden Ventils veranschaulichen.
-
Fig. 5 und 6 zeigen die Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen.
-
In Fig. i bezeichnet i einen die nicht gezeigten Leitschaufeln mittels
einer Stange 2 verstellenden Hilfsmotorkolben, der von einem Fliehkraftpendel 3
aus mittels eines Steuerkolbens q. in bekannter Weise gesteuert wird.
-
An die Stange 2 ist in Punkt-5 ein Hebel 6 angelenkt, der an seinem
anderen Ende (Punkt 7) gelenkig mit einer auf einer Spindel 8 beweglichen Gewindemutter
g verbunden ist. Bei io ist an den Hebel 6 der Steuerkolben eines Steuerventils
ii angelenkt, durch welches die zu den beiden Stutzen eines Zahnradflüssigkeitsmotors
1q. führenden Leitungen i2 und 13 gesteuert werden. Das Ventil ii erhält Druckflüssigkeit
aus einer Leitung i5. Durch Leitung 16 kann die Druckflüssigkeit aus dem Ventil
i i abströmen. Je nach der Stellung .des Kolbens 17 des Steuerventils i i (s. Fig.
2 bis 4) wird .die im Sinne der Zeichnung obere Seite (Leitung i3) bzw. untere Seite
(Leitung 12) des Motors i¢ mit der Druckleitung i5 und gleichzeitig die andere Seite
mit dem Ablauf 16 verbunden. Der Motor dreht sich entsprechend in dem einen oder
dem anderen Sinne. Bei der Mittelstellung des Steuerkolbens 17 im Ventil i i sind
die Leitungen 12 und 13 abgeschlossen. Der Motor 1q. steht dann still.
-
Die Bewegung des Motors i¢ wird über eine Welle 18 auf ein Schneckengetriebe
i9 und von da auf die die Gewindemutter g tragende Spindel 8 übertragen.
-
Bei 2o ist an die Gewindemutter g ein Steuerhebel2i angelenkt, an
den bei 22 der Steuerkolben 23 eines Steuerventils angelenkt ist, das in bekannter
Weise einen Hilfsmotorkolben 2q. steuert, welcher mittels seiner Kolbenstange 25
die ebenfalls nicht gezeigten Laufradschaufeln verstellt. Bei 26 ist der Steuerhebel
2i an die Kolbenstange 25 angelenkt, wodurch in bekannter Weise eine Rückführung
für das Steuerventi123 hergestellt ist. Da ferner der mit dem Punkt 2o durch die
Mutter g gekuppelte Punkt 7 den Steuerhebel 6 des Steuerventils i i rückführend
bewegt, entspricht alsdann jeder Verstellung des Punktes 5 der Leitradregelung eine
bestimmte Verstellung des Hilfsmotorkolbens 24 der Laufradregelung.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: In Fig.
i sind die Hilfsmotorkolben i und 2q. der Leitrad- bzw. Laufradregelung in Mittellage
gezeigt. Die Turbine ist also ungefähr zur Hälfte belastet gedacht, Tritt nun eine
Entlastung ein; so erhöht sich die Drehzahl der Turbine. Durch das Fliehkraftpendel
3 wird dann der Steuerkolben q. nach oben gestellt und dadurch der Zylinderraum
unter dem Hilfsmotorkolben i unter Druck gesetzt, der Raum über dem Kolben i dagegen
mit dem Ablauf verbunden. Der Kolben i bewegt
sich demzufolge nach
oben und schließt mittels der Stange z das nicht gezeigte Leitrad der Turbine, bis
der Kolben des Steuerventils 4 wieder in der Mittellage ist. Diese Stellung ist
in Fig. 5 gezeigt.
