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Regeltingseinriehtting an mit einem elektrischen Stromerzeuger bzw. Motor unmittelbar gekuppelten hydraulischen Kreiselmasehinen mit lotrechter Welle.
Bei den bisher üblichen Ausführungsarten der hydraulischen Laufradregelung von Kreiselmaschinen (Flügelradturbinen oder Pumpen) mit lotrechter Welle und direkt gekuppeltem Stromerzeuger bzw. Motor wird das Drucköl dem zwischen den Kuppelflanschen angeordneten Servomotor in einer zentralen Bohrung der Stromerzeugerwelle von oben her zugeführt. Dies macht es nötig, dass die Konstruktion des Stromerzeugers und der Erregermaschine, gegebenenfalls auch des am oberen Armkreuz aufgesetzten Traglagers, nur unter Beachtung der Forderungen des Turbinenkonstrukteurs ausgeführt werden kann.
Der Ölverteilungsbock oberhalb des Stromerzeugers bildet eine unerwünschte Vergrösserung der Bauhöhe nicht nur des Stromerzeugers selbst, sondern auch des Maschinenhauses. Ferner kann das Turbinenlaufrad nur ausgewechselt werden, wenn vorher der Läufer des Stromerzeugers und die Ölzuführungsrohre mit dem Öl- verteilerbock entfernt worden sind. Das, was hier von direkt gekuppelten Turbinen und Stromerzeugern gesagt worden ist, gilt in gleichem Masse auch für vertikalachsige Flügelradpumpen mit beweglichen Schaufeln, die direkt an einem Elektromotor angeschlossen sind.
Die angeführten Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die Ölzuführung von unten aus erfolgt und der Servomotor unterhalb der Laufradnabe angeordnet ist.
Eine Ausführungsform einer solchen Regelungseinrichtung an einem Turbinenlaufrad ist in Fig. 1 in einem Axialschnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt den Axialschnitt einer Einzelheit in grösserem Massstab.
Der Servomotor, der aus dem Zylinder 1 und dem darin lotrecht beweglichen Kolben 2 besteht, ist unmittelbar unterhalb der Laufradnabe 3 in derselben Achse wie diese angeordnet.
Die Kolbenstange 4 des Servomotors wirkt auf den darüberliegenden Mechanismus zur Verstellung der Laufradschaufeln 5, u. zw. derart, dass bei Abwärtsbewegung des Servomotorkolbens 2 die Laufradschaufeln auf Öffnen"und bei der Aufwärtsbewegung des Servomotorkolbens auf" Schliessen" gesteuert werden.
Die Zuführung des Drucköles zu den beiden Seiten des Servomotorkolbens 2 geschieht von unten her, u. zw. von einer Ölverteilungsvorrichtung 6 aus, die entweder an der Mittelwand 7 des Saugrohres oder an einem besonderen Träger befestigt ist. Diese Ölverteilungsvorrichtung 6 ist in Fig. 2 in etwas grösserem Massstabe dargestellt.
Diese Vorrichtung enthält zwei voneinander getrennte, übereinanderliegende Kammern 8 und 9, welche durch die Stutzen 10, 11 an eine Druckülzuführung angeschlossen sind. In die Kammer 8 ragt das untere Ende eines zentralen Rohres 12 hinein, welches mit einem Hohlkörper 13 verbunden ist, der an dem Servomotorkolben 2 befestigt ist und dessen Hohlraum durch einen Kanal 14 mit der Oberseite des Servomotorzylinders in Verbindung steht.
Von dem unteren Teil des Servomotorzylinders 1 geht ein Rohr 15 aus, das das Rohr 12 unter Freilassung eines Zwischenraumes konzentrisch umgibt und in die Kammer 9 der Ölverteilungsvorrichtung 6 hineinragt.
Der Servomotorzylinder ist von einer Haube 16 umgeben, an deren unterem Ende ein abwärts ragendes Rohr 17 befestigt ist, welches das Rohr 15 mit einem Zwischenraum konzentrisch umgibt und bis zu einer Kammer 18 der Ölverteilnngsvorrichtung vorragt, die oberhalb der Kammer 9 angeordnet ist und mit einem Rohr 19 in Verbindung steht.
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vorrichtung 6 ist aber feststehend angeordet, so dass also die Rohre 12, 15 und 17 die Verbindung zwischen der festen Ölverteilungsvorriclltung und dem umlaufenden Servomotor herstellen, ohne dass die Drehung des Servomotors gehindert ist. Das Rohr 12, das mit dem Servomotorkolben 2 verbunden ist, muss überdies auch noch die Axialbewegungen des Kolbens mitmachen.
Soll der Raum oberhalb des Servomotorkolbens unter Druck gesetzt werden, so wird Drucköl durch den Stutzen 10 eingeführt, von wo es in die Kammer 8 gelangt und durch das Rohr 12 und den Kanal 14 in den oberen Teil des Servomotorzylinders strömt.
