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Steuerung für Dampf-oder Gasturbinen.
Die Erfindung bezieht sich auf solche Steuerungen für Dampf-oder Gasturbinen, bei denen mehrere Einlassventile mittels auf einer gemeinsamen Steuerwelle angeordneter Unrundscheiben betätigt werden und hat Einrichtungen zum Gegenstande, welche sowohl die Schliessals auch die Öffnungsbewegung der einzelnen Ventile zwangsläufig bewirken und gleichzeitig die Ausnutzung eines Verstellwinkels der Steuerwelle um theoretisch 180, praktisch um ungefähr 170 Bogengrade ermöglichen. Die Ausnutzung eines derart grossen Verstellwinkels gewährt die Vorteile, dass die Steigung der Anlaufkurven der Unrundscheiben sanft gewählt werden kann, wodurch das Schlagen der Steuerung hintangehalten und eine günstige Verteilung der Stellkraft des Servomotors erreicht wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass jede der auf der Steuerwelle sitzenden Unrundscheiben mittels zweier nach Art eines Lenkerparallelogramms mit der Ventilspindel verbundener Hebel, welche die auf der betreffenden Unrundscheibe laufenden Abnehmerrollen tragen, das ihr zugeordnete Ventil betätigt, so dass die Verstellungen der Ventile sowohl im Sinne des Öffnens als auch des Schliessens zwangsläufig und unter Ausnutzung eines Verdrehungswinkels der Steuerwelle von theoretisch 1800 erfolgt.
Die Fig. 1 der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichenden Zeichnung zeigt die neue Steuerung in schematischer Darstellung ; die Fig. 2 stellt die Steuerung in einem durch die Steuerwelle geführten Schnitt dar ; die Fig. 3 zeigt das Zahnradgetriebe, welches den Servomotor mit der Steuerwelle verbindet ; die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung der Drosselventile zu beiden Seiten der Steuerwelle.
In der Fig. 1 ist bloss eines der Drosselventile dargestellt und mit 8 bezeichnet ; seine Betätigung erfolgt mittels eines Steuernocken oder einer Unrundscheibe 1, die auf der Steuerwelle 2 aufgekeilt ist. Auf der Unrundscheibe 1 laufen zwei Rollen 3 und 3', die auf einarmigen Hebeln 4, 4'befestigt sind, die bei 5 bzw. 51 gelagert sind. Die freien Enden der beiden Hebel 4 sind mit der Spindel 6 des Drosselventils 8 verbunden. Wird behufs Öffnens des Ventils 8 die Unrundscheibe 1 in der Pfeilrichtung (Fig. 1) um den Winkel g gedreht, so gelangt die Rolle 3 vom Punkte a des Umfanges der Unrundscheibe 1 bis zum Punkt b und wird dabei um den Betrag s gehoben, welcher der Differenz der Vektoren an den Punkten a und b entspricht.
Die Verstellung s wird im Verhältnis der Hebelarme x : y vergrössert auf den Hebel 4 übertragen und bewirkt das Anheben des Ventils 8 um den Betrag A. Bei einer Drehung der Unrundscheibe in entgegengesetzter Richtung kehrt die zweite Rolle 3'vom Punkt b', an welchen sie während des Öffnens des Ventils 8 gelangt ist, zu Punkt f/der Unrundscheibe zurück, wodurch sie um den Betrag s gesenkt wird und das Ventil 8 schliesst. Das Öffnen und Schliessen des Ventils 8 erfolgt somit zwangsweise.
In die Ventilspindel 6 ist vorteilhaft eine Pufferfeder 9 eingebaut, deren Hub und Spannung jedoch in keinem Zusammenhang mit dem Hub und der Stellkraft des Ventils steht und die lediglich Ungenauigkeiten des Bewegungsmechanismus durch Ausführungsmängel oder Wärmedehnungen auszugleichen hat.
Das zur Verstellung der Unrundscheibe 1 notwendige Drehmoment ist um so günstiger. je kleiner das Verhältnis der Hebelarme y : x ist. Um diesem Verhältnis einen zulässigen Wert
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geben zu können, ist man bestrebt, den Höchstwert des Ventilhubs A durch Vergrösserung des unmittelbar durch die Unrundscheibe 1 herbeigeführten Hubes s zu erreichen, Wie die Fig. 1 zeigt, ist aber bei gleicher Steigung der Umfangsfläche der Unrundscheibe 1 eine Vergrösserung des Wertes von s nur durch Vergrösserung des Zentriwinkel g möglich. Diese ist aber mit grossen Stellwegen des Servomotors verbunden und verursacht einen grossen Arbeitsaufwand für die Regulierung.
Bei dem bekannten hydraulischen Kraftgetriebe mit mechanischer Rückführung bedingt dies nicht nur ansehnliche Regulatorhübe, sondern infolge der grösser ausfallenden Massen des Rückführgestänges auch grössere Verstellkräfte am Regulator. Dieser muss deshalb grössere umlaufende Massen bei grossen Stellwegen erhalten, sein Gewicht steigt und seine-Betriebsdrehzahl wird kleiner, wodurch ein grösserer konstruktiver Aufwand notwendig wird.
Hiebei wird es immer schwieriger, den Unterschied der Drehzahlen bei Leerlauf und bei Belastung auf das geforderte Mindestmass zu bringen, insbesondere kann die sogenannte vorübergehende Drehzahländerung nach einem Belastungswechsel, die in erster Linie von dem Verhältnis der Muffenbelastung zur Verstellenergie sowie von dem geforderten Stellweg des Reglers abhängig ist, nicht unter 6% gebracht werden.
Den geschilderten Nachteil weisen alle bekannten Ausführungen der Steuerung auf, bei denen der Steuerimpuls des Regulators statt durch hydraulische Kupplungen oder hydraulische Vorsteuerungen durch rein mechanische Mittel, z. B. durch Gestänge und Drehservomotoren, auf die Regulierwelle übertragen'wird.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, den notwendigen Höchstwert des Ventilhubes mit einem Mindestmass des Hubes von Fliehkraftregler und Servomotor und daher durch ein Minimum von Steuerarbeit zu erreichen. Die Einrichtungen, mittels welcher diese Aufgabe gelöst wird, sind in den Fig. 2-4 der Zeichnung veranschaulicht.
Die Unrundscheiben 1, welche in der Zahl der Drosselventile entsprechender Anzahl vorgesehen sind, sind auf der gemeinsamen Welle 2 aufgekeilt, deren Antrieb durch ein Zahnrad 10 erfolgt, das mit einem Zahnsegment 11 in Eingriff steht, dessen Drehzapfen 12 fest gelagert ist (Fig. 3). Hiebei werden, wie die Fig. 4 zeigt, die Ventile 8, 81, 82, 83 usw. abwechselnd zu beiden Seiten der gemeinsamen Antriebswelle 2 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Verkürzung des gemeinsamen Gehäuses, da sich dessen Lage nicht mehr aus der Summe der Durchmesser der Ventilgehäuse bzw. der ihnen zugehörigen Flanschen zusammensetzt. Das Zahnrad 10 und das Zahnradsegment 11 erhalten eine Schraubenverzähnung, um die grösste Genauigkeit zu erzielen und einen toten Gang vollkommen zu vermeiden.
Das Zahnsegment 11 wird mittels einer in einem Zwischenpunkt 13 angreifenden Stange 14 von dem Kolben 15 des Ölservomotors gehoben und versenkt. Durch eine passende Wahl des Angriffspunktes 13 ist es möglich, den grössten bei solchen doppeltwirkenden Nockenscheiben überhaupt ausnutzbaren Verdrehungswinkel des Zahnrades 10 von 180 bei gleichzeitig kleinstem Hub des Kolbens 15 zu erreichen. Der auf diese Weise erreichte sehr geringe Hubdes Kolbens 15 gestattet es nun, mittels der Stange 16, der Geradführung 17 sowie der Stange 18 mit einem Stellweg des Fliehkraftreglers 19 das Auslangen zu finden, der nur einen Bruchteil des bei den bekannten Konstruktionen erforderlichen Stellweges beträgt.
Dadurch wird sowohl der dauernde als auch der vorübergehende Tourenabfall auf ein Mindestmass beschränkt, ohne dass die Regulierung labil wird. Das wesentlich verminderte Volumen des Servomotors gestattet es, mit ganz kleinen Steuerölmengen das Auslangen zu finden, wodurch die Schliesszeiten und die Ausmasse des Steuerschiebers 20 weiter verringert werden.
Wie die Fig. 2 zeigt, können sämtliche Steuerorgane, der Regler 19 mit dem Tourenstellzeug, dem Steuerschieber 20, dem Servomotor samt dem Übertragungsgestänge und dem Zahnradgetriebe 10, 11 leicht in einem einzigen Gusskörper 22, z. B. an dem Lagerdeckel der Maschine, untergebracht werden.
Die beschriebene Steuerung kann mit Vorteil auch bei Zwei-oder Mehrdruckdampfturbinen Verwendung finden, so dass ein Teil des am Zahnrad 10 erreichten Verdrehungswinkels zur Betätigung von Frischdampfventilen, der andere Teil zur Betätigung von Speicher- oder Abdampfventilen dient. Hiebei kann jedem dieser Betriebsmittel ein beliebiger Leistungsanteil zugeordnet werden.
Am vorteilhaftesten wird die Ausführung der Übersetzung bei der beschriebenen Anord- nung so gewählt, dass einer minimalen Verdrehung des Zahnrades 10 um 1700 ein maximaler
Hub von 50 mm des Servomotors entspricht, wodurch ein geringster Aufwand an Steuerarbeit erzielt wird.
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