DE1104457B

DE1104457B - Device for returning the impeller blade position in flow machines with internal impeller control, especially in Kaplan turbines with a standing shaft

Info

Publication number: DE1104457B
Application number: DEV17653A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joh Hilgendorf
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1959-11-28
Filing date: 1959-11-28
Publication date: 1961-04-06
Also published as: CH399368A

Description

Einrichtung zum Rückführen der Laufradflügelstellung bei Strömungsmaschinen mit Laufrad-Innenregelung, insbesondere bei Kaplanturbinen mit stehender Welle Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Rückführen der Laufradflügelstellung bei Strömungsmaschinen mit Laufradinnenregelung, insbesondere bei Kaplanturbinen mit stehender Welle in Zweilageranordnung und direkt gekuppeltem Schirmgenerator, bei denen die Laufradflügelstellung vom rotierenden Teil der Turbine mittels eines hydraulischen Rückführservomotors auf das nicht rotierende Rückführgetriebe des das Laufrad steuernden Reglers übertragen wird.Device for returning the impeller blade position in flow machines with internal impeller control, especially in Kaplan turbines with a standing shaft The invention relates to a device for returning the impeller blade position in flow machines with internal impeller control, especially in Kaplan turbines with standing shaft in two-bearing arrangement and directly coupled screen generator, in which the impeller vane position of the rotating part of the turbine by means of a hydraulic feedback servomotor to the non-rotating feedback gear of the the controller controlling the impeller is transmitted.

Der bei Kaplanturbinensätzen mit stehender Welle über dem Generator aufgebaute Ölzufiihrungsbock für die Zuführung von Drucköl zum Laufradservomotor hat bei verhältnismäßig einfacher konstruktiver Ausbildung insbesondere der übertragung der Laufradflügelstellung auf das Rückführgetriebe außer einer großen Bauhöhe des Maschinensatzes vor allem den Nachteil, daß bei Undichtheiten etwa zwischen den rotierenden Ölrohren und den feststehenden Ölräumen des Ölzuführungsbockes austretendes Öl bzw. Öldunst durch die Ventilationswirkung .des darunter gelegenen Generators angesaugt wird und mit der Kühlluft in die Generatorwicklung gelangt, was zu Beschädigungen der Wicklung führt. Zwecks Vermeidung dieses Nachteiles war man bestrebt, die Ölzuführung zum Laufradservomotor unterhalb des Generators anzuordnen. Dies hatte zur Folge, daß - da für die Ölzuführung keine Teile mehr über dem Generator anzuordnen waren - auch eine zweckmäßige Lösung dafür gesucht werden mußte, die Laufradflügelstellung unterhalb des Generators von der rotierenden Turbinenwelle auf das Rückführgetriebe zu übertragen. Hierzu sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden.The one in Kaplan turbine sets with a standing wave above the generator built-up oil supply block for the supply of pressure oil to the impeller servo motor has in particular the transmission with a relatively simple constructional training the impeller blade position on the feedback gear except for a large overall height of the The main disadvantage of the machine set is that if there are leaks between the rotating oil pipes and the fixed oil chambers of the oil supply block Oil or oil vapor due to the ventilation effect of the generator below is sucked in and gets into the generator winding with the cooling air, causing damage the winding leads. In order to avoid this disadvantage, efforts were made to reduce the oil supply to the impeller servo motor below the generator. As a result, that - since no more parts had to be arranged above the generator for the oil supply - an appropriate solution had to be sought for the impeller blade position below the generator from the rotating turbine shaft to the feedback gear transferred to. Various proposals have already been made in this regard.

So wurde z. B. schon vorgeschlagen, unterhalb des Generators in die Turbinenwelle ein laternenartiges Zwischenstück einzubauen, dessen Durchmesser einiges größer ist als der Durchmesser der Welle, unddie Verstellbewegung der Regelspindel über radiale Arme .der Regelspindel und achsparallele Gleitstangen nach außen zu übertragen. Die Gleitstangen durchdringen hierfür den Boden der Laterne und tragen außerhalb der Turbinenwelle einen zu dieser konzentrischen Ring. Auf diesem Ring läuft eine mit ihm durch eine Feder in dauernder Verbindung gehaltene, durch einen Hebel od. dgl. mit dem Regler verbundene, kugelgelagerte Rolle. Außerdem wurde auch schon vorgeschlagen, die Bewegung der Verstellspindel durch einen mit ihr fest verbundenen Querkeil, der in entsprechenden axialen Schlitzen der Welle läuft, auf eine auf der Welle gleitende zylindrische oder konische Hülse zu übertragen.So was z. B. already proposed, below the generator in the Turbine shaft to install a lantern-like intermediate piece, the diameter of which is quite a bit is larger than the diameter of the shaft, and the adjustment movement of the control spindle The control spindle and axially parallel slide rods to the outside via radial arms transfer. The sliding rods penetrate the base of the lantern and carry it outside of the turbine shaft a ring concentric to this. On this ring one who is kept in constant contact with him by a spring runs through one Lever or the like connected to the controller, ball-bearing roller. Besides, it was also already proposed the movement of the adjusting spindle by a firmly connected to it Cross wedge, which runs in corresponding axial slots in the shaft, on a to transmit the shaft sliding cylindrical or conical sleeve.

