DE177811C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 14 c. GRUPPE 7.

mit elastischem Treibmittel.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Aktionsturbinen mit elastischem Treibmittel dadurch zu regeln, daß je nach der Belastung der Turbine eine größere oder kleinere Anzahl von Einströmdüsen durch den Geschwindigkeitsregler offen gehalten werden. Diese Regelungsart hatte den wesentlichen Nachteil, daß sie keine feine Einstellung der Turbine auf die gerade erforderliche Leistung ermöglichte. Die Leistung konnte

ίο nämlich stets nur um einen bestimmten Betrag . geändert werden, welcher dem Ein- oder Ausschalten einer Einströmdüse (bezw. mehrerer gekuppelter Düsen) entsprach. War beispielsweise eine 500 pferdige Dampfturbine mit 50 unabhängig voneinander regelbaren Einströmungsdüsen versehen, so mußte deren Leistung um mindestens 10 Pferdestärken auf einmal geändert werden. Bei einer Belastung von 365 Pferdestärken mußte daher die Leistung der Turbine zwischen den Werten 360 und 370 Pferdestärken hin- und herschwanken. Der Geschwindigkeitsregler mußte sich hierbei fortwährend zwischen zwei bestimmten Stellungen hin und her bewegen, und es war kein Gleichgewichtszustand vorhanden. Solange die Turbine nur 360 Pferdestärken leistete, verringerte sich deren Geschwindigkeit, bis der Geschwindigkeitsregler in die eine Grenzstellung gelangte und die 37. Düse öffnete. Wurde dadurch die Leistung auf 370 Pferdestärken erhöht, so nahm wiederum die Geschwindigkeit der Turbine so lange zu, bis der Geschwindigkeitsregler die

37. Düse ausschaltete, worauf sich das Spiel von neuem wiederholte. Ein Gleichgewichtszustand konnte daher nur dann stattfinden, wenn die Belastung eine ganz bestimmte Größe hatte, d. i. ein Mehrfaches der einer Düse entsprechenden Pferdestärkenzahl war.

Diesem Übelstand wird im Sinne der vorliegenden Erfindung dadurch abgeholfen, daß die gerade in Betracht kommende Einströmdüse (bezw. mehrere miteinander verbundene Düsen) nicht bloß wie früher entweder gänzlich eingeschaltet oder gänzlich ausgeschaltet wird durch den zwischen seinen Grenzstellungen hin und her spielenden Geschwindigkeitsregler, sondern überdies bei jeder Zwischenstellung des Geschwindigkeitsreglers in bestimmten Zeitintervallen, also z. B. während jeder Umdrehung des Geschwindigkeitsreglers einmal, geöffnet und geschlossen wird, und zwar derart, daß die Dauer, während welcher die Einströmdüse geöffnet bleibt, in dem Maße zunimmt, als der Geschwindigkeitsregler sich jener Grenzstellung nähert, bei welcher das Einströmventil dauernd offen gehalten wird. Soll daher die Maschine z. B. eine Leistung von 365 Pferdestärken entwickeln, so ist es nicht mehr erforderlich, daß der Geschwindigkeitsregler zwischen zwei Grenzstellungen sich hin und her bewege und die Leistung abwechselnd auf 360 und 370 Pferdestärken einstelle, sondern es wird bei einer gewissen Mittelstellung des Reglers, somit ohne Änderung der Geschwindigkeit der Turbine,

eine Leistung von genau 365 Pferdestärken dadurch erzielt, daß 36 Einströmdüsen dauernd geöffnet sind und die 37. Düse in bestimmten Zeitintervallen für die halbe Dauer eines solchen Intervalls geöffnet wird.

Es muß bemerkt werden, daß es bekannt ist, bei Reaktionsturbinen das den Zufluß des Treibmittels regelnde Haupteinlaßventil absatzweise mittels eines in stetiger Auf- und Abbewegung erhaltenen Dampfservomotors zu steuern, doch wurde bei dieser von Parsons angewendeten Regelungsweise durch die Änderung der Zeitdauer des periodischen Dampfzuflusses nur eine grobstufige Regelung erzielt, welche für Aktionsturbinen nicht anwendbar war, da es' bei solchen wesentlich ist, daß die Form und Geschwindigkeit des Dampfstrahls durch die Regelung unbeeinflußt bleibe. Das Wesen des vorliegenden, ausschließlich für Aktionsturbinen bestimmten Regelungsverfahrens besteht dem Parsons' sehen Verfahren gegenüber darin, daß die gerade im Spiel des Geschwindigkeitsreglers liegende Düse (bezw. eine Anzahl von gekuppelten Düsen) absatzweise und in bestimmten Intervallen, jedoch stets vollständig geöffnet wird, so daß die Form und die Geschwindigkeit des Strahls sich nicht ändert.

