CH178314A - Vorrichtung an Turbinen zur Herabsetzung unerwünschter Drehzahlsteigerungen, insbesondere der Durchbrenntourenzahl. - Google Patents

Description

  Vorrichtung an Turbinen zur Herabsetzung unerwünschter Drehzahlsteigerungen,  insbesondere der     Durehbrenntourenzahl.       Die meisten Turbinen haben die     uner-          wüns-ohte        Eigenschaft,        .dass    sich ihre Dreh  zahlen bei plötzlicher Abschaltung des Gross  teils ihrer     Belastung    stark erhöhen und dass  ihre     Durchbrenndrehzahl    im Verhältnis zur  Normaldrehzahl hoch liegt.

   Da, die Flieh  kräfte dem Quadrate der Umdrehungsdreh  zahl proportional sind, so,     entstehen    beim  Durchbrennen     Beanspruchungen    der rotieren  den Teile, die ein Vielfaches derjenigen bei  Normaldrehzahl betragen. Dies     gilt    nicht  nur für die Turbinen selbst,     sondern    auch für  alle an denselben direkt oder indirekt ange  triebenen Maschinen, wie Generatoren und an  diese angeschlossene     Elektromotoren,    Pum  pen, Ventilatoren usw. Alle diese Maschinen  sind für die der Turbine entsprechende       Durchbrenntourenzahl    zu     berechnen,    was  eine wesentliche Preiserhöhung ergibt.

   Da  aus     Ersparnisgründen    die     Beanspruchungen          beim        Durchbrennen    hoch     gewählt    werden, so       tritt        befm    Durchbrennen stets:     eine    gewisse    Gefährdung der .davon betroffenen Maschi  nen auf.  



       Bei.        Wasserturbinen    mit hoher spezifi  scher Drehzahl ist     das    Verhältnis der     Durch-          brenndrehzahl    zur Normaldrehzahl oft be  sonders     ungünstig,    insbesondere wenn diese       Turbinenen    noch mit stark     veränderlichen     Gefällen arbeiten. Vorstehendes Verhältnis  kann dann Werte von 2,5 bis:     3@    und mehr  annehmen und die     Zentrifugalkräfte    steigen  dadurch beim     Durchbrennen    auf das 6-     und    S  und mehrfache derjenigen bei Normalbetrieb.  



  Zweck der vorliegenden Erfindung, deren  Urheber Herr     Ing.    Arnold Süss,     Kriens,    ist,  ist es die     unerwünschten        Drehzahlsteigerun-          gen    und insbesondere die     Durchbrenndreh-          zahl    durch ein     sicherwirkendes        Mittel    herab  zusetzen.

       Dies.        geschieht    gemäss der     Erfin-          dung    dadurch,     dass    an einem mit dem treiben  den Medium in     Berührung    kämmenden Teil  des     Rotors    mindestens ein     Störungskörper     eingebaut ist, der bei     Überschreitung    der      normalen Drehzahl durch     Fliehkraftwirkung     in den     Strömungsraum    des treibenden Me  diums     heraustritt.    Die die Störung und  Bremsung bewirkende Vorrichtung wird  direkt durch die Fliehkraft     betätigt,

      welche  beim     Durchbrennen    stets vorhanden ist und  daher sicher wirkt.  



  In den     Fig.    1 bis 7 der beiliegenden       Zeichnung    sind einige Ausführungsbeispiele  der Erfindung dargestellt.  



  Die     Fig.    1 bis $     zeigen    ein     erstes    Aus  führungsbeispiel an einer Propellerturbine,  wobei     Störungskörper    in Gestalt von Brems  flügeln in der Verlängerungsspitze .der Lauf  radnabe untergebracht sind und um     Achsen     schwenkbar sind;

         Fig.    1 ist ein     Achsialschnitt    durch die       Turbine;          Fig.    2 zeigt die Abwicklung eines     Z.y-          linderschnittes.    durch einige     Laufradschau-          feln    und einen Bremsflügel;     ,.     



       Fig.    3 ist ein Schnitt durch die Brems  vorrichtung senkrecht zur Achse der Tur  bine;       Fig.    4 ist ein gleicher     Schnitt    wie     Fig.    3  durch eine Variante, und wobei     Fig.    5 ein       Aehsialschnitt    durch die Turbine und     Fig.    6  und 7 Schnitte senkrecht zur Turbinenachse  durch die Bremsvorrichtung sind;       Fig.    5 bis 7     zeigen    ein     weiteres    Ausfüh  rungsbeispiel.  



  Bei der Turbine     nach        Fig.    1 bis 3 fliesst  die     Arbeitsflüssigkeit    vom Leitapparat 1  durch     -die    Schaufeln 2 des     Laufrades    in dass  Saugrohr 3.

   In der Spitze 5 der Laufrad  nabe 4 sind die Bremsflügel 6 untergebracht,  welche um .die Zapfen 7 schwenkbar sind und  bei normaler Drehzahl durch die     Schliess-          federn    8 in ihrer in     Fig.    3     in    ausgezogenen  Linien dargestellten unwirksamen Lage ge  halten werden (Stellung 6a).     In    dieser bil  den die     Flügel    einen Teil der     glatten    Aussen  fläche der     Laufradspitze,        so:        :

  dass    keine  Bremswirkung     entsteht.    Bei     Steigerung    der  Drehzahl wird die Schliesskraft     :der    Federn  durch die Fliehkraft der Bremsflügel Über  wunden und diese treten dadurch     in    den  Strömungsraum     hinaus.    Es     entsteht    hier-    durch     einesteils    eine     direkte    Bremswirkung  wie bei einem Rührwerk und überdies eine  indirekte, indem hinter dem Laufrad eine  stark     gestörte    Strömung entsteht,

   wodurch  sowohl der Laufrad- als     aueh        der-Saugrohr-          wirkungsgrad    stark     vermindert    werden.  Durch das Zusammenwirken dieser     Fakta-ren     ist es möglich, die Durchgangsdrehzahl,     wie     Versuche ergaben, schon durch     verhältnis-          mässig    kleine Bremsflügel beträchtlich herab  zusetzen. Die Bremswirkung     ist        aus        Fig.    2.

    welche die Abwicklung eines Zylinder  schnittes durch einige Laufrad- und einen       Bremsflügel        darstellt,    besonders deutlich       ensichtlieh.    Beim Durchbrennen durchfliesst  die     Strömungeflüssigkeit        .das    Laufrad 2 mit  sehr grosser     Relativgeschwindigkeit    und     isst     diese beim Austritt aus :dem Laufrad bei  nahe senkrecht in bezug auf die Bremsflügel  6.

   Die dort     entstehende        Umlenkkraft        wirkt     der     Umfangsgeschwindigkeit    :des Lauf  rades :direkt entgegen, so dass     :diese    herab  gesetzt wird.  



       Fig.    4 stellt eine Variante dar, bei wel  cher die     Bremsflügel    in ihrer unwirksamen  Lage durch unter Federwirkung     stehende          Klinken    9 festgehalten werden, welche sich  unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte bei       beginnendem    Durchbrennen derart drehen,  dass sie die Bremsflügel frei geben. Diese  Variante hat gegenüber der Vorrichtung  nach     Fig.    3 den     Vorteil,    dass die auf die       Klinken    wirkenden Federn bedeutend kleiner  und schwächer gehalten werden können als  die Schliessfedern B.

   Der Verbindungshebel  10 mit Drehpunkt 11 hat den Zweck, genau  gleichzeitiges     Verschwenken    beider     Klinken     zu erreichen, da sonst beim Ausschwenken  nur eines Bremsflügels eine     Unbalance    des  Laufrades entstehen würde, welche Vibration  erzeugen könnte.  



       Eine    ähnliche Verbindung der beiden  Bremsflügel miteinander könnte auch beim  ersten     Ausführungsbeispiel    vorgesehen sein.  



  In den     Fig.    5 bis 7 ist eine     Vorrichtung     :dargestellt, bei welcher die Bremsflügel  durch     schieberartige    Körper 12 gebildet  werden. In     Fig.    6     sind    die Bremsflügel im      ausgestreckten Zustand entsprechend der  Stellung beim Durchbrennen, in     Fig.    7 in  zurückgezogener Lage entsprechend der  Stellung bei normaler Drehzahl dargestellt,  Sie werden bei normaler Drehzahl durch die  Federn 13     zurüekgehalten.    Ihre äussere  Stirnfläche ist dann mit der Aussenfläche  der     Laufradspitze    bündig, so dass sie bei  normaler Drehzahl keine Bremswirkung ver  ursachen.

   Die ausgestreckte Lage der Brems  flügel wird durch die Nocken 14 begrenzt.  Die     Querschnittsform    und Stellung     .der     Bremsflügel kann so gewählt werden, dass  sie in der Drehrichtung einen möglichst  grossen Widerstand erzeugen.  



  Die     Vorspannung    der Federn 8     bezw.    13  kann so gewählt werden, dass die Brems  flügel schon bei wenig über der normalen  liegenden Drehzahl in Funktion treten. Es  ergibt sich dadurch ein weniger rasches und  hohes Ansteigen der Drehzahl bei Abschal  tungen, also eine Verbesserung der Regulier  bedingungen. Bei     gleichgrosser    zugelassener  Drehzahlsteigerung kann daher das     Schwung-          moment    des Rotors     GDZ    kleiner gehalten  werden bei gleich guten Regulierverhält  nissen.  



  Die der Erfindung zugrunde liegende  Idee lässt noch viele     konstruktive    Abarten  zu. Beispielsweise können die Störungs  körper auch vor oder zwischen den Laufrad  schaufeln angeordnet werden.     Ihre    Zahl  kann beliebig sein, vorteilhaft aber grösser  als 1, um unsymmetrische Kraftwirkungen  und     Unbalancen    zu vermeiden. Zur Er  höhung der Betriebssicherheit werden die  wichtigsten Teile vorteilhaft aus rostsiche  ren Materialien hergestellt.  



  Die in den Figuren dargestellten Kon  struktionen betreffen Wasserturbinen, die  Erfindung kann aber sinngemäss auch bei  Dampf- und Gasturbinen angewendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung an Turbinen zur Herab setzung unerwünschter Drehzahlsteigerung, insbesondere der Durchbrenndrehzahl, da durch gekennzeichnet, dass an einem mit dem treibenden Medium in Berührung kommen den Teil des Rotors mindestens ein Störungs körper eingebaut ist, der bei Überschreitung der normalen Drehzahl durch Fliehkraft wirkung in den Strömungsraum des treiben den Mediums heraustritt. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass dieselbe hinter den Laufradflügeln in der Radnabe untergebracht ist. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch. 1 an Wasserturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stö rungskörper um eine Achse schwenkbar ist und in seiner unwirksamen Lage einen Teil der Laufradspitze bildet. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Störungs körper als Schieber ausgebildet sind. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Störungs körper bei normaler Drehzahl durch Ver- riegelungsorgane zurückgehalten werden, deren Freigabe durch die Fliehkraftwir- kung erfolgt. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch, da ,durch gekennzeichnet, dass die Störungs körper bei normaler Drehzahl durch Federn in ihrer unwirksamen Lage ge halten sind.