Diese Vorschläge haben jedoch nicht befriedigt, da sie einen sehr aufwendigen und verwickelten und ,daher teuren Gesamtaufbau bzw. eine Schwächung der Welle an der Stelle der Schlitze zur Folge haben, die nur durch eine wesentliche Vergrößerung des Durchmessers der Welle ausgeglichen werden kann.However, these proposals have not been satisfactory as they are very complex and intricate and therefore expensive overall structure or a weakening of the shaft at the location of the slots result in only through a substantial one Enlargement of the diameter of the shaft can be compensated for.

Gemäß einem weiteren Vorschlag, bei dem an einem der beiden Enden der Laufradschaufel-Verstellspindel ein jochartiges Querstück angebracht ist, das mit einem seitlich an der Turbinenwelle vorbeiführenden Gestänge über einen mit ihm verbundenen Ring die axialen Bewegungen der Verstellspindel durch eine an den Ring kraftschlüssig angepreßte Rolle auf .das mit ihr verbundene Rückführgetriebe zum Regler überträgt, werden einige der Nachteile der vorstehend genannten bekannten Einrichtungen zwar vermieden, jedoch weist diese Einrichtung denselben Nachteil wie alle mechanischen Rückführungen auf, nämlich Verschleiß durch Reibung an den Berührungsstellen zwischen umlaufenden und feststehenden Teilen, der die Betriebssicherheit der Einrichtung beeinträchtigt.According to another proposal, in which at one of the two ends a yoke-like crosspiece is attached to the impeller vane adjusting spindle, which with a linkage that runs along the side of the turbine shaft via a with it connected ring the axial movements of the adjusting spindle by one to the Ring frictionally pressed roller on the return gear connected to it transmits to the controller, some of the disadvantages of the aforementioned are known Facilities avoided, but this facility has the same disadvantage like all mechanical feedback, namely wear due to friction on the Contact points between rotating and stationary parts, which ensures operational safety the facility.

Man hat daher auch schon den Weg beschritten, die Rückführbewegung an den umlaufenden Teilen der Turbine hydraulisch abzunehmen und sie dann erst außerhalb des Führungslagers der Turbine über ein Gestänge mechanisch auf den Regler zu übertragen. So ist bereits vorgeschlagen worden, die Stellung .der Verstellstange für die Kaplanflügel oder eines mit dieser Verstellstange gekuppelten Teiles hydraulisch abzutasten und hydraulisch verstärkt, also unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Servomotors, auf das Rückführgestänge zu übertragen. Hierbei bildet der mit dem Rückführgetriebe mechanisch gekuppelte bewegliche Teil des achsparallel zur Verstellstange, etwa neben dem oberen Führungslager angeordnete hydraulische Servomotor zusammen mit dem die Stelhing der Verstellstange anzeigenden Teil ein Ventil, das den Durchfluß des hydraulischen Druckmittels durch den Zylinderraum des Servomotors in der Weise steuert, daß der bewegliche Teil des Servomotors stets dem die Stellung der Verstellstange anzeigenden Teil folgt.That is why the path has already been taken, the return movement to take off hydraulically on the rotating parts of the turbine and only then outside of the guide bearing of the turbine to be mechanically transmitted to the controller via a linkage. It has already been proposed, the position of the adjusting rod for the Kaplan wing or hydraulically scan a part coupled to this adjusting rod and hydraulically reinforced, i.e. with the interposition of a hydraulic servo motor, to be transferred to the return linkage. Here, the forms with the return gear mechanically coupled moving part of the axially parallel to the adjusting rod, for example next to the upper guide bearing arranged hydraulic servo motor together with which the Stelhing the adjusting rod indicating part a valve, that the flow of the hydraulic pressure medium through the cylinder space of the servo motor controls in such a way that the movable part of the servomotor always corresponds to the position the part indicating the adjustment rod follows.