Eine Ausführungsform der zur Durchführung des Regelungsverfahrens geeigneten Regelungsvorrichtung, bei welcher teilweise an sich bekannte und bei der elektrischen Steuerung von Dampfmaschinenventilen oder Schiebern angewendete Mittel benutzt sind, ist in beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. Fig. ι ist ein Vertikalschnitt der Turbine.

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Turbine, bei welcher der teilweise abgeänderte Kommutator im Aufriß dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt die Schaltung der Stromquelle. Fig. 4 und 5 zeigen das in Form eines Drehschiebers ausgeführte Einströmventil und dessen Verbindung mit dem Servomotor.

Fig. 6 und 7 zeigen den Servomotor in zwei Grenzstellungen, nämlich bei geschlossenem und bei offenem Einströmventil sowie die Verbindung mit dem rotierenden Kommutator. Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten. Fig. 10 ist ein Diagramm der Wirkungsweise . der Vorrichtung.

Die in Lagern 14 und Stopfbüchsen 15 ruhende Drehschieberspindel 16 ist bei 17 mit der Welle 20 eines zugehörigen elektrischen Servomotors 18 direkt gekuppelt, dessen Anker 19 (Fig. 9) mit Polschuhen 21, 22 versehen ist und sich zwischen den am Motorgehäuse ausgebildeten Feldmagnetpolen 23, 24 hin und her bewegt, wobei der Schwingungswinkel etwa 45 ° beträgt. Das eine Ende der Ankerwicklung 25 ist mit den Segmenten 26 und 27 (s. Fig. 6, 7 und 9), das andere Ende mit den Segmenten 28, 29 des Kommutators 30 des Servomotors verbunden.

Außer der Wicklung 25 trägt der Anker noch eine bifilar gewickelte Spule 31, die am einen Ende mit der Mitte der Wicklung 25 und am anderen Ende mit Segment 32 (Fig. 7) ver-, bunden ist. Das Segment 32 liegt zwischen den Segmenten 27 und 29 und ist von denselben durch schmale Isolierstreifen getrennt. Zwischen den Segmenten 27 und 28 bezw. 26 und 29 sind Isoliersegmente 33 und 34 angeordnet. Das zwischen Segmenten 26 und 28 liegende Isoliersegment 48 ist mit einer Nut 46 versehen, deren Anschläge 47 und 48 in Verbindung mit einer unter Wirkung der Feder 50 stehenden Klinke 49 die Schwingung des Drehschiebers begrenzen. Das eine Ende der Feldwicklung 35 ist an die positive Klemme P der Stromquelle, das andere Ende an die Bürste 36 angeschlossen, welch letz- ■ tere bei der Bewegung des Servomotors auf Segmenten 27, 32, 29 gleitet. Zu den Segmenten 26 und 28 gehören zwei andere Bürsten 37 und 41, welche durch Leitungen 38 und 42 mit den Bürsten 39 und 43 des rotierenden und vom Regler in beliebiger Weise achsial verstellbaren Kommutators 44 verbunden sind. Der Kommutator 44 ist mittels Leitung 45 mit dem negativen Pol N der Stromquelle G verbunden. Die Lage der Bürsten 37 und 41 mit Bezug auf Segmente 26 und 28 ist eine derartige, daß bei der einen Grenzstellung (Fig .6), die der Geschlossenstellung, des Drehschiebers 10 entspricht, die Bürste 37 mit dem Segment 26 in Kontakt steht und die Bürste 41 isoliert ist, während bei der anderen Grenzstellung (Fig. 7), die der Offenstellung des Schiebers 10 entspricht, Bürste 37 isoliert ist und Bürste 41 in Kontakt mit dem Segment 28 steht.

