DE3828042C1

DE3828042C1 - Adjusting device for the rotor blades of Kaplan turbines

Info

Publication number: DE3828042C1
Application number: DE3828042A
Authority: DE
Inventors: Michael 7920 Heidenheim De Wuest
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: Voith Hydro Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1990-01-11
Anticipated expiration: 2008-08-19
Also published as: IN171528B; ES2014866A6

Abstract

The turbine has, arranged between the rotor and a generator, a bevel gear transmission in a housing which is penetrated by the turbine shaft. A hydraulic servomotor for the blade adjustment is arranged on the side of the transmission housing facing away from the rotor. The cylinder of the servomotor is fastened on the transmission housing. The piston of the servomotor is connected in a rotationally fixed manner to a connecting rod which penetrates the turbine shaft coaxially, rotates at the rotor speed and is intended for the blade adjustment.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Lauf radflügel von Kaplanturbinen gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to an adjustment device for the barrel Wheel blades of Kaplan turbines according to the preamble of the patent saying 1.

Eine solche Verstelleinrichtung ist durch die DE-OS 36 07 004 bekannt. Dort endet die Schubstange vor dem hydraulischen Servo motor für die Flügelverstellung. Am freien Ende der Schubstange ist ein Axiallager in Form eines Rillenkugellagers angeordnet. An diesem greift die Kolbenstange des Servomotors an. Aufgrund dieser Anordnung können unter Vermeidung von Drehbewegungen zwi schen dem Kolben und dem Zylinder des Servomotors Axialkräfte zwischen dem feststehenden Servomotor und der rotierenden Schub stange übertragen werden. Die bekannte Ausführungsform hat je doch erhebliche Nachteile. Durch den Achsschub der Schubstange, welche durch an den Laufradflügeln der Turbine wirkende hydrau lische Kräfte erzeugt wird, ist das Axiallager hoch beansprucht. Es sind daher besondere Maßnahmen zur Sicherstellung der Schmie rung erforderlich, um eine befriedigende Lebensdauer des Lagers zu erzielen. Aus diesem Grunde muß das Lager relativ aufwendig gestaltet und abgedichtet werden, was jedoch seine Zugänglich keit erschwert. Such an adjustment device is by DE-OS 36 07 004 known. The push rod ends there in front of the hydraulic servo sash adjustment motor. At the free end of the push rod an axial bearing is arranged in the form of a deep groove ball bearing. The piston rod of the servo motor acts on this. Because of this arrangement can avoid rotating movements between between the piston and the cylinder of the servo motor between the fixed servo motor and the rotating thrust rod can be transferred. The known embodiment has considerable disadvantages. Because of the thrust of the push rod, which by hydrau acting on the impeller blades of the turbine is generated, the thrust bearing is subjected to high stress. There are therefore special measures to ensure the smear tion required to ensure a satisfactory bearing life to achieve. For this reason, the camp must be relatively expensive be designed and sealed, which is however accessible difficult.

Die DE-OS 18 11 198, insbesondere deren Fig. 3 und 3A, beschrei ben einen Verdichter mit Steuervorrichtung für die Schaufel stellung. Die schematische Darstellung läßt keine Einzelheiten bezüglich der Verbindung zwischen den Kolben eines Servomotors und einer Schubstange erkennen.DE-OS 18 11 198, in particular FIGS. 3 and 3A, describe a compressor with a control device for the blade position. The schematic representation does not reveal any details regarding the connection between the pistons of a servo motor and a push rod.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verstellein richtung für die Laufradflügel von Kaplanturbinen der eingangs genannten Art die Verbindung zwischen der Schubstange und dem Servomotor zu vereinfachen.The invention is based, with an adjuster the task Direction for the impeller blades of Kaplan turbines at the entrance mentioned type the connection between the push rod and the Simplify servo motor.

Diese Erfindung wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeich nete Merkmal gelöst.This invention is characterized in that in claim 1 Feature resolved.