Die Erfindung gibt nun für eine Einrichtung zum Rückführen der Laufradflügelstellung bei Strömungsmaschinen mit Laufrad-Innenregelung, insbesondere bei Kaplanturbinen mit stehender Welle in Zweilageranordnung und direkt gekuppeltem Schirmgenerator, bei denen die Laufradflügelverstellung durch eine im Innern der hohlen Maschinenwelle verschiebbare Verstellspindel od. dgl. erfolgt und vom rotierenden Teil der :Maschine mittels eines hydraulischen Rückführservomotors auf das nicht rotierende Rückführgetriebe des die Flügelstellung steuernden Reglers übertragen wird. eine neue Lösung an. Sie besteht in dem Vorschlag, daß der mit dem Rückführgetriebe verbundene hydraulische Rückführservomotor gebildet wird durch die hierfür über einen Teil ihrer Länge als Kolben ausgebildete Maschinenwelle und einen diesen Teil der Welle umschließenden, auf ihr axial verschiehbaren Rückführzylinder, welcher durch wenigstens eine das Druckmittel steuernde Vorrichtung gesteuert wird, die durch die Maschinenwelle hindurchgeführt und von der \-erstellspindel betätigt ist.The invention now relates to a device for returning the impeller vane position in flow machines with internal impeller control, especially in Kaplan turbines with standing shaft in two-bearing arrangement and directly coupled screen generator, in which the impeller blade adjustment is carried out by an inside the hollow machine shaft displaceable adjusting spindle or the like. Takes place and from the rotating part of the: machine by means of a hydraulic feedback servomotor on the non-rotating feedback gear of the regulator controlling the leaf position is transmitted. a new solution. It consists in the proposal that the hydraulic connected to the return gear Feedback servo motor is formed by this over part of its length as Piston designed machine shaft and this part of the shaft enclosing, on her axially displaceable return cylinder, which by at least one das Pressure medium controlling device is controlled, which passed through the machine shaft and is operated by the \ -erstellspindel.

Die Anordnung des Rückführzylinders konzentrisch zur Maschinenwelle hat den Vorteil einer einfachen, sicheren und gedrängten Bauweise, durch die die Nachteile der bekannten Einrichtungen sowohl mit hydraulischer als auch mit mechanischer Übertragung der L aufradflügelstellung vom rotierenden Teile der Maschine auf das Rückführgetriebe sicher vermieden werden. Da die Übertragung der Verstellbewegung der Verstellspindel auf die Druckmittelsteuervorrichtung unmittelbar durch die :Maschinenwelle hindurchgeführt ist, hat sie vor allem auch den Vorteil, daß der Rückfiihrservomotor in einem beliebigen Teil der Maschinenwelle angeordnet sein kann. So kann z. B. bei einer haplanturbine mit stehender Welle in Zweilageranordnung und direkt gekuppeltem Schirmgenerator der Rückführservomotor an einem beliebigen Teil der Turbinenwelle unterhalb des Generators angeordnet, d. h. die Laufradflügelstellung an beliebiger Stelle aus der Turbinenwelle herausgeführt und auf das Rückführgetriebe übertragen werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Riickführservomotor unterhalb des oberen Führungslagers der Turbine anzuordnen, insbesondere wenn - wie neuerdings verschiedentlich üblich -der Laufradservomotor im Laufradflügelkopf angeordnet ist. Dadurch kann nämlich das obere Führungslager sehr nahe dem Schwerpunkt des schweren, fliegend angeordneten Generatorpolrades angeordnet werden, wodurch sich eine wesentlich geringere Beanspruchung der Welle ergibt, was zu einer Verringerung des Wellendurchmessers und somit zu erheblichen Einsparungen führt.The arrangement of the return cylinder concentric to the machine shaft has the advantage of a simple, safe and compact design, through which the Disadvantages of the known devices with both hydraulic and mechanical Transfer of the rotor blade position from the rotating parts of the machine to the Feedback gear can be safely avoided. Because the transmission of the adjustment movement the adjusting spindle on the pressure medium control device directly through the: machine shaft is passed through, it also has the advantage that the return servo motor can be arranged in any part of the machine shaft. So z. B. in the case of a haplan turbine with a standing shaft in a two-bearing arrangement and directly coupled Umbrella generator of the feedback servo motor on any part of the turbine shaft arranged below the generator, d. H. the impeller blade position at any Point led out of the turbine shaft and transferred to the feedback gear will. It is particularly advantageous to have the return servo motor below the upper one To arrange guide bearing of the turbine, especially if - as recently various Common - the impeller servo motor is arranged in the impeller vane head. This can namely the upper guide bearing very close to the center of gravity of the heavy, flying arranged generator pole wheel are arranged, whereby a much lower Stress on the shaft results in a reduction in the shaft diameter and thus leads to considerable savings.