-
Durch die Aufwärtsbewegung des Punktes 5 der Stange 2 ist auch der
Hebel 6 mit dem Kolben 17 des Steuerventils i i um den Punkt 7 nach oben
gedreht worden. Dadurch wird die zum Hilfsmotor 14 führende Leitung 13 mit der Druckleitung
15 und gleichzeitig die' andere Seite des Hilfsmotors 14 über die Leitung 12 mit
dem Ablauf 16 verbunden. Dabei sind für den Ablauf des Arbeitsmittels aus dem Hilfsmotor
14 nur relativ kleine Nuten an der Kante des Steuerkolbens 17 frei. Je - nach der
Anzahl und Größe dieser Nuten verstellt nun der Motor 14 über das Schneckengetriebe
ig die Mutter 9 schneller oder langsamer nach unten, und zwar so lange, bis der
Steuerkolben 17 wieder in seiner Mittellage ist, worauf der Motor 14 abgestellt
und die Bewegung unterbrochen wird. Mit der Mutter 9 ist auch der linke Drehpunkt
:2o des Hebels 21 nach abwärts bewegt worden, was eine Verstellung des Hilfsmotorkolbens
24 der Laufradsteuerung nach oben bewirkt, weil das Steuerventil 24 nach unten geführt
und dadurch der Zylinderraum unter dem Kolben 24 unter Öldruck gesetzt wird. Es
wird dann schließlich die in Fig.6 gezeichnete Stellung der Teile erreicht, in welcher
der Laufradhilfsmotor 24 die der neuen Stellung des Leitradhilfsmotors i entsprechende
Lage erreicht hat und alle Teile im neuen Beharrungszustand sind.
-
Bei einer Erniedrigung der Drehzahl der Turbine vollzieht sich sinngemäß
der umgekehrte Vorgang im Sinne eines Öffnens der Turbine.
-
Die Fig. 2 bis 4 zeigen nun noch besondere Ausführungsformen für den
Kolben des erfindungsgemäß zwischen die Leit- und Laufradregeleinrichtungen geschalteten
Hilfsmotors, die die Abhängigkeit der Verstellgeschwindigkeiten der Leit- und Laufradregelung
bestimmen. Bei der Ausführung nach Fig. 2 erfolgt der Übertritt der Druckflüssigkeit
in die Leitungen 13 und 12 durch Nuten 28, deren für den Durchfluß des Druckmittels
in Betracht kommender Querschnitt mit größerem Ausschlag des Kolbens 17 aus der
Mittelstellung zunimmt. Dadurch wird bewirkt, daß dem Motor 14 bei größeren Ausschlägen
des Steuerkolbens 17 mehr Druckflüssigkeit zugeführt - wird, so. daß er sich entsprechend
schneller dreht.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kominen bei Bewegungen des Kolbens
17 nach oben, im Sinne des Schließens, nur Nuten 29 zur Wirkung, während bei Bewegungen
des Kolbens 17 nach unten, im Sinne des öffnens, der volle Umfang der Steuerkanten
wirkt. Dadurch wird dem Motor 14 beim Öffnen mehr Druckflüssigkeit zugeführt als
beim Schließen, und die Öffnungsbewegungen der Laufradschaufeln erfolgen entsprechend
schneller als deren Schließbewegungen.« Fig, 4 schließlich zeigt eine dritte Ausführungsform
des Steuerkolbens 17 im Ventil i i. Die Steuerkanten des Kolbens 17 besitzen in
diesem Falle eine Überdeckung von der Größe h, die bewirkt, daß der Hilfsmotor 14
nur dann Druckflüssigkeit erhält und in Bewegung gesetzt wird, wenn der Steuerkolben
17 um mehr als das Maß der Überdeckung la aus der Mittellage verstellt wird.
-
Die Ausbildung des Steuerventils 17 gestattet also, die Bewegungen
der Laufradregelung in vollkommenster Weise allen bekannten Erfordernissen anzupassen.
Sie kann in der einen oder anderen Richtung, unabhängig von der Geschwindigkeit
der Regelbewegungen der Leitschaufeln, langsamer oder schneller gestaltet werden.
Ihre Geschwindigkeit kann mit zunehmender Größe der auszuführenden Regelungsbewegungen
gesteigert werden, und sie kann schließlich in einem beliebigen, in der Nähe des
Beharrungszustandes liegenden Bereiche ganz ausgeschaltet werden. Hierdurch ist
eine sichere Anpassung an alle Betriebsverhältnisse möglich.