Die Lösung ist insofern vorteilhaft, als durch die starre Ver bindung unmittelbar zwischen der Schubstange und dem Kolben des Servomotors hohe Schubkräfte spielfrei übertragen werden können. Zwar tritt bei dieser Lösung eine Drehbewegung zwischen dem Kol ben und dem Zylinder des Servomotors auf. Gemäß einer Weiterbil dung der Erfindung nach Patentanspruch 2 lassen sich durch Rei bung zwischen dem Kolben und dem Zylinder des druckölbeaufschlag ten Servomotors hervorgerufene Erwärmung und Verschleiß dieser Teile verringern.The solution is advantageous in that the rigid Ver bond directly between the push rod and the piston of the Servomotors can transmit high thrust forces without play. With this solution, a rotary movement occurs between the piston ben and the cylinder of the servo motor. According to a continuation Extension of the invention according to claim 2 can be by Rei Exercise between the piston and the cylinder of pressurized oil heating and wear caused by the servo motor Reduce parts.

Mit der im Patentanspruch 3 angegebenen Ausgestaltung wird durch den Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms eine zentrische Führung des Kolbens im Zylinder erzielt.With the configuration specified in claim 3 is by the construction of a hydrodynamic lubricating film a centric Piston guidance in the cylinder achieved.

Durch die im Patentanspruch 4 gekennzeichnete Maßnahme tritt ein Ölstrom aus dem Servomotor heraus auf, so daß im Spalt zwischen dem Kolbenumfang und dem Zylinder hervorgerufene Reibungswärme zugeführt wird.The measure characterized in claim 4 occurs Oil flow out of the servo motor, so that in the gap between frictional heat caused by the piston circumference and the cylinder is fed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Kaplanturbine mit an einem Getriebegehäuse an geordneten Servomotor in schematischer Darstellung und Fig. 1 shows a Kaplan turbine with on a gearbox to ordered servo motor in a schematic representation and

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Servormotor in größerem Maßstab als in Fig. 1. FIG. 2 shows a longitudinal section through the servo motor on a larger scale than in FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit Ziffer 10 eine Kaplanturbine mit einem Laufrad 11 bezeichnet, dessen Flügel 12 in an sich bekannter Weise ver stellbar gelagert sind. Vom Laufrad 11 geht eine zweigeteilte Turbinenwelle 13 mit einer Längsbohrung 14 aus, in der eine achsgleich zur Welle verlaufende Schubstange 15 angeordnet ist. Im Laufrad 11 greift die Schubstange 15 an einem nicht darge stellten Verstellgetriebe für die Laufradflügel 12 an. Das vom Laufrad 11 abgewandte Ende der Schubstange 15 ist mit dem Kolben 16 eines hydraulischen Servomotors 17 verbunden. Dieser bildet eine Baugruppe einer im wesentlichen aus dem laufradseitigen Getriebe, der Schubstange 15 und dem Servomotor 17 bestehenden Verstelleinrichtung 18 für die Laufradflügel 12 der Kaplantur bine 10.In Fig. 1, numeral 10 denotes a Kaplan turbine with an impeller 11 , the blades 12 of which are mounted in a manner known per se. A two-part turbine shaft 13 extends from the impeller 11 and has a longitudinal bore 14 in which a push rod 15 is arranged which is coaxial with the shaft. In the impeller 11 engages the push rod 15 on a not shown Darge adjusting gear for the impeller blades 12 . The end of the push rod 15 facing away from the impeller 11 is connected to the piston 16 of a hydraulic servomotor 17 . This forms a subassembly of an adjustment device 18 for the impeller blades 12 of the Kaplantur bine 10 consisting essentially of the impeller-side gear, the push rod 15 and the servo motor 17 .

Die Kaplanturbine 10 dient der Gewinnung elektrischer Energie. Die in Radial- und Axiallagern 19, 20 geführte Turbinenwelle 13 steht daher über ein Kegelradgetriebe 21 mit einem Generator 22 in Verbindung. Dabei durchdringt die Turbinenwelle 13 ein Gehäu se 23 für das Kegelradgetriebe 21. The Kaplan turbine 10 is used to generate electrical energy. The turbine shaft 13 guided in radial and axial bearings 19, 20 is therefore connected to a generator 22 via a bevel gear 21 . The turbine shaft 13 penetrates a housing 23 for the bevel gear 21 .