Soll die Unterseite des Servomotorkolbens unter Druck gesetzt werden, so wird Drucköl durch das Rohr 11 in die Kammer 9 eingeführt, von wo es in dem Zwischenraum zwischen den Rohren 12 und 15 aufwärts strömt und in den unteren Teil des Servomotorzylinders eindringt.
Der Ringraum zwischen den Rohren 15 und 17, der mit dem Innenraum der Haube 16 in Verbindung steht, dient zur Ableitung des Siekeröles, welches durch die Führungsbüchse 20 im Boden der Laufradnabe 3 durchtritt oder durch sonstige Undichtheiten der das Drucköl
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und kann von hier durch ein Rohr 23, getrennt von dem Sickeröl, abgeleitet werden. Sowohl das Sickerwasser als auch das Sickeröl haben durch die mit Gefälle verlegten Leitungen 19 und 23 in einem im Beton der Turbinenkammer ausgesparten Schacht freien atmosphärischen Auslauf. Das dort sich sammelnde Abwasser und Öl wird, letzteres zur Wiederverwendung, hochgepumpt.
Die an die Stutzen 10 und 11 der Ölverteilungsvorrichtung 6 angeschlossenen Rohre führen direkt oder indirekt zu dem beim Steuerungsregler befindlichen Regelungsventil. Die Rückführung der Steuerung wird von der Regelungsspindel abgeleitet.
Man sieht also, dass der Servomotor samt allen Zu-und Abführungsorganen unterhalb des Laufrades der Turbine angeordnet ist, so dass alles, was darüber liegt, in baulicher Beziehung von dem Servomotor gänzlich unabhängig ist. Dies bezieht sich insbesondere auf den oberhalb der Turbine angeordneten Stromerzeuger.
Es empfiehlt sich überdies, zwischen den Kuppelflanschen der Welle der Turbine und der Welle des Stromerzeugers ein Wellen-oder Kupplungsstück einzusetzen, welches so lang ist, dass, wenn es herausgenommen wird, zwischen den beiden Kuppelflansehen ein so weiter Zwischenraum entsteht, dass das Turbinenlaufrad vollständig ausgehoben werden kann, ohne dass der darüber befindliche Stromerzeuger entfernt zu werden braucht. Man kann also das Laufrad auswechseln, ohne den Stromerzeuger zerlegen und wegschaffen zu müssen.
Bei Francisturbinen wurden bereits solche Zwischenstücke in die Maschinenwelle zu dem Zwecke eingeschaltet, um das vollständige Ausheben des Turbinenlaufrades nach Herausnehmen dieses Zwischenstückes zu ermöglichen. Doch bedurfte es bei Francisturbinen keiner besonderen Anordnung oder Ausbildung der erforderlichen Organe. Bei vertikalachsigen Kreisehnaschinen, deren drehbare Laufradschaufeln durch einen in der Wellenachse angeordneten hydraulischen Servomotor verstellt werden sollen, war jedoch bei den bisher bekanntgewordenen Ausführungen der Einbau eines solchen Zwischenstückes mit Rücksicht auf das Gestänge, welches durch die hohle Welle hindurchgeht, nicht möglich.
Erst die besondere Anordnung des Servomotors, wie sie hier geschildert worden ist, hat das Einbauen eines Zwischenstückes in die Welle möglieh gemacht,
Bei Ausguss der Turbine nach oben wird der Laufradservomotor gleichfalls unmittelbar unterhalb der Laufradnabe angeordnet ; die Ölverteilungsvorrichtung 6 wird dann aber in den Raum unterhalb des Turbinenleitapparates verlegt.
In baulicher Beziehung kann die geschilderte Einrichtung in mannigfache Weise geändert werden, insbesondere was die Verbindung der feststehenden Ölverteilungsvorrichtung mit dem umlaufenden. Servomotor anbelangt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelungseinrichtung an mit einem elektischen Stromerzeuger bzw. Motor unmittelbar gekuppelten hydraulischen Kreiselmaschinen mit lotrechter Welle, deren drehbare Laufradschaufeln durch einen in der Wellenachse angeordneten hydraulischen Servomotor verstellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor unterhalb der Laufradnabe angeordnet ist.
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Regeltingseinriehtting on hydraulic gyroscopic machines with a vertical shaft that are directly coupled to an electric generator or motor.
In the previously common types of hydraulic impeller control of centrifugal machines (impeller turbines or pumps) with a vertical shaft and directly coupled generator or motor, the pressure oil is fed from above to the servo motor located between the coupling flanges in a central bore in the generator shaft. This makes it necessary that the construction of the power generator and the exciter machine, possibly also of the support bearing placed on the upper spider, can only be carried out in compliance with the requirements of the turbine designer.
The oil distribution frame above the power generator creates an undesirable increase in the overall height not only of the power generator itself, but also of the machine house. Furthermore, the turbine wheel can only be replaced if the rotor of the generator and the oil supply pipes with the oil distributor block have been removed beforehand. What has been said here about directly coupled turbines and power generators applies equally to vertical-axis impeller pumps with moving blades that are connected directly to an electric motor.