Befindet sich der Servomotor in der Stellung nach Fig. 6 und ist die Bürste 39 in Berührung mit dem rotierenden Kommutator 44, so ist der Stromverlauf der folgende: Von P über Feldmagnet 35, Bürste 36, Segment 29, Ankerwicklung 25, Segment 26, Bürste 37, Leitung 38, Bürste 39, Kommutator 44 zu N. Dadurch erhält der Anker eine Bewegung im Sinne der öffnung des Drehschiebers 10. Während dieser Bewegung gelangt Bürste 36 (von Segment 29) auf Segment 32, so daß der Strom seinen Weg über Segment 32, Widerstandsspule 31 und die halbe Ankerwicklung nehmen muß und hier- no durch wesentlich abgeschwächt wird. Gegen Ende der Bewegung wird der Strom dadurch unterbrochen, daß Bürste 37 Segment 26 verläßt. Dies findet statt, noch ehe die Bürste 36 auf Segment 27 gelangt, der letzte Teil der Ankerbewegung findet somit durch das Trägheitsmoment des Ankers bei stromlosem Anker statt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Bewegung ohne Stoß aufhört, insofern als die Stromstärke nach Beginn der Bewegung durch die Widerstandsspule 31 wesentlich verringert wird. Zu Ende der Öffnungsbewegung

gelangt der Servomotor in die Stellung nach Fig. 7. Kommt bei dieser Stellung des Motors die Bürste 43 in Berührung mit dem Kommutator 44, so erfolgt eine Rückbewegung des Servomotors in die Stellung nach Fig. 6. Der Strom nimmt hierbei seinen Weg von P über Spule 35, Bürste 36, Segment 27, Anker 25, Bürste 41, Leitung 42, Bürste 43, Kommutator 44 zu N, wird sodann in analoger Weise durch Einschaltung der Spule 31 geschwächt und schließlich unterbrochen, bevor die Bürste 36 das Segment 29 erreicht.

Der umlaufende Kommutator 44 (Fig. 6) ist hier auf einer Isolierhülse 40 befestigt, welche von dem Regulator 54 unmittelbar gedreht und mittels Lenker 55 achsial verstellt wird. Der Kommutator 44 besteht aus einer spiralförmigen Platte, deren Breite etwas geringer als der Abstand der Bürsten 39 und 43 ist. Die Enden der Spiralen 56 und 57 sind gegeneinander ein wenig versetzt, so daß bei Drehung in der Pfeilrichtung die 'Bürste 43 das Ende 56 verläßt, ehe die Bürste 39 das Ende 57 berührt. Es ist einleuchtend, daß je nach der Stellung des Kornmutators 44 mit Bezug auf die Bürsten 39 und 43 das Verhältnis der Zeiten, während welcher der Drehschieber 10 in der Offenstellung bezw. in der Geschlossenstellung sich befindet, sich ändert. Das genannte Verhältnis kann beliebig geändert werden, und zwar wird, wenn nur die Bürste 39 mit dem Kommutator 44 in Berührung kommt, der Drehschieber 10 stets offen sein, wogegen er während der vollen Umdrehung der Welle 3 und des Kommutators 44 geschlossen bleibt, wenn nur die Bürste 43 arbeitet. Bei jeder Zwischenstellung des Kommutators 44 zwischen den beiden genannten Stellungen werden beide Bürsten 39 und 43 außer Wirkung kommen und der Drehschieber wird somit bei jeder Umdrehung des Kommutators einmal geöffnet und geschlossen.

