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Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlbegrenzung für Wasserturbinen
Das Hauptpatent 836 i8o bezieht sich auf eine Anordnung, bei welcher die Nabe eines
Wasserturbinenläufers mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlbegrenzung
in Form eines Ringes versehen ist, der an der Läufernabe in der Nähe, und vorzugsweise
oberhalb der Turbinenflügel angebracht ist, wobei eine Anzahl von Brems- oder Ablenkschaufeln
an oder in diesem Ring gelenkig oder verschiebbar befestigt ist, die normalerweise
gegen die Fliehkraftwirkung zurück- und so aus der Strömung herausgehalten werden.
Bei Überschreitung einer gewissen Drehzahl werden diese Körper durch die Fliehkraft
in die Strömung herausgestreckt. Bei einer besonderen Ausführung werden die Schaufeln
durch Glieder zurückgehalten, die so bemessen sind, daB sie bei Überschreitung einer
gewissen auf sie einwirkenden Kraft zu Bruch gehen.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Ausbildung von Mitteln, welche
die Drehzahlbegrenzungskörper aus der Wasserströmung heraushalten, die bei Überschreitung
einer gewissen Kraft zu Bruch gehen und dadurch alle Drehzahlbegrenzungskörper annähernd
gleichzeitig auslösen. Die Erfindung
besteht in einem Gurt oder
einer Kette, welche alle Drehzahlbegrenzungskörper umgibt und sie so aus der Strömung
heraushält, wobei dieser Gurt Mittel enthält, die so bemessen sind, daß sie zu Bruch
gehen, wenn eine gewisse, von der Fliehkraftwirkung auf die Drehzahlbegrenzungskörper
herrührende Kraft überschritten wird.
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Diese Körper für die Drehzahlbegrenzung können irgendeine Form von
verschiebbaren, schwenkbaren oder federnden Schaufeln haben, wie sie in dem Hauptpatent
beschrieben sind. Eine besonders zweckmäßige Ausbildung ist die, bei welcher jede
Schaufel eines Kranzes von Schaufeln, der unmittelbar über den Arbeitsflügeln der
Turbine angebracht ist, an einem Gelenkzapfen schwenkbar befestigt ist, dessen Achse
in einer Ebene liegt, die zwar quer zu der Läuferachse, jedoch zu dieser in einem
von 9o° abweichenden Winkel geneigt ist, so daß die Schaufeln in der ausgeschwenkten
Stellung zu der Läuferachse nicht parallel, sondern entgegengesetzt zu der Neigung
der Arbeitsflügel verlaufen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
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Fig. i zeigt die linke Seite eines senkrechten Schnittes durch eine
vollständige Wasserturbine mit verstellbaren Propellerflügeln gemäß derErfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die verstellbaren Flügel und den
Kranz der Bremsschaufeln (in der geschlossenen Stellung) eines Teiles des Turbinenläufers
nach Fig. i zeigt; Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt nach der Linie 111-III der
Fig.2 und zeigt die schwenkbaren Bremsschaufeln; Fig.4 ist eine vergrößerte Ansicht,
welche die Befestigung des Haltebandes zeigt; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht
der Bremsschaufeln in der ganz vorspringenden Stellung. Die in Fig. i gezeigte Turbine
gehört zu der üblichen Bauart mit verstellbaren Propellerflügeln, wobei der Stator
das umschließende Turbinengehäuse i aufweist, aus welchem das ankommende Wasser
zwischen den schwenkbaren Leitschaufeln 2 auf seinem Weg zu den Läuferflügeln strömt.
Die Leitschaufeln werden in üblicher Weise durch das bei 3 angegebene Hebelgestänge
unter der automatischen Überwachung des Drehzahlreglers der Turbine betätigt. Der
Läufer besteht aus der senkrechten Welle 4, welche durch die die einstellbaren Flügel
6 tragende Hohlnabe 5 abgeschlossen ist. Unmittelbar über den Flügeln 6 ist an der
Nabe 5 der Ring 7 angebracht, welcher die selbsttätige Drehzahlbegrenzungseinrichtung
gemäß der Erfindung verkörpert. Innerhalb dieses Ringes 7 ist eine Anzahl von Bremsschaufeln
8 angebracht, von denen jede, wie in Fig.2 und 3 gezeigt, um einen Drehzapfen 9
schwenkbar ist, dessen Achse in einer quer zu derLäuferachse verlaufenden Ebene
liegt. Die Bewegung der Bremsschaufeln 8 wird begrenzt, indem die Schaufelansätze
io sich gegen den Anschlagring i i anlegen. Unter normalen Betriebsverhältnissen
liegt jede Bremsschaufel 8 abschließend in der Außenfläche des Ringes 7, die eine
glatte Fortsetzung der Nabe 5 bildet, und die Schaufeln werden in dieser Stellung
durch ein Halteband 12 zurückgehalten, welches um die zylindrische Außenfläche des
Ringes 7 befestigt ist. Die beiden Enden des Haltebandes 12 endigen in einem in
dem Ring 7 angeordneten Halteblock 13 und sind an diesem mittels des verjüngt
zulaufenden Stöpsels 14 festgeklemmt, welcher an dem Ring 7 durch den Bolzen
15 befestigt ist und mittels einer leichten Punktschweißung gesichert werden
kann.
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In dem Halteband 12 ist ein Loch 16 vorgesehen, welches die Querschnittsfläche
an einer besonderen Stelle so vermindert, daß das Band, wenn eine gewisse vorbestimmte
Kraft erreicht wird, zu Bruch geht. Diese vorbestimmte Kraft ist die Spannung, welche
in dem Halteband 12 von der Summe der Kräfte erzeugt wird, die von der Fliehkraftwirkung
auf alle Bremsschaufeln 8 bei einer vorbestimmten Sicherheitsüberdrehzahl des Läufers
herrühren. Wenn diese Bruchkraft erreicht wird, reißt das Halteband 12 und gibt
dadurch alle Bremsschaufeln 8 frei, welche annähernd gleichzeitig herausspringen
und draußen bleiben, wenigstens bis der Läufer annähernd zum Stillstand gebracht
worden ist. An Stelle des Bandes könnte eine Kette mit einem schwachen Glied benutzt
werden. Die Bremsschaufeln können ein Übergewicht erhalten, so daß, wenn sie herausspringen,
die Schwerkraft sie in der äußeren Stellung zu halten sucht. Wenn die Bremsschaufeln
erst einmal herauszuspringen beginnen, wird natürlich der auf sie wirkende Wasserdruck
sie nach außen drücken und nach außen halten.
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Um die Einrichtung wieder für normalen Betrieb der Turbine einzustellen,
muß jemand in der Turbine alle Schaufeln wieder zurückbringen und um sie ein neues
Halteband oder eine Kette befestigen.
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Es sei hervorgehoben, daß die Befestigung, welche das Band in seiner
Lage hält, so ausgebildet werden kann, daß sie bei Überschreitung einer vorbestimmten
Kraft bricht und die Enden des Bandes losläßt. In diesem Falle ist die örtliche
Schwächung der Festigkeit des Bandes unnötig, und es könnte an Stelle des Bandes
ein Drahtseil oder eine andere Verbindung verwendet werden.