In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Maschinenwelle als Differentialkolben auszubilden, so daß sie zusammen mit dem Rückführzylinder zwei in axialer Richtung hintereinanderliegende Druckräume, d. h. einen Differentialservomotor bildet. Dabei werden die Druckräume über eine als konstante Drosselstelle ausgebildete Bohrung od. dgl. miteinander verbunden und derDruckraum, der auf der Seite der kleineren wirksamen Kolbenfläche liegt, an eine Druckmittelquelle konstanten Druckes und der zweite Druckraum über die Druckmittelsteuervorrichtung an den Druckmittelabfluß angeschlossen. In einfacher Weise wird .dadurch erreicht, daß der Rückführzylinder nach Art einer sogenannten Nachlauf- oder Folgesteuerung selbsttätig immer dann verschoben wird, wenn der Abflußquerschnitt an der Steuervorrichtung für den Ölablauf und der Durchflußquerschnitt an der die Druckräume miteinander verbindenden Drosselstelle nicht genau gleich groß sind. Eine besonders sorgfältige und teuere Abdichtung zwischen Maschinenwelle und Rückführzylinder ist hierbei nicht erforderlich. Das einwandfreie Arbeiten des Rückführservomotors wird nämlich durch geringe Leckverluste nicht beeinträchtigt, weil letzterem ,durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch entsprechendes Bemessen bzw. Einstellen des Durchflußquerschnittes am Drosselspalt der Druckmittelsteuervorrichtung leicht Rechnung getragen werden kann und weil sich .der Abflußquerschnitt an der Steuervorrichtung stets selbsttätig in der für das Gleichgewicht am Rückführzylinder erforderlichen Größe einstellt. Wird der Zylinder mit dem Rückführgetriebe so verbunden, daß er gegen Verdrehen gesichert ist, d. h. daß die Maschinenwelle im feststehenden Rückführzylinder rotiert, so ist es sogar von Vorteil, wenn geringe Leckverluste auftreten, weil hierdurch immer eine gute Schmierung der Spalte zwischen Maschinenwelle und Rückführzylinder gewährleistet ist, so daß Reibung und Verschleiß auf ein Mindestmaß reduziert sind. Insbesondere ist dadurch bei der Verschiebung des Zylinders so gut wie keine Reibung zu überwinden.In an expedient embodiment of the invention, it is proposed that the machine shaft as a differential piston so that they can be used together with the return cylinder two pressure chambers lying one behind the other in the axial direction, d. H. a differential servo motor forms. The pressure chambers are designed as a constant throttle point Bore or the like connected to each other and the pressure space on the side of the smaller effective piston area is to a pressure medium source of constant pressure and the second pressure chamber via the pressure medium control device to the pressure medium outflow connected. It is achieved in a simple manner that the return cylinder always then automatically in the manner of a so-called follow-up or sequence control is shifted when the drain cross-section on the control device for the oil drain and the flow cross-section at the throttle point connecting the pressure spaces to one another are not exactly the same size. A particularly careful and expensive seal between The machine shaft and feedback cylinder are not required here. The flawless one The work of the feedback servomotor is not impaired by small leakage losses, because the latter, through suitable measures, for example through appropriate dimensioning or setting the flow cross-section at the throttle gap of the pressure medium control device can easily be taken into account and because .der the discharge cross-section at the Control device always automatically in the one for the equilibrium on the return cylinder the required size. If the cylinder is connected to the feedback gear in such a way, that it is secured against twisting, d. H. that the machine shaft in the stationary Return cylinder rotates, so it is even an advantage if there is little leakage occur because this always ensures good lubrication of the gap between the machine shaft and feedback cylinder is guaranteed, so that friction and wear are kept to a minimum are reduced. In particular, it is so good at the displacement of the cylinder how to overcome no friction.

Für die Übertragung der Verstellbewegung der Verstellspindel auf die Steuervorrichtung, welche zusammen mit dem beweglichen Rückführzylinder ein Steuerventil bildet, ergibt sich eine besonders einfache und zuverlässige Ausbildung beispielsweise dann, wenn die Steuervorrichtung als ein gerader, längsdurchbohrter Steuerstößel od. dgl. ausgebildet wird, der mit seinem äußeren Ende in den großen Druckraum hineinragt und einen Teil der Druckmittelabflußleitung bildet. Zweckmäßig erfolgt dabei die Übertragung der Verstellbewegung von der Verstellspindel auf den Steuerstößel über eine auf der Verstellspindel angeordnete kegelige Steuerfläche, auf welcher der in einer radialen Bohrung der Maschinenwelle unverdrehbar und verschiebbar geführte Steuerstößel durch eine Druckfeder od. dgl. ständig gedrückt wird. Das offene äußere Ende des Steuerstößels steht der kegeligen Rückführzylinderwand gegenüber und bildet mit dieser einen Druckmittelabflußspalt. Steuerfläche und Zylinderwand werden dabei zweckmäßig mit entgegengesetzt gerichteter Neigung oder ähnlich ausgebildet.For the transmission of the adjustment movement of the adjustment spindle to the Control device, which together with the movable return cylinder is a control valve forms, results in a particularly simple and reliable training, for example when the control device as a straight, longitudinally pierced control plunger Od. The like. Is formed, which protrudes with its outer end into the large pressure chamber and forms part of the pressure medium discharge line. The Transmission of the adjustment movement from the adjustment spindle to the control tappet a conical control surface arranged on the adjusting spindle, on which the guided non-rotatably and displaceably in a radial bore in the machine shaft Control plunger or the like by a compression spring is constantly pressed. The open outer The end of the control plunger faces the conical return cylinder wall and forms with this one pressure medium outflow gap. The control surface and cylinder wall are included expediently designed with an oppositely directed inclination or similar.

Eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung hat neben dem Vorteil einer einfachen und sicheren Übertragung der Verstellbewegung der Verstellspindel auf den Rückführservomotor auf kürzestem Wege und mit nur einem einzigen Zwischenglied, also einer schnellen und genauen Steuerung des Rückführservomotors vor allem den Vorteil, daß außerhalb des Rückführzylinders kein Öldunst anfällt, so daß sich selbst dann, wenn der Rückführzylinder sehr nahe am Generator angeordnet wird, ohne Schwierigkeiten eine zufriedenstellende Abdichtung des Generators erreichen läßt. Auch ist eine Verstärkung der Welle an der Stelle der Bohrung für den Steuerstößel nicht erforderlich, da diese Bohrung verhältnismäßig klein gehalten werden kann, so .daß die Welle durch sie keine wesentliche Schwächung erfährt. Die Ausbildung der Steuerfläche und der Rückführzylinderwand als Konusse empfiehlt sich mit Rücksicht darauf, daß hierdurch eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Hub der Verstellspindel und dem Hub des Rückführzylinders, also auch zwischen der Laufradflügelverstellbewegung und der Rückführbewegung, erzielt wird. Dabei hat man es in einfacher Weise in der Hand, nämlich allein durch geeignete Wahl der Neigungswinkel der Konusse gegenüber der Turbinenachse, ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hub des Laufradservomotors und dem Hub des Rückführzylinders zu verwirklichen. Wählt man für die Steuerfläche auf der Verstellspindel einen bestimmten Neigungswinkel - der nicht zu klein sein soll, um ein Übersteuern des Laufrades .zu vermeiden -, so kann durch entsprechende Wahl des Öffnungswinkels der konischen Bohrung des Rückführzylinders dessen Hub unabhängig vom Hub des Laufradservomotors festgelegt werden, d. h., man kann für jede Turbine den gleichen Hub für den Anfangspunkt des Rückführgetriebes vorschreiben.Such a design of the device according to the invention has in addition to the advantage of a simple and safe transmission of the adjustment movement of the adjustment spindle on the feedback servo motor in the shortest possible way and with only a single intermediate link, so a fast and precise control of the feedback servomotor especially the Advantage that outside of the return cylinder there is no oil vapor, so that itself then, if the return cylinder is placed very close to the generator, without difficulty can achieve a satisfactory seal of the generator. Also is one Reinforcement of the shaft at the point of the bore for the control tappet is not required, since this hole can be kept relatively small, so .that the shaft through it does not experience any significant weakening. The training of the control surface and the Recirculation cylinder wall as a cone is recommended with due consideration being given to this a linear relationship between the stroke of the adjusting spindle and the stroke of the feedback cylinder, so also achieved between the impeller vane adjustment movement and the return movement will. You have it in your hand in a simple way, namely solely through suitable ones Choice of the angle of inclination of the cones in relation to the turbine axis, a desired one Gear ratio between the stroke of the impeller servomotor and the stroke of the feedback cylinder to realize. If you choose a specific one for the control surface on the adjusting spindle Angle of inclination - which should not be too small to prevent oversteering of the impeller .To avoid -, by appropriate choice of the opening angle of the conical Bore of the return cylinder whose stroke is independent of the stroke of the impeller servomotor be determined, d. that is, the same stroke can be used for the starting point for each turbine of the feedback gear.

Die Erfindung ist in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel an einer Kaplanturbine dargestellt. und im folgenden in ihren Einzelheiten näher erläutert.The invention is shown in the drawing as an exemplary embodiment of one Kaplan turbine shown. and explained in more detail below.

Auf der mit Eindrehungen 2 und 3 unterschiedlicher Tiefe als Differentialkolben ausgebildeten hohlen Turbinenwelle 1 ist axial verschiebbar der mit dem Rückführgetriebe über die feststehende Rückführgabel 28 verbundene nicht umlaufende Rückführzylinder 4 angeordnet, der zusammen mit der Welle 1 den Rückführservomotor bildet. Dieser weist zwei Druckräume auf, von denen der auf der Seite der kleineren wirksamen Kolbenfläche 29 ausgebildete Druckraum 5 mit einer nicht gezeichneten Druckrnittelquelle über die Bohrungen 6 und 7 sowie den Ringraum 8 und das obere Führungslager 9 verbunden ist, während der auf der Seite der größeren wirksamen Kolbenfläche 30 ausgebildete Druckraum 10 über die in radialen Bohrungen 20 der Welle 1 verschiebbar geführten Steuerstößel 11 an die Druckmittelabflußleitungen 12 und 13 angeschlossen ist. Die im Inneren der Turbinenwelle 1 mittels einer in ihr fest angeordneten Führungsbuchse 14 verschiebbar geführten Ölzuführungsrohre 15 und 16 dienen als Verstellspindel und sind mit dem im Laufradflügelkopf angeordneten - nicht gezeichneten - Laufradservomotorkolben starr verbunden. Über die kegelige Steuerfläche 17 auf dem Ölzuführungsrohr 16 steht die Verstellspindel in ständiger Wirkverbindung mit den durch die Druckfedern 18 auf die Steuerflächen 17 gedrückten und durch die Stifte 19 gegen Verdrehen gesicherten Steuerstößel 11. Mit 21 und 22 sind Bohrungen bezeichnet, die die beiden Druckräume 5 und 10 .des Rückführserv omotors miteinander verbinden. 23 isteine Drosselschraube zum Verändern des Durchflußquerschnitts ,der Bohrung 21, und 24 ist ein veränderlicher Druckmittelabflußspaltzwischen jedem miteinerLängsbohrung 25 und einer Ouerbohrung 26 für .den Druckmittelabfluß versehenen Steuerstößel 11 und der kegeligen Rückführzy linderwand 27 des Druckraumes 10. On the hollow turbine shaft 1, designed as differential pistons with indentations 2 and 3 of different depths, the non-rotating return cylinder 4, which is connected to the return gear via the fixed return fork 28 and forms the return servo motor together with the shaft 1, is axially displaceable. This has two pressure chambers, of which the pressure chamber 5 formed on the side of the smaller effective piston surface 29 is connected to a pressure medium source (not shown) via the bores 6 and 7 as well as the annular chamber 8 and the upper guide bearing 9, while the one on the side of the larger one effective piston surface 30 formed pressure chamber 10 is connected to the pressure medium discharge lines 12 and 13 via the control plunger 11 displaceably guided in radial bores 20 of the shaft 1. The oil feed pipes 15 and 16, which are slidably guided inside the turbine shaft 1 by means of a guide bushing 14 fixed in it, serve as adjusting spindles and are rigidly connected to the impeller servomotor piston - not shown - arranged in the impeller vane head. Via the conical control surface 17 on the oil supply pipe 16, the adjusting spindle is in constant operative connection with the control tappets 11, which are pressed onto the control surfaces 17 by the compression springs 18 and secured against rotation by the pins 19 and 10. of the feedback serv omotors connect to each other. 23 is a throttle screw for changing the flow cross-section, the bore 21, and 24 is a variable pressure medium discharge gap between each one with a longitudinal bore 25 and an outer bore 26 for .

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Bei der in Ruhelage, d. h. während eines Augenblicks, in dem keine Laufradflügelverstellbewegung erfolgt, gezeichneten Einrichtung rotieren mit der Turbinenwelle 1 alle gezeichneten Teile außer dem feststehenden Führungslager 9 und dem durch die Rückführgabel 28 am Drehen verhinderten Rückführzylinder 4 mit Drosselschraube 23, wobei sämtliche rotierenden Teile zueinander in relativer Ruhelage sind. Der Zylinder 4 hat dabei auf der Welle 1 eine solche Stellung eingenommen, daß die zwischen den Steuerstößeln 11 und der kegeligen Rückführzylinderwand 27 gebildeten Druckmittelabflußspalte 24 gerade so groß sind, daß über sie, die Druckmittelabflußbohrungen 25 und 26 in den Steuerstößeln 11 und die Druckmittelabflußleitungen 12 und 13 ständig genau die gleiche Menge Drucköl aus dem großen Druckraum 10 abfließt, wie entsprechend dem mittels der Drosselschraube 23.eingestellten Durchflußquerschnitt der Bohrung 21 von der Druckmittelquelle über das obere Führungslager 9, die Bohrung 7, den Ringraum 8 und die Bohrung 6 in .den kleinen Druckraum 5 und von da weiter über die Bohrungen 21 und 22 ständig in den großen Druckraum 10 zufließt. In den Druckräumen 5 und 10 stellen sich dabei die Drücke so ein, daß die auf die Kolbenflächen 29 und 30 wirkenden°Kräfte genau gleich groß sind, am Rückführservomotor also keine Verschiebungskraft angreift und dieser daher im Gleichgewicht gehalten ist.The mode of operation of the device is as follows: In the case of the in rest position, d. H. during a moment in which there is no impeller vane adjustment movement, The device shown rotates with the turbine shaft 1, all of the parts shown except for the fixed guide bearing 9 and the rotating through the return fork 28 prevented return cylinder 4 with throttle screw 23, all rotating Parts are in a relative rest position to one another. The cylinder 4 is on the shaft 1 assumed such a position that the between the control tappets 11 and the conical return cylinder wall 27 formed pressure medium outflow column 24 just like that are large that about them, the pressure medium discharge bores 25 and 26 in the control plungers 11 and the pressure medium discharge lines 12 and 13 always exactly the same amount Pressure oil flows out of the large pressure chamber 10, as in accordance with the means of the throttle screw 23. set flow cross-section of the bore 21 from the pressure medium source via the upper guide bearing 9, the bore 7, the annular space 8 and the bore 6 in .den small pressure chamber 5 and from there on through the bores 21 and 22 constantly in the large pressure chamber 10 flows in. In the pressure chambers 5 and 10, the Press in so that the ° forces acting on the piston surfaces 29 and 30 are exactly the same are large, so no displacement force acts on the feedback servo motor and this is therefore kept in balance.

Entsprechend der Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Lauf radservomotor über das Ölzuführungsrohr 15 bzw. den Raum zwischen den beiden Ölzufiihrungsrohren 15 und 16 erfolge nun eine Verstellung der Laufradflügel, und zwar so, daß der Laufradservomotorkolben nach unten verschoben wird. Dadurch werden auch die mit ihm starr verbundenen Ölzuführungsrohre 15 und 16 und die auf dem Ölzuführungsrohr 16 angeordnete Steuerfläche 17 nach unten verschoben. Entsprechend dieser Verschiebung werden die mit der Steuerfläche 17 durch die Kraft der Federn 18 in ständiger Wirkverbindung gehaltenen Steuerstößel 11 radial nach innen verschoben, so daß sich die Druckmittelabflußspalte 24 vergrößern und über .diese sowie über die Bohrungen 25 und 26 in den Steuerstößeln 11 und die Druckmittelabflußleitungen 12 und 13 mehr Drucköl aus dem großen Druckraum 10 abfließen kann, als über den unveränderten Durchflußquerschnitt der Bohrung 21 von der Druckmittelquelle her in diesen zufließt. Während im kleinen Druckraum 5 der volle Druck aufrechterhalten bleibt, sinkt der Druck .im großen Druckraum 10 ab. Infolgedessen ist die auf .die große Kolbenfläche 30 wirkende Kraft kleiner als die auf die kleine Kolbenfläche 29 wirkende Kraft gleichbleibender Größe. Dadurch verschiebt sich der Rückführzylinder 4 nach oben in zur Verstellbewegung der Verstellspindel 15, 16 entgegengesetzter Richtung auf der Welle 1, und zwar so weit, bis die Spalte 24 zwischen Zylinderwand 27 und Steuerstößeln 11 wieder so groß sind, daß durch sie gerade wieder die gleiche Menge Drucköl abfließt, wie von der Druckmittelquelle her dem großen Druckraum 10 zufließt, so daß sich nun im großen Druckraum 10 wieder ein Druck ausbildet, der so groß ist, daß die auf die große Kolbenfläche 30 wirkende Kraft der auf die kleine Kolbenfläche 29 im kleinen Druckraum 5 wirkenden Kraft gleich groß, der Rückführzylinder 4 also wieder im Gleichgewicht gehalten ist. Mit der axialen Bewegung des Rückführzylinders 4 wird auch die mit ihm verbundene Rückführgabel 28 verschoben und dadurch die Verstellbewegung auf denAnfangspunkt desRückführgetriebes übertragen, d. h. das Rückführgetriebe in eine neue, der veränderten Laufradflügelstellung entsprechenden Lage verstellt.According to the control of the pressure medium supply to the wheel servo motor Via the oil supply pipe 15 or the space between the two oil supply pipes 15 and 16 are now an adjustment of the impeller blades, in such a way that the impeller servomotor piston is moved down. As a result, the oil supply pipes rigidly connected to it also become 15 and 16 and arranged on the oil supply pipe 16 control surface 17 downwards postponed. Corresponding to this shift, those with the control surface 17 control tappets kept in constant operative connection by the force of springs 18 11 shifted radially inward, so that the pressure medium outflow column 24 enlarge and over .these and the bores 25 and 26 in the control tappets 11 and the Pressure medium discharge lines 12 and 13 drain more pressure oil from the large pressure chamber 10 can than the unchanged flow cross-section of the bore 21 from the pressure medium source flows into these. While maintaining full pressure in the small pressure chamber 5 remains, the pressure drops .im large pressure chamber 10. As a result, the .die large piston area 30 acting force is smaller than that on the small piston area 29 acting force of constant magnitude. This causes the return cylinder to move 4 upwards in the opposite direction to the adjusting movement of the adjusting spindle 15, 16 Direction on the shaft 1, until the gap 24 between the cylinder wall 27 and control tappets 11 are again so large that they just do the same again Amount of pressure oil flows off, as from the pressure medium source from the large pressure chamber 10 flows in, so that now a pressure is formed again in the large pressure chamber 10, which is so great that the force acting on the large piston surface 30 is that of the small one Piston area 29 in the small pressure chamber 5 acting force equally large, the return cylinder 4 is kept in balance again. With the axial movement of the return cylinder 4, the return fork 28 connected to it is also displaced and thereby the adjustment movement transferred to the starting point of the return gear, d. H. the feedback gear moved into a new position corresponding to the changed impeller blade position.

