DE465691C - Regelungsvorrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Laufrad- und der Leitschaufeln von Wasserturbinen - Google Patents

Regelungsvorrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Laufrad- und der Leitschaufeln von Wasserturbinen

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DE465691C
DE465691C DEJ30662D DEJ0030662D DE465691C DE 465691 C DE465691 C DE 465691C DE J30662 D DEJ30662 D DE J30662D DE J0030662 D DEJ0030662 D DE J0030662D DE 465691 C DE465691 C DE 465691C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

  • Regelungsvorrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Laufrad- und der Leitschaufeln von Wasserturbinen Die Regelung der Laufrad- und der Leitschaufeln von Wasserturbinen erfolgt gewöhnlich getrennt, und die die augenblicklich vorteilhafteste Stellung der Laufradschaufeln gegenüber den Leitschaufeln vermittelnde Übersetzung ist bei den bisher bekannten Anordnungen in der Regel außerhalb der Turbine angeordnet, so daß die Regelungsvorrichtung sehr kompliziert ist.
  • Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß die Regelungsvorrichtung unmittelbar in der Turbine angeordnet und die Einstellung der Laufrad- und Leitschaufeln durch einen einzigen Antrieb von außen derart bewirkt werden kann, daß die Stellung der Lauf -radschaufeln gegenüber den Leitschaufeln jeweils dem besten Wirkungsgrade der Turbine entspricht.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
  • Abb. i ist ein axialer Schnitt durch die Turbine mit einer Regelungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie B-B in Abb. i.
  • Abb. 3 zeigt einen Teil der Regelungsvorrichtung.
  • Abb. .4 ist eine Teilansicht zu Abb. i.
  • Abb. 5 zeigt im axialen Schnitt das zweite Ausführungsbeispiel.
  • Abb. 6 ist eine Teilansicht zu Abb. 5, teilweise im Schnitt. Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Abb. i bis 3 ist auf dem Deckel der Turbine eine Konsole i befestigt, die das Gehäuse 2 für das Lager 3 der Welle 4 des Laufrades 5 und für das Lager 6 der Regelungsvorrichtung trägt. Auf der Außenseite der Schale des Lagers 6 sind in axialer Richtung Führungsleisten 7 angebracht, die in Ausschnitte im Gehäuse 2 hineinragen. Auf dem Gehäuse 2 ist ein Regelungsring 8 gelagert, in dessen Innenseite zwei bzw. mehrere Nuten 9 (Abb. 3) eingeschnitten sind, in welche mehrere an den Leisten 7 drehbar gelagerte Rollen io hineinragen. Im Lager 6 ist ein Ouerstück i i befestigt, das ohne Spiel durch das äußere Ende der Steuerstange 12 durchgeht, die durch die Übersetzung 12 mit den Laufradschaufeln verbunden ist.
  • In der Stirnfläche des Ringes 8 sind Zapfen 14 (Abb. d.) befestigt, auf denen Arme 15 drehbar sitzen, die mit Hebeln 16 gelenkig verbunden sind, welche auf den Zapfen 17 der Leitschaufeln 18 fest aufgekeilt sind.
  • Die Nuten 9 des Regelungsringes 8 sind derart gestaltet, daß sie die jeweils wirksamste Stellung der Leitschaufeln gegenüber den Laufradschaufelnbestimmen.
  • Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß bei Verdrehung des Regelungsringes 8 die Leitschaufeln durch die Übersetzung 1q., 15, 16 eingestellt werden und gleichzeitig durch die Zusammenwirkung der Rollen io mit den Nuten 9 die Steuerstange 12 verstellt wird, die mittels der Übersetzung 13 die Laufradschaufeln verdreht.
  • Der Regelungsring 8 wird gemäß dem in den Abb. r bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels der Schnecke r9 entweder von Hand oder motorisch oder durch einen geeigneten, von der Turbine beeinflußten Regler bewegt.
  • Die Nuten 9 im Regelungsringe 8 können durch Ausschnitte derselben Gestalt ersetzt werden; in diesem Falle muß jedoch auf den Ring noch eine besondere Büchse aufgesetzt werden, und erst an diese Büchse wird die die Leitschaufeln betätigende Übersetzung angeschlossen.
  • Die Steuerstange 12, kann hohl ausgebildet werden und als ein Teil eines zur indirekten Regelung gewöhnlich benutzten Servomotors dienen, dessen anderer Teil die Einstellung der Laufradschaufeln bewirken kann.
  • Ein solcher Servomotor ist bei der Ausführungsform nach Abb. 5 und 6 benutzt, die von der eben beschriebenen noch darin abweicht, daß der Regelungsimpuls nicht auf den Regelungsring, der dann die Leitschaufeln direkt und die Laufrädschaufeln entweder gleichfalls direkt oder, wie oben erwähnt, über einen Servomotor verstellt, sondern durch eine Bohrung der Welle des Laufrades auf den Servomotor ausgeübt wird, der, wie bekannt, die Laufradschaufeln direkt, die Leitschaufeln dagegen über den Regelungsring steuert.
  • Diese Anordnung eignet sich insbesondere für große Turbinen, weil dann der Regelungsring viel kleinere Kräfte überträgt als bei der ersten Ausführungsform, die mehr für kleinere Turbinen bestimmt ist. Die Laufradschaufeln brauchen nämlich während des Betriebes zu ihrer Einstellung mehr Kraft als die Leitschaufeln, weil sie die ganze Arbeit der Turbine übertragen, während die Leitschaufeln nur die Wasserströmung richten und steuern.
  • Der Servomotor ist in der Nabe 2z des Laufrades angeordnet, so daß diese Nabe den Zylinder des Servomotors bildet. In diesem Zylinder 2i gleitet ein Kolben 22, dessen Stange 23 hohl ausgebildet ist. In die Bohrung dieser Kolbenstange ragt ein als Schieber arbeitendes Rohr 24 hinein, das entweder direkt oder indirekt durch einen Regler (nicht dargestellt) betätigt wird, der unmittelbar an der Turbine angebracht sein kann.
  • Der Zylinder 21 ist durch einen Endflansch der hohlen Welle 26 des Laufrades bildenden Deckel 25 abgeschlossen. Die Kolbenstange 23 ist bei 27 abgesetzt, so daß ein freier Raum zur Aufnahme des durch die Kanäle 28 austretenden Drucköles entsteht. An beiden Seiten des Kolbens 22 sind in der Kolbenstange 23 Öffnungen 29, 30 vorgesehen, die normalerweise durch Ringflansche 3r, 32 des Schiebers 24 abgedeckt sind.
  • Mit dem Kolben 22 sind Zugstangen 33 gelenkig verbunden, deren andere Enden an Hebel 34 angelenkt sind, die auf den Zapfen der La%ifradschaufeln aufgekeilt sind.
  • In dem oberen Ende der hohlen Kolbenstange 23 ist ein Querstück 35 befestigt, das mit dem Lager 36 fest verbunden ist, welches mittels Führungsleisten 361 in Ausschnitten des am Deckel 38 der Turbine angebrachten Gehäuses 37 geführt ist. Auf diesem Gehäuse 37 ist, wie nach Abb. r bis ,4, der Regelungsring 39 aufgesetzt, mit dessen Nuten die von dem Lager 36 bzw. seinen Führungsleisten 36' getragenen Rollen 40 zusammenarbeiten. Am Ringe 39 sind Arme 41 (Abb. 6) angebracht, an welche die Zugstangen 42 angelenkt sind, die andererseits mit den auf den Zapfen der Leitschaufeln befestigten Hebeln 43 gelenkig verbunden sind.
  • Bei Veränderung der Umdrehungszahl wird das Rohr 24 durch den Regler beispielsweise abwärts verschoben (Abb. 5). Dadurch werden die Öffnungen 29, 3o durch die Flanschen 31 und 32 freigelegt, so daß das Drucköl durch die Öffnungen 44 und 29 auf die obere Seite des Kolbens 22 gelangt und diesen abwärts drückt, wobei das unter dem Kolben sich befindliche Öl durch die Öffnungen 30 und Kanäle 28 aufwärts zwischen die Kolbenstange 23 und die innere Wand der hohlen Welle 26 fließt, und zuletzt durch die Öffnungen 45 in das Gehäuse 37 eintritt, aus dem es abgeleitet wird.
  • Der Kolben 22 folgt der Bewegung des Rohres bzw. Schiebers 24 so weit, bis die Öffnungen 29, 30 wieder von den Flanschen 3 z, 32 abgedeckt werden. wodurch von neuem der Gleichgewichtszustand erreicht ist.
  • Diese Kolbenbewegung wird durch die Zugstangen.33 und Hebel 34 auf die Laufradschaufeln und durch die Kolbenstange 23 und das Querstück 35 auf das Lager 36 übertragen, das axial verschoben wird, wobei seine mit den Nuten des Regelungsringes 39 zusammenarbeitenden Rollen 4o diesen Ring verdrehen, der seine Bewegung durch das Gestänge 41, 42, 43 auf die Leitschaufeln überträgt.
  • Ein wichtiger Vorteil dieser Ausführungsform liegt noch darin, daß das axiale Hauptlager der Welle des Laufrades durch die mechanische Verbindung der Laufradschaufeln mit den Leitschaufeln nicht nur nicht ungünstig .belastet ist, sondern im Gegenteil ständig entlastet wird, insbesondere bei den Steuerbewegungen des Servomotorkolbens.
  • Wenn beispielsweise das Drucköl auf die obere Seite des Kolbens 22 einwirkt, wird durch den Druck im Zylinder 21 die Welle 26 nach oben gedrückt und dadurch das Hauptlager (nicht dargestellt) entlastet.
  • Wenn das Drucköl den Raum unterhalb des Kolbens 22 ausfüllt, wirkt es durch den nach unten gerichteten Druck auf die Nabe des Laufrades und dadurch auch auf die Welle 26 ein, wodurch das Hauptlager ungünstig belastet würde. Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden die Leitschaufel derart ausgebildet und gelagert, daß ihr durch den Wasserdruck herbeigeführtes Drehmoment den Regelungsring in dem gleichen Sinne zu verdrehen bestrebt ist, in dem dieser Ring durch den Kolben des Servomotors verdreht werden soll. Dadurch wird die Einwirkung auf die Welle 26 verringert und das Hauptlager entlastet.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE i. Regelungsvorrichtung zur gleichzeitigen Einstellung der Laufrad- und der Leitschaufeln von Wasserturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaufelsysteme in unmittelbarer Hebelverbindung mit einem Regelungsteil (8, 12 bzw. 39, 23) stehen, der in der und um die Turbinenwelle gelagert ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelungsteil aus einem axial unverschiebbaren, mit der Welle des Laufrades gleichachsig gelagerten Ring (8, 39) und einer im Innern der hohlen Turbinenwelle axial verschiebbar angeordneten Stange (i2, 23) besteht, die durch im Ring vorgesehene Kurvennuten (9) und Querstücke (11, 35) miteinander verbunden sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nuten (9) des Regelungsringes Rollen (io) o. dgl. einfassen, die durch Führungsleisten (7) eines Gleitstückes (6) getragen sind, das in einem ortsfesten Gehäuse (2) axial verschiebbar gelagert und mit der - Stange (i2) verbunden ist, welche die Regelungsbewegungen in an sich bekannter Weise mechanisch oder hydraulisch auf die Laufradschaufeln überträgt, während die Übertragung der Regelungsbewegung auf die Leitschaufeln durch eine auf den Regelungsring (8) angeschlossene Übersetzung (15, 16) erfolgt. q..
  4. Vorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelungsantrieb vom Regelungsring (8) aus durch Drehung desselben erfolgt, die in bekannter Weise entweder von Hand oder motorisch vom Regler aus geschehen kann.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelungsantrieb von der Stange (35) aus durch Verschiebung derselben mittels eines Servomotors erfolgt, dessen Kolben in bekannter Weise in der hohlen Laufradnabe angeordnet ist.
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