The stated disadvantages are avoided according to the invention in that the oil is supplied from below and the servomotor is arranged below the impeller hub.
An embodiment of such a control device on a turbine runner is shown in FIG. 1 in an axial section. Fig. 2 shows the axial section of a detail on a larger scale.
The servomotor, which consists of the cylinder 1 and the piston 2 which can move vertically therein, is arranged directly below the impeller hub 3 in the same axis as this.
The piston rod 4 of the servomotor acts on the overlying mechanism for adjusting the impeller blades 5, u. in such a way that when the servomotor piston 2 moves downwards, the impeller blades are controlled to “open” and when the servomotor piston moves upwards to “close”.
The supply of the pressure oil to the two sides of the servomotor piston 2 is done from below, u. zw. From an oil distribution device 6, which is attached either to the central wall 7 of the suction pipe or to a special support. This oil distribution device 6 is shown in Fig. 2 on a somewhat larger scale.
This device contains two separate, superposed chambers 8 and 9, which are connected by the nozzle 10, 11 to a pressure supply. The lower end of a central tube 12 protrudes into the chamber 8 and is connected to a hollow body 13 which is fastened to the servomotor piston 2 and whose hollow space is in communication with the top of the servomotor cylinder through a channel 14.
A tube 15 extends from the lower part of the servomotor cylinder 1, concentrically surrounding the tube 12 leaving a gap free and protruding into the chamber 9 of the oil distribution device 6.
The servomotor cylinder is surrounded by a hood 16, at the lower end of which a downwardly projecting tube 17 is attached, which concentrically surrounds the tube 15 with a gap and protrudes up to a chamber 18 of the oil distribution device, which is arranged above the chamber 9 and with a Tube 19 is in communication.
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The device 6 is fixed, however, so that the pipes 12, 15 and 17 establish the connection between the fixed oil distribution device and the rotating servomotor without the servomotor from rotating. The tube 12, which is connected to the servomotor piston 2, must also join in with the axial movements of the piston.
If the space above the servomotor piston is to be pressurized, pressurized oil is introduced through the nozzle 10, from where it enters the chamber 8 and flows through the pipe 12 and the channel 14 into the upper part of the servomotor cylinder.
If the underside of the servomotor piston is to be pressurized, pressurized oil is introduced through the pipe 11 into the chamber 9, from where it flows upwards in the space between the pipes 12 and 15 and enters the lower part of the servomotor cylinder.
The annular space between the tubes 15 and 17, which is in communication with the interior of the hood 16, serves to drain off the sieve oil which passes through the guide bush 20 in the bottom of the impeller hub 3 or through other leaks in the pressure oil
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and can be discharged from here through a pipe 23, separate from the seepage oil. Both the seepage water and the seepage oil have a free atmospheric outlet through the inclined lines 19 and 23 in a shaft recessed in the concrete of the turbine chamber. The wastewater and oil that collects there is pumped up, the latter for reuse.
The pipes connected to the connecting pieces 10 and 11 of the oil distribution device 6 lead directly or indirectly to the control valve located at the control regulator. The feedback of the control is derived from the control spindle.
It can therefore be seen that the servomotor together with all supply and discharge elements is arranged below the impeller of the turbine, so that everything above it is completely independent of the servomotor in structural terms. This relates in particular to the power generator arranged above the turbine.
It is also advisable to use a shaft or coupling piece between the coupling flanges of the shaft of the turbine and the shaft of the power generator, which is so long that, when it is removed, there is such a wide gap between the two coupling flanges that the turbine wheel is completely can be excavated without having to remove the power generator located above. So you can change the impeller without having to dismantle the generator and move it away.
In the case of Francis turbines, such intermediate pieces have already been switched into the machine shaft for the purpose of enabling the turbine runner to be lifted out completely after this intermediate piece has been removed. But Francis turbines did not require any special arrangement or training of the necessary organs. In the case of vertical-axis rotary machines, the rotatable impeller blades of which are to be adjusted by a hydraulic servomotor arranged in the shaft axis, the installation of such an intermediate piece was not possible in the designs that have become known up to now, taking into account the linkage that goes through the hollow shaft.
Only the special arrangement of the servomotor, as it has been described here, has made it possible to install an intermediate piece in the shaft,
When the turbine is poured upwards, the impeller servo motor is also arranged directly below the impeller hub; the oil distribution device 6 is then moved to the space below the turbine nozzle.
In structural terms, the device described can be changed in many ways, in particular the connection of the fixed oil distribution device with the rotating one. Servo motor concerned.
PATENT CLAIMS:
1. Control device on hydraulic centrifugal machines with vertical shafts directly coupled to an electric generator or motor, the rotatable impeller blades of which are adjusted by a hydraulic servomotor arranged in the shaft axis, characterized in that the servomotor is arranged below the impeller hub.