Erfolgt -eine entgegengesetzte Verstellbewegung der Laufradflügel, d. h. werden Laufradservomotorkolben und mit ihm die Ölzuführungsrohre 15 und 16 und die Steuerfläche 17 nach oben verschoben, so wenden über die Steuerfläche 17 die Steuerstöße111 radial nach außen verschoben. Dadurch verengen sich die Druckmittelabflußspalte 24, so daß durch sie nur eine geringere Menge Öl aus dem großen- Druckraum 10 abfließen kann, als über die Drosselstelle 21, 22 in diesen zufließt. Dadurch steigt der Druck im großen Druckraum 10, so daß die auf die große Kolbenfläche 30 wirkende Kraft größer wird als die auf die kleine Kolbenfläche 29 wirkende. Dementsprechend wird eine am Rückführzylinder4angreifende Verschiebungskraft bewirkt, die den Zylinder nach unten verschiebt, und zwar so lange und so weit, bis sich die Druckmittelabflußspalte 24 wieder in der für das Gleichgewicht am Rückführzylinder 4 notwendigen richtigen Breite eingestellt haben. Entsprechend der Laufradflügelverstellung wird auch hierbei die Rückführgabe128 verstellt und dadurch die Laufradflügelsteliung auf das Rückführgetriebe übertragen.If the impeller vanes are moved in the opposite direction, ie if the impeller servomotor piston and with it the oil supply pipes 15 and 16 and the control surface 17 are shifted upwards, the control shocks111 are shifted radially outward via the control surface 17. As a result, the pressure medium outflow gaps 24 narrow, so that only a smaller amount of oil can flow out of the large pressure chamber 10 through them than flows into the latter via the throttle point 21, 22. This increases the pressure in the large pressure chamber 10, so that the force acting on the large piston surface 30 becomes greater than that acting on the small piston surface 29. Accordingly, a displacement force acting on the return cylinder 4 is effected, which moves the cylinder downward, and so long and so far until the pressure medium outflow gaps 24 have again adjusted to the correct width necessary for equilibrium on the return cylinder 4. In accordance with the impeller vane adjustment, the return feed 128 is also adjusted here and the impeller vane position is thereby transferred to the return gear.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for returning the impeller blade position in flow machines with internal impeller control, especially in Kaplan turbines with standing shaft in two-bearing arrangement and directly coupled screen generator, in which the impeller blade adjustment is carried out by an inside the hollow machine shaft displaceable adjusting spindle or the like. Takes place and from the rotating part of the: machine by means of a hydraulic feedback servomotor on the non-rotating feedback gear of the regulator controlling the leaf position is transmitted, characterized in that that the hydraulic return servo motor connected to the return gear is formed is made by the machine shaft, which is designed as a piston over part of its length for this purpose (1) and this part of the shaft enclosing, axially displaceable on it Return cylinder (4), which by at least one device controlling the pressure medium is controlled, which is passed through the machine shaft (1) and by the adjusting spindle (15, 16) is actuated.

2. Device according to claim 1, characterized in that the 'machine shaft (1) is designed as a differential piston and, together with the return cylinder (4), two pressure chambers ( 5, 10), of which the pressure chamber (5) on the side of the smaller effective piston surface (29) is connected to a pressure medium source of constant pressure and the second pressure chamber (10) is connected to the pressure medium outlet (12, 13) via the pressure medium control device.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the pressure medium control device is a longitudinally pierced control plunger (11) which protrudes with its outer end into the large pressure chamber (10) and forms part of the pressure medium discharge line (12, 13).

4. Device according to claim 3, characterized in that the control tappet (11) in a radial bore (20) the machine shaft (1) cannot be rotated between a conical control surface (17) the adjusting spindle (15, 16) and the conical return cylinder wall (27) of the large pressure chamber (10).

5. Device according to claim 4, characterized in that that the conical return cylinder wall (27) and. the control surface (17) of the adjusting spindle (15, 16) are inclined opposite to one another and different from the machine shaft axis may be inclined.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the control plunger (11) is pressed onto the control surface (17) by a compression spring (18).

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that that the cross section of the longitudinal bore (25) of the control plunger (11) is at least as large is like the largest cross-section of the two pressure spaces (5 and 10) with one another connecting bores (21 and 22). B.

Device according to one of Claims 2 to 7, characterized in that the bores forming a constant throttle point (21 and 22) have a device for changing the flow cross-section (throttle screw 23).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the return servomotor (4, 29, 30) in one between the guide bearings of the machine shaft (1) lying area is arranged.

10. Device according to one of claims 1 up to 9, characterized in that the return cylinder (4), secured against rotation, is connected to the feedback gear.

11. Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that a pressure medium inlet or outlet bore (7) is arranged in your guide bearing (9). Considered publications: German Patent Nos. 329 528, 580197, 841 130, 946 59 0 ; German Auslegeschrift No. 1068 639; Journal: Voith, Research and Construction, 1955, Issue 1, No. 6.