Die Anordnung ist gewöhnlich so getroffen, daß zwei oder mehrere am Umfange der Turbine symmetrisch verteilte Einströmungsdüsen gleichzeitig geregelt werden, was einfach durch Parallelschaltung der zugehörigen Servomotoren erzielt werden kann. Einer jeden solchen Gruppe von Servomotoren und Drehschiebern entspricht ein Bürstenpaar. Die einzelnen Bürstenpaare 39, 43, 39", 43", 39^, 43* sind nun derart angeordnet, daß die Regelung einer Gruppe erst dann beginnt, wenn die benachbarte Gruppe von Drehschiebern dauernd geöffnet oder dauernd geschlossen ist. Zu diesem Zwecke muß der Abstand der Bürsten 39, 39", 39* gleich oder größer als die Steigung der dem Kommutator begrenzenden Spiralen sein. Der Abstand der zugehörigen Bürsten 39* und 43^ usw. ist, wie bereits oben erwähnt wurde, etwas größer als die Breite des Kommutators 44. In Fig. 6 sind die beiden Grenzstellungen der Kommutatorhülse 40 durch gestrichelte Linien angedeutet. Diese Grenzstellungen sind von denen, die bei der Regulierung einer Gruppe in Betracht kommen, zu unterscheiden. Bei der unteren Grenzstellung stehen die Bürsten 39, 39ⁿ und 39* in dauernder Berührung mit dem Kommutator 44, d. h. sämtliche Drehschieber befinden sich in der Offenstellung. Bei stetig sinkender Belastung steigt der Regler langsam und der Kommutator 44 regelt zuerst die mit den Bürsten 39*, 43* verbundene Gruppe von Drehschiebern derart, daß diese Gruppe bei jeder Umdrehung zuerst für kürzere und dann für immer längere Zeit geschlossen bleibt und schließlich ganz ausgeschaltet wird, indem nur noch die Bürste 43* mit dem Kommutator 44 in Berührung steht. Sinkt die Belastung stetig bis Null, so werden nacheinander die den Bürstenpaaren 39", 43^s und 39, 43 entsprechenden Drehschiebergruppen durch den in die obere Grenzlage steigenden Reglerkommutator 44 in ähnlicher Weise ausgeschaltet. Sinkt oder steigt die Belastung plötzlich, so ist auch die Wirkung der Regelungsvorrichtung eine plötzliche, indem dann die feine Regelung durch abgestuftes Ein- und Ausschalten der Düsen während jeder Umdrehung des Kommutators ganz ausbleibt. Die Regelungsvorrichtung wirkt dann nach Art der bekannten älteren Vorrichtungen, bei denen der Regler einfach einen Steuerschieber verstellt, durch welchen die zum Öffnen der Einströmventile dienende Druckflüssigkeit verteilt wird. Die wesentlichen Vorzüge der neuartigen Regelung kommen somit in erster Linie dann zur Geltung, wenn die Belastung langsam sich ändert.

Fig. 10 zeigt diagrammatisch die charakteristische Wirkungsweise der Vorrichtung. Die oberen bezw. unteren Teile der gebrochenen Linien stellen die Zeiten dar, während welcher die Einströmungsdüse geöffnet bezw. geschlossen ist. r entspricht einer vollen Umdrehung des Kommutators. Es ist angenommen, daß die Belastung allmählich steigt. Bei c ist die Einströmungsdüse dauernd geschlossen und bei 0, das ist hier nach acht Umdrehungen des Kommutators, dauernd geöffnet.

Bei großen Turbinen empfiehlt es sich, die Anordnung nach Fig. 1 oder 2 zu treffen. Der Kommutator ist auf der mittels Kegeltriebes 64, 65 gedrehten Welle 58 mittels Feder und Nut 63 verschiebbar gelagert und wird mittels eines Hebels 5δ^α verstellt, der am Gehäuseteil 59 drehbar gelagert ist und einerseits in eine Nut 60 des Reglers, andererseits in eine Nut 62 der Kommutatorhülse eingreift. Wegen der großen Zahl der zu regelnden Düsen ist der Kommutator in zwei bezw. drei Platten 44 zerlegt, die gleichzeitig wirken. In Fig. 1 sind 48 Düsen angenommen, die in Gruppen von je vier geteilt sind. Es sind sechs Bürstenpaare

Claims (4)

1. für jede der beiden Platten 44 vorhanden. In Fig. 2 sind 42 Düsen vorhanden, von denen je zwei eine Gruppe bilden. Jeder Kommutatorplatte 44 entsprechen sieben Paar Bürsten.
   Wie bereits oben bemerkt wurde, ist es nicht neu, die Leistung von Turbinen mit elastischem Treibmittel dadurch zu regeln daß man die Einströmdüsen durch den Regler öffnen und schließen läßt. Das wesentliche Kennzeichen der neuartigen Regelung besteht in der absatzweisen Zuführung des Treibmittels bei ungeänderter Reglerstellung, durch welche die Leistung der Belastung aufs genaueste angepaßt werden kann, ohne daß zu dem üblichen Aushilfsmittel, der Drosselung des Treibmittels, Zuflucht genommen zu werