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Sicherheitseinrichtung zur Begrenzung der Drehzahl bei schnellaufenden
Kraftmaschinen, insbesondere Dampf- und Gasturbinen Die Erfindung hetrifft einen
Sicherheitsregler für schnellaufende Kraftmaschinen, insbesondere Dampf- undGasturbinen,
welcher von derTurbinenwelle oder einer von ihr angetriebenen Welle betätigt wird
und den Treibmittelzufluß zur Turbine beim Überschreiten einer bestimmten Höchstdrehzahl
abstellt, um eine L?berbeanspruchung und Gefährdung der 1`Iasciiiiie zu verhindern.
Es ist ein häufig verwendeter Schnellschlußauslöser dieser Art bekannt, der aus
einem Bolzen besteht, welcher in einer quer durch die Maschinenwelle gebohrten Führung
in radialer Richtung verschiebbar ist. Dieser Bolzen ist derart angeordnet, daß
sein Schwerpunkt in Richtung des Verschiebeweges ein wenig außerhalb der Drehachse
der Maschinenwelle liegt. In dieser Ausgangsstellung wird der Bolzen durch eine
Feder gehalten, deren Riickstellkraft so bemessen ist, daß der Bolzen erst bei Erreichen
einer bestimmten Drehzahl der Maschinenwelle ausschlägt. Beim Ausschlagen des Bolzens
beeinflußt er über ein Auslösegestänge das Ventil, das der Turbine das Treibmittel
zuführt. Ferner ist als Schnellauslöser ein die Welle umfassender, unter dem Einfluß
der Fliehkraft radial verschiebbarer Ring bekannt, der beim Erreichen der Auslösedrehzahl
ähnlich wie der obenerwähnte Bolzen wirksam wird.
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Diese bekannten Schnellauslöser erfordern eine genaue Geradführung,
damit der Bolzen bzw. Ring sich beim Ausschlagen nur in einer bestimmten radialen
Richtung zur Welle bewegt. Bei Geradfiihrungen, gleichgültig ob sie als zylindrische
Bohrungen, als Schienenführungen oder als Gelenkführungen ausgebildet sind, tritt
leim Arbeiten an
den Führungsflächen unvermeidlich eine mit der
Drehzahl wachsende Reibung auf, welche die freie Bewegung des Auslösens und damit
das Funktionieren des Sicherheitsreglers beeinflußt. Besonders bei Verunreinigung
der Führungsflächen kann die Reibung so groß werden, daß der Schnellauslöser gänzlich
ungängig wird, so daß die Sicherheitseinrichtung beim Überschreiten der Auslösedrehzahl
wirkungslos bleibt, was schwerwiegende Folgen für den Betrieb haben kann. Selbst
eine häufige Überprüfung der Einrichtung bedeutet keine absolute Betriebssicherheit.
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Zur Beseitigung der geschilderten Nachteile ist vorgeschlagen worden,
völlig reibungslos arbeitende Schnellauslöser zu verwenden. Eine bekannte Einrichtung
dieser Gattung besteht in der Verwendung einer geraden, in der Drehachse der Turbinenwelle
liegenden Biegungsfeder, die auf dem einen Ende in einer axialen Ausbohrung der
Welle eingebaut ist. Das freie, nach außen zeigende Ende der Biegungsfeder trägt
eine Masse, die sich unter Durchbiegung der Feder in radialer Richtung bewegen kann.
Diese Ausschlagbewegung wird auf die Auslöseeinrichtung des Schnellschlußventils
der Turbine übertragen. Wenn auch mit Hilfe dieses reibungslos arbeitenden Schnellauslösers
die Auslösung mit größerer Sicherheit und Genauigkeit als bei dem bekannten Bolzen-
und Ringauslöser erfolgt, so ist bei diesem Schnellauslöser jedoch von Nachteil,
daß er nur auf dem Wellenende angebracht werden kann, was nicht in allen Fällen
möglich und vorteilhaft ist.
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Gemäß der Erfindung wird ein Schnellauslöser vorgeschlagen, der die
Nachteile der vorerwähnten bekannten Einrichtungen vermeidet. Es handelt sich hierbei
um einen völlig reibungslos arbeitenden, entgegen einer Rückdruckfeder radial ausschlagenden
Auslösekörper, der absolut sicher und genau arbeitet und überdies an jeder freien
Stelle der Maschinenwelle angeordnet werden kann. Das Neue und Erfinderische dieses
Schnellauslösers besteht darin, daß der Sitz des Auslösekörpers als Kugel ausgebildet
ist, deren Mittelpunkt auf der Wellenmitte liegt bzw. höchstens um das Maß der gewollten
Exzentrizität des Auslösekörpers (einige Zehntel Millimeter) davon abweicht. Theoretisch
muß der Mittelpunkt der Kugel des Sitzes im Schwerpunkt des Auslösekörpers liegen.