Der bereits erwähnte hydraulische Servomotor 17 für die Flügel verstellung ist auf der vom Laufrad 11 abgewandten Seite des Getriebegehäuses 23 in der Weise angeordnet, daß der Zylinder 24 des Motors am Getriebegehäuse befestigt ist. Die Befestigung erfolgt durch Zugschrauben 25, welche einen auf der getriebe fernen Seite des Zylinders 24 angeordneten Boden 26 durchdringen und mit der Wand 27 des Getriebegehäuses 23 verschraubt sind, gegen welche der Zylinder abgestützt ist (Fig. 2).The aforementioned hydraulic servo motor 17 for the wing adjustment is arranged on the side facing away from the impeller 11 of the gear housing 23 in such a way that the cylinder 24 of the motor is attached to the gear housing. The attachment is carried out by tension screws 25 , which penetrate a bottom 26 arranged on the side of the cylinder 24 remote from the transmission and are screwed to the wall 27 of the transmission housing 23 , against which the cylinder is supported ( FIG. 2).

Bei Turbinenbetrieb rotieren die Turbinenwelle 13 sowie die Schubstange 15 mit Laufraddrehzahl. Der Kolben 16 des Servo motors 17 ist drehfest mit der Schubstange 15 verbunden und axial durch eine Mutter 28 gehalten. Der Kolben 16 rotiert daher relativ zum feststehenden Zylinder 24 ebenfalls mit Ladraddreh zahl. Er ist umfangsseitig mit einer Lagermetallschicht 29 ver sehen. In diese Schicht 29 sind nicht dargestellte, an sich be kannte Schmierstofftaschen eingearbeitet. Die beiderseits des Kolbens 16 befindlichen Zylinderinnenräume 30 und 31 sind über Anschlußleitungen 32 und 33 mit Drucköl beaufschlagt. Das zwi schen den Zylinder 24 und den Kolben 16 eindringende Öl bildet aufgrund der Schmierstofftaschen in der Lagermetallschicht 29 einen hydrodynamischen Schmierfilm aus, der den Kolben 16 zen trisch zum Zylinder 24 führt. Vom Kolbenumfang gehen radial ver laufende Bohrungen 34 aus, welche mit einer sich axial er streckenden, gegen beide Zylinderinnenräume 30 und 31 abge schlossenen Längsbohrung 35 der Schubstange 15 in Verbindung stehen. Von der Längsbohrung 35 führt eine weitere Radialbohrung 36 in einen Ringspalt 37 zwischen der Schubstange 15 und der Turbinenwelle 13. Es kann sich daher eine Ölströmung aus Schmierstofftaschen heraus einstellen, so daß frisches Öl aus den Zylinderinnenräumen 30 oder 31 nachgefördert wird. During turbine operation, the turbine shaft 13 and the push rod 15 rotate at the impeller speed. The piston 16 of the servo motor 17 is rotatably connected to the push rod 15 and held axially by a nut 28 . The piston 16 therefore rotates relative to the fixed cylinder 24 also with Ladraddrehzahl. He is seen ver with a bearing metal layer 29 on the circumference. In this layer 29 , not shown, known lubricant pockets are incorporated. The cylinder interior 30 and 31 located on both sides of the piston 16 are pressurized with pressure oil via connecting lines 32 and 33 . The between the cylinder 24 and the piston 16 penetrating oil forms due to the lubricant pockets in the bearing metal layer 29 from a hydrodynamic lubricating film which leads the piston 16 zen tric to the cylinder 24 . From the piston circumference go radially ver running holes 34 , which are connected with a axially extending, against both cylinder interiors 30 and 31 closed longitudinal bore 35 of the connecting rod 15 . A further radial bore 36 leads from the longitudinal bore 35 into an annular gap 37 between the push rod 15 and the turbine shaft 13 . There can therefore be an oil flow out of lubricant pockets, so that fresh oil is supplied from the cylinder interior 30 or 31 .

Wenn dagegen der Abfluß von Drucköl aus den Zylinderinnenräumen 30 oder 31 unterbunden sein soll, kann nach einer in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Kolben 16 umfangsseitig mit einem mit dem Zylinder 24 zusammenwirkenden Dichtring 38 aus einem z. B. elastomeren Werkstoff versehen sein. In diesem Fall kann vergleichsweise zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein relativ großer Spalt 39 zwischen dem Kolben 16 und dem Zylinder 24 zulässig sein.In contrast, when the discharge is to be inhibited of pressure oil from the cylinder chambers 30 or 31, embodiment, the piston 16 circumferentially with a cooperating with the cylinder 24. Seal 38 z from an illustrated 2 can by a bottom in the half of FIG.. B. elastomeric material. In this case, a relatively large gap 39 between the piston 16 and the cylinder 24 may be permissible in comparison to the exemplary embodiment described above.

Zum Abdichten des Zylinderinnenraumes 30 ist zwischen der Turbi nenwelle 13 und der Schubstange 15, welche relativ zur Turbinen welle axial bewegbar ist, eine Dichtung 40 vorgesehen. Diese kann als radial wirkende Lippendichtung aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet sein. Eine weitere Dichtung 41 ist zwi schen der rotierenden Turbinenwelle 13 und der Getriebegehäuse wand 27 vorgesehen. Diese Dichtung 41 kann zusätzlich als Ra dialgleitlager für die Turbinenwelle 13 ausgebildet sein. In diesem Fall wird zur Schmierung des Lagers Drucköl aus dem Zy linderinnenraum 30 benutzt.To seal the cylinder interior 30 , a seal 40 is provided between the turbine shaft 13 and the push rod 15 , which is axially movable relative to the turbine shaft. This can be designed as a radially acting lip seal made of an elastomeric material. Another seal 41 is between the rotating turbine shaft 13 and the gear housing wall 27 is provided. This seal 41 can additionally be designed as a dial slide bearing for the turbine shaft 13 . In this case, pressure oil from the cylinder interior 30 is used to lubricate the bearing.

Der hydraulische Servomotor 17 ist mit einem Meßwertaufnehmer 42 für die Stellung des Kolbens 16 versehen. Der Meßwertaufnehmer 42 ist am vom Getriebegehäuse 23 abgewandten Zylinderboden 26 koaxial zur Schubstange 15 befestigt. Der beispielsweise kapazi tiv arbeitende Sensor 43 des Meßwertaufnehmers 42 greift in eine Längsbohrung 44 der Schubstange 15 im Kolbenbereich ein. Der Meßwertaufnehmer 42 erzeugt ein Rückführsignal in einem Regel kreis für die Verstellung der Laufradflügel 12 der Kaplanturbine 10. Der Regelkreis sichert die Kolbenstellung durch die Zufuhr von Drucköl in den jeweiligen Zylinderinnenraum 30 oder 31. Ein Ölverlust aus einem der Innenräume 30 oder 31 aufgrund Ölabfluß zwischen den relativ zueinander bewegten Bauteilen Kolben 16 und Zylinder 24 des Servomotors 17 sowie Turbinenwelle 13 und Ge triebegehäusewand 27 hat keinen Einfluß auf die Einstellung der Laufradflügel 12 der Kaplanturbine 10.The hydraulic servo motor 17 is provided with a sensor 42 for the position of the piston 16 . The transducer 42 is attached to the cylinder base 26 facing away from the gear housing 23 coaxially to the push rod 15 . The, for example, capacitively operating sensor 43 of the transducer 42 engages in a longitudinal bore 44 of the push rod 15 in the piston area. The sensor 42 generates a feedback signal in a control circuit for the adjustment of the impeller blades 12 of the Kaplan turbine 10th The control circuit secures the piston position by supplying pressure oil to the respective cylinder interior 30 or 31 . An oil loss from one of the interiors 30 or 31 due to oil drain between the relatively moving components piston 16 and cylinder 24 of the servo motor 17 and turbine shaft 13 and Ge gear housing wall 27 has no influence on the setting of the impeller blades 12 of the Kaplan turbine 10th

Claims

1. adjusting device ( 18 ) for the impeller blades ( 12 ) of Kaplan turbine ( 10 ), with the following features

a) between the turbine wheel (11) and a generator (22) is a turbine with the shaft (13) ver bundenes bevel gear (21) in a housing (23)
b) a hydraulic servo motor ( 17 ) for the wing position is arranged on the side of the gear housing ( 23 ) facing away from the impeller ( 11 ),
c) the cylinder ( 24 ) of the servo motor ( 17 ) is attached to the gear housing ( 23 ), while the piston ( 16 ) with a the shaft of the turbine ( 13 ) penetrate the same, with the rotating impeller rotating rod ( 15 ) for the wing adjustment ,

characterized by the further characteristic

d) the piston ( 16 ) of the servo motor ( 17 ) is rotatably connected to the push rod ( 15 ).

2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that the piston ( 16 ) of the servo motor ( 17 ) is provided on the circumferential side with a bearing metal layer ( 29 ).

3. Adjusting device according to claim 2, characterized in that the piston ( 16 ) on the circumferential side has lubricant pockets.