DE405716C - Mit Druckfluessigkeit betriebener Turbinenregler - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1924

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c GRUPPE

(W64392 IjΊ4c)

Westinghouse Electric and Manufacturing Company in East Pittsburg, Penns. Mit Druckflüssigkeit betriebener Turbinenregler. Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1923 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 7. August 1922 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf Regler, wie sie zur Regelung der Geschwindigkeit von Dampf- und Gasturbinen benutzt werden und insbesondere auf einen durch Flüssigkeitsdruck betriebenen Turbinenregler derjenigen Art, bei welcher der Druck einer Feder normalerweise einem auf einen Kolben übertragenen Flüssigkeitsdruck das Gleichgewicht hält, welcher sich mit der Turbinengeschwindigkeit ändert. Die Vorrichtung gemäß der

Erfindimg dient dazu, den Einfluß der Regelungsfeder so zu ändern, daß die prozentuale Geschwindigkeitsänderung der Turbine im Regelungsbereich des Reglers im wesentlichen konstant bleibt.

Ferner ist der Regler gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung versehen, durch welche die Anfangsspannung oder Belastung der Reglerfeder und ihre Durchbiegung während des

ίο Arbeitens des Reglers einstellbar ist, so daß auf diese Weise die Turbinengeschwindigkeit geändert werden kann.

Für eine gegebene Feder ist die Kraft, die für eine Durchbiegungseinheit erforderlich ist, eine Konstante, welche eine Charakteristik der

Pl

Feder ist und durch den Bruch. E = — ausgedrückt werden kann, worin P die Belastung der Feder bezeichnet, / die Anfangslänge der unbelasteten Feder und χ die gesamte Durchbiegung. Es ist anzumerken, daß die erwähnte Kraft für die Durchbiegungseinheit für eine gegebene Feder ein für allemal unveränderlich ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, durch welche der Einfluß einer Feder von gegebenen Abmessungen so veränderlich ist, daß er sich entsprechend der Charakteristik einer Feder von anderen Abmessungen verhält, d. h. so, als ob die Feder- : kraft geändert wurde. Dies wird durch eine 1 künstliche Änderung des Nenners des Bruches erreicht, welcher die für eine Durchbiegungseinheit erforderliche Kraft ausdrückt, und welche in der weiteren Beschreibung der Kürze halber mit Federstärke bezeichnet ist. Bei der Berechnung von Reglern für Turbinen und ähnliche Kraftmaschinen dieser Art zeigt es sich häufig, daß eine Feder, die die gewünschte Stärke und Charakteristik besitzt, solche Abmessungen erhalten würde, die ihre Anwendung praktisch ausschließen. Die Er- j findung aber ermöglicht es, die gewünschte j Federstärke in einem solchen Falle durch eine Feder von praktisch brauchbaren Abmessungen zu erhalten. j Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine i Ausführungsform. ; Abb. ι ist eine teils im Schnitt, teils in An- ^l sieht gehaltene Darstellung eines Turbinen- j reglers gemäß der Erfindung, \ Abb. 2 ist das Schema eines Teiles des : Reglers, 1 Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie ΠΙ-ΙΓΙ ■ der Abb. 1 und ;

Abb. 4 eine Einzeldarstellung eines Teiles des Reglers mit der normalen Stellung in aus- · gezogenen Linien und einer veränderten Einstellungslage in punktierten Linien. Weitere ; Besonderheiten der Erfindung ergeben sich ' aus der folgenden Beschreibung. '

In Abb. I deutet 10 eine Turbinenwelle an, die in geeigneter Weise in einem Gehäuse 11 gelagert ist. Auf dieser Welle läuft eine Umlaufpumpe 12 zur Erzeugung eines Flüssigkeitsdruckes, der sich mit der Turbinengeschwindigkeit ändert. Schmieröl, wie es für ι Turbinenlager gebräuchlich ist, ist eine für diesen Zweck geeignete Flüssigkeit, doch kann naturgemäß auch sonst eine andere Flüssigkeit gebraucht werden.

An dem Turbinengehäuse n ist in bekannter Weise ein Reglergehäuse 13 befestigt mit einem Zylinder 14, in welchem ein Kolben 15 gleitet. Dieser Kolben 15 ist hohl und mit Rohransätzen 16 und 17 oben und unten versehen, wobei der obere Rohransatz 16 durch eine Decke 18 abgeschlossen ist und Entlüftungsöffnungen 20 hat. Ferner sind untere und obere Einlaßöffnungen 21 und 22 sowie eine Auslaßöffnung 19 vorgesehen, mittels deren die Druckflüssigkeit entweder oberhalb oder unterhalb des Kolbens 15 eingelassen werden kann, um diesen im Zylinder 14 aufwärts oder abwärts zu bewegen oder ihn im Stillstand zu erhalten, wie dies bei solchen Reglern bekannt ist.

Der Einlaß der Flüssigkeit nach den Öffnungen 21 und 22 des Kolbens 15 wird durch einen Rohrschieber 23 gesteuert, der im KoI-ben gleitbar ist und mit öffnungen 26 und 27 versehen ist. Der Steuerschieber 23 ist ferner am Umfang mit einem ringförmigen Auslaßspalt 24 versehen, welcher die Verbindung wechselweise zwischen den Kolbenöffnungen 21 und 22 und der Auslaßöffnung 19 herstellt. Am oberen Ende ist der Steuerschieber 23 durch einen Kopf 28 geschlossen, der ein Federlager 29 hat und einen achsialen, nach unten vorspringenden Anschlag 31 besitzt.

Ein Hebel 32 greift am Kolbenkopf iS mittels einer Gelenkstange 34 an. Der Hebel 32 ist mit dem Drosselventil der Turbine mittels eines geeigneten Gestänges verbunden. Ein bei 38 in einem Stege 39 am Gehäuse 13 drehbarer Hebel 37 ist unterhalb des Steuerschiebers 23 angeordnet. Wie ersichtlich, ist der Drehpunkt 38 des Hebels 37 als Kugel- und Pfannengelenk ausgebildet. Doch ist diese Ausführungsform nur beispielsweise, und es kann jede Gelenkverbindung angewendet werden, sofern nur der Durchtritt von Druckflüssigkeit durch den Steg 39 verhindert wird. Die Außenenden der Hebel 32 und 37 sind durch eine Gelenkstange 41 miteinander verbunden, während das Innenende des Hebels 37 ein Federlager 42 trägt.

Die Federlager 29 und 42 sind durch eine schraubenförmig gewundene Zugfeder 43 verbunden, welche unter einer bestimmten Anfangsspannung angebracht wird, so daß sie

bestrebt ist, den Steuerschieber 23 nach abwärts zu ziehen. Dieser Zugkraft wirkt der Flüssigkeitsdruck aus der Pumpe 12 entgegen, welche durch einen Kanal 44 Zutritt liat und gegen die Unterseite des Schieberkopfes 28 drückt. Die Feder 43 ist so gewählt, daß bei der normalen Turbinengeschwindigkeit ihre Zugspannung dem Flüssigkeitsdruck gegen den Schieberkopf 28 das Gleichgewicht hält, so daß der Schieber 23 in seiner neutralen Absperrstellung steht, in welcher er die Einlaßöffnungen 21 und 22 des Kolbens 15 abschließt und infolgedessen diesen und damit auch das Drosselventil der Turbine im Stillstand hält.

An die Auslaßöffnung 19 des Kolbens 15 schließt sich ein Kanal 56 an, durch welchen flie ausgelassene Flüssigkeit nach dem Einlaß der Pumpe 12 gelangt, wobei an irgendeiner geeigneten Stelle der Kanal 56 mit einem Steigrohr oder einer sonstigen Vorrichtung zur Erzeugung eines konstanten Flüssigkeitsdruckes in Verbindung steht. Der Kanal 56 kann auch mit einem Überlauf 58 versehen sein, welcher durch einen Kanal 59 zu den Turbinenlagern Verbindung hat, wenn Schmieröl als Druckflüssigkeit gebraucht wird.

Wenn die Turbinengeschwindigkeit steigt, so überwindet der aus der entsprechend vergrößerten Pumpengeschwindigkeit sich ergebende größere Flüssigkeitsdruck die Spannung der Feder 43, so daß der Steuerschieber 23 aufwärts gedrückt wird, die Kolbenöffnung 22 frei wird und Druckflüssigkeit unter den Kolben 15 tritt. Die Flüssigkeit über dem Kolben 15 wird durch die Öffnung 21 und den Spalt 24 nach der Auslaßöffnung 19 herausgelassen. Der Flüssigkeitsdruck unter dem Kolben 15 treibt diesen nach oben, bis die öffnungen 21 und 22 wieder geschlossen werden, während gleichzeitig mittels der Lenkstangen 34 und 36 und des Hebels 32 das Drosselventil der Turbine verstellt wird, um ihre Geschwindigkeit zu verringern.

In gleicher Weise gewinnt bei Verringerung der Turbinen- und der Pumpenge schwindigkeit die Spannung 43 das Übergewicht und schiebt den Steuerschieber 23 abwärts in eine Stellung, bei welcher diese Kraft wieder ausgeglichen wird. Die Abwärtsbewegung des Steuerschiebers bewirkt einen Zutritt der Druckflüssigkeit durch die Öffnung 21 über den Kolben 15, welcher dann dem Steuerschieber 23 in seiner Abwärtsbewegung nachfolgt, bis wieder Absperrung eintritt und die Teile einen neuen Gleichgewichtszustand erreichen.

Die Erfindung sieht für die Reglerfeder eine Nacheilvorrichtung vor, mittels welcher große Hübe des Kolbens 15 und damit des Turbinendrosselventils bei verhältnismäßig geringen Abweichungen der Feder 43 erreicht werden können. Diese Vorrichtung besteht aus der Gelenkstange 41, dem Hebel 37 und dem zugehörigen Federlager 42. Eine Aufwärtsbewegung des Steuerschiebers 23, welche eine entsprechende Dehnung der Feder 43 zur Folge hat, wird von einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 15 begleitet. Diese Bewegung überträgt sich auf den Hebel' 32 und dann durch die Nacheilvorrichtung auf das Federlager 42, so daß dem unteren Ende der Feder 43 eine die vorhergehende Dehnung ausgleichende Aufwärtsbewegung erteilt wird.

Ferner trifft die Erfindung Vorkehrungen zur Änderung der Turbinengeschwindigkeit durch Einstellung der Stärke und der Spannung der Feder 43. Die geflanschte Rolle 33, welche den Drehpunkt des Hebels 32 enthält, ist an einem Ende eines Winkelhebels 46 drehbar angeordnet, der bei 47 in einem Auge 48 drehbar ist, das starr mit dem Reglergehäuse 13 verbunden ist. Eine Gelenkstange 45, welche einen festen Drehpunkt 47 mit einem Ende des Hebels 32 verbindet, beschränkt diesen zu einer seitlichen Bewegung gegenüber der Rolle 33. Das andere Ende des Winkelhebels 46 ist mittels einer Gelenkstange 49 mit einer geeigneten Einstellvorrichtung, beispielsweise einem Gewinde und Muttergetriebe 51 verbunden. Wie ersichtlich, läßt sich diese Vorrichtung 51 mittels eines Handrades 52 verstellen. Doch können statt dessen bekannte motorisch gesteuerte Stellvorrichtungen Anwendung finden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Geschwindigkeitsänderung ist am besten aus der Abb. 4 ersichtlich. Eine Bewegung des Winkelhebels 46 mittels der Stellvorrichtung 51 veranlaßt eine Bewegung des Mittelpunktes der Rolle 33 in einem Kreisbogen A-A, der um den Drehpunkt 47 als Mittelpunkt mit einem Radius gleich dem kurzen Arm des Winkelhebels 46 geschlagen ist. Diese Bewegung zerlegt sich in zwei Komponenten V und H parallel und senkrecht zur Bewegungsebene des Kolbens 15.

Es ist ersichtlich, daß die senkrechte Komponente V dieser Bewegung eine senkrechte Lagenänderung des Hebels 32 bewirkt, der durch die Gelenkstange 41 und den Hebel 37 das B'ederlager 42 verstellt und damit die Anfangsspannung oder Belastung der Feder 43 ändert. Diese Einstellung ändert auch die Stellung des Drosselventils der Turbine durch die Verschiebung der Gelenkstange 36. Die wagerechte Komponete // dieser Bewegung regelt Änderungen in der Stärke der Feder 43 in folgender Weise: Angenommen, es ist er-

wünscht, den Arbeitsbereich der Turbine zu verringern, so wird die Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung so eingestellt, daß die wagerechte Komponente H der Bewegung der Rolle 33 längs dem Kreisbogen A-A nach rechts gerichtet ist, so daß der Drehpunkt des Hebels 32 in dem Sinn verschoben wird, daß der linke Hebelarm verlängert und der rechte Hebelarm verkürzt wird. Ist diese Einstellung geschehen, so wird eine Abwärtsbewegung des Steuerschiebers 23 und des Kolbens 15 infolge des verringerten Flüssigkeitsdruckes wegen der abnehmenden Turbinengeschwindigkeit ebenso wie vor der Eint5 stellung begleitet durch eine Abwärtsbewegung des Federlagers 42 infolge des Einflusses der Nacheilvorrichtung. Aber wegen der Änderung des Hebelarmverhältnisses des Hebels 32 bewegt sich nun das Federlager 42 um ein größeres Maß abwärts, als es für die gleiche Änderung der Turbinengeschwindigkeit vor der erwähnten Einstellung der Fall war. Angenommen, daß die Änderung in der Turbinengeschwindigkeit vor und nach der Einstellung der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung die gleiche ist, so wird auch der Flüssigkeitsdruck in beiden Fällen derselbe sein, so daß die Belastung der Feder 43 sich nicht geändert haben würde. Wegen der größeren Bewegung des Federlagers 42 aber wird die Dehnung der Feder 43 größer, so daß, wenn diese Federbewegung 5¹ als Verhältnis der Belastung P der Feder und ihrer

ρ Dehnung D ausgedrückt wird, S = -^- wird.

In diesem Bruch ist der Nenner gewachsen, während der Zähler konstant geblieben ist. Entsprechend bewirkt diese Einstellung eine Verringerung der Stärke der Feder 43, so daß die Wirkung dieser Federeinstellung dieselbe ist, als wenn eine Feder von geringerer Stärke für die Feder 43 eingesetzt worden wäre.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Mit Druckflüssigkeit betriebener Turbinenregler, bei welchem eine Feder einem Flüssigkeitsdruck entgegenwirkt, den sie normalerweise ausgleicht, und der sich entsprechend der Turbinengeschwindigkeit ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Flüssigkeitsdruck beeinflußter Kolben durch ein Hebelgestänge mit dem einen Ende der Feder in der Weise verbunden ist, daß die s|ch entgegenwirkenden Kräfte des Flüssigkeitsdruckes und der Feder im wesentlichen konstant gehalten werden.
2. 2. Turbinenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssig- ⁶<> keitsdruck für den Kolben (15) durch einen Steuerschieber (23) gesteuert wird, der durch Änderung des Flüssigkeitsdruckes bewegt wird, und an dem das eine Ende einer Feder (43) befestigt ist, welche diesem Flüssigkeitsdruck entgegenwirkt, während ihr anderes Ende mit einem .Hebelgestänge (32, 37, 41) verbunden ist, welches unter Einfluß der Kolbenbewegung steht und durch die Feder vom Kolben aus so bewegt wird, daß die entgegengesetzten Kräfte der Feder und des Flüssigkeitsdruckes konstant und die Längenänderungen der Feder gegenüber dem Kolbenhub während der Reglungsbewegung verhältnismäßig gering bleiben.
3. 3. Turbinenregler nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hebel (32) mit seinem einen Ende mit dem Kolben und mit dem anderen mit der Feder verbunden ist, während ein zweiter Hebel (37) mit festem Drehpunkt (38) an einem Ende mit dem anderen Federende verbunden ist und eine Gelenkstange (41) die freien Enden beider Hebel verbindet, in Verbindung mit einem Winkelhebel (46), an welchem sich der Stützpunkt des erstgenannten Hebels (32) befindet, und der so verstellbar ist, daß der Drehpunkt dieses Hebels in zwei Ebenen parallel und senkrecht zur Ebene der Kolbenbewegung gleichzeitig verstellt wird, wodurch die Kraft zur Spannung der Feder um ein gegebenes Maß einstellbar ist, um den Geschwindigkeitsbereich des Reglers beliebig einstellen zu können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.