Da sich aber bei dieser Ausführung die Exzentrizität und damit die Auslösedrehzahl
nicht ohne Ausbau des Sitzes verändern ließe, wählt man einen Mittelwert zwischen
der geschilderten und der theoretischen Lösung. Der Auslösekörper selbst erhält
vorteilhaft I glockenförmige Gestalt. Durch die Verwendung eines Kugelsitzes für
den Auslösekörper wird erreicht, daß der für den Ausschlag desselben maßgebende
Schwerpunktabstand von der Wellenmitte unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung
des Auslösekörpers ist. Derselbe kann somit in beliebiger Winkelstellung auf seinem
Sitz aufliegen. Eine genaue Geradführung des Auslösekörpers wie bei dem in der Einleitung
der Beschreibung erwähnten bekannten Schnellauslöser ist deshalb nicht erforderlich.
Die Belastungsfeder des Auslösekörpers sorgt dafür, daß er nach dem Ausschlag und
Absinken der Maschinendrehzahl stets wieder auf den kugelförmigen Sitz zurückgedrückt
wird. Da der Mittelpunkt des Kugelsitzes auf der Drehachse der Welle liegt, erhält
die Masse des Auslösekörpers unabhängig von einer kleinen Winkelabweichung stets
wieder den gleichen, gewollten Abstand von der Wellenmitte. ' Auf der Zeichnung
ist der Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Es zeigen Abb. i den neuen Schnellauslöser mit glockenförmigem Auslösekörper mit
einem unmittelbar auf das Gestänge des Schnellschlußventils einwirkenden Steuerstift
teilweise im Längsschnitt; Abb. 2 im Längsschnitt eine abgewandelte Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes, bei der der Auslösekörper auf ein in der Welle eingebautes
Hilfssteuerventil einwirkt.
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Es ist i die umlaufende Maschinenwelle, die mit einer radialen, abgestuften
Bohrung 2 versehen ist. In dieser Bohrung ist der Auslösekörper 3 angeordnet, der
einen Stößel 4 aufweist, welcher beim Ausschlagen des Auslösekörpers 3 die Steuereinrichtung
des Schnellschlußventils (nicht dargestellt) in bekannter Weise betätigt. Das untere
Ende des Auslösekörpers ist glockenförmig gestaltet und von einer Schraubenfeder
4' umgeben, die den Auslösekörper auf seinen Sitz 5 drückt. Dieser Sitz wird durch
das abgerundete Ende eines fingerförmigen Fortsatzes 6' des in die Bohrung 2 der
Welle i eingeschraubten Stopfens 6 gebildet; die entsprechend abgerundete Gegenfläche
am Auslösekörper 3 befindet sich im Innern seines glockenförmigen Teils. Durch die
Abrundung der besagten Teile wird ein Kugelsitz gebildet, dessen Mittelpunkt M auf
der Drehachse (x-x) der Welle i liegt. Zwischen Auslösekörper 3 und der Wandung
der Bohrung 2 ist so viel Spiel vorgesehen, daß der Auslösekörper sich frei bewegen
kann, so daß eine Winkelstellung zur Drehachse der Welle i möglich ist. In der Ausgangsstellung
des Auslösekörpers 3 steht dieser einmal unter dem Einfluß der Federkraft 4' und
zum anderen unter der Einwirkung der mit der Drehzahl wachsenden Fliehkraft der
Welle i. Überwiegt die Fliehkraft die Federkraft, so hebt der Auslösekörper 3 sich
vom Kugelsitz 5 ab, ohne daß hierbei Reibungskräfte überwunden werden müssen. Bei
Ausschlagen des Auslösekörpers 3 tritt dessen Steuerstift 4 aus der Welle i heraus,
der sich in der äußersten Ausschlagstellung gegen die Schulter 7 der Bohrung 2 legt.
Beim Absinken der Drehzahl der Welle i drückt die Feder 4 den Auslösekörper 3 wieder
in die Ausgangsstellung auf den Kugelsitz 5 zurück, wobei der Stützzapfen 6' (Finger)
als Grobführung dient.
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In Abb. 2 wird eine Ausführung des erfindungsgemäßen Schnellauslösers
in Verbindung mit einem innerhalb der Welle 9 angeordneten Hilfssteuerventil 8,
beispielsweise für eine Oldrucksteuerung, gezeigt. Die Welle 9 läuft gegen das feststehende
Spurlager io, das den Öldruckraum i i enthält. Das
Hilfsventil 8
steht unter der Einwirkung der Feder 12, die dasselbe bei Normalbetrieb geschlossen
hält. Der Auslösekörper 3' ist ähnlich wie bei der Ausführung in Abb. i glockenförmig
ausgebildet und wird durch die Feder 13 auf den kugelförmigen Sitz 16, dessen Mittelpunkt
-1l' in der Drehachse der Welle 9 liegt, gedruckt. Beim Ausschlagen des Auslösekörpers
3' legt sich dieser mit seinem oberen Rand 3" gegen den Anschlag 14 des Ventilschaftes
15, der in dein durchbohrten Stützzapfen 6' geführt ist. Sobald der Auslösekörper
3' sich beim L'berschreiten der Auslösedrelizalil von dein Kugelsitz 16 abhebt,
wird das Hilfsventil 8 bei zunehmender Fliehkraft mit großer Kraft schlagartig geöffnet.
Nach Absinken der 1Maschinendrelizahl gibt der Auslösekörper 3' das federbelastete
Hilfsventil 8 wieder frei, so daß es den Ölabfluß von der Steuerölleitung absperrt;
die Feder 13 drückt ferner den Auslösekörper 3' auf seinen Kugelsitz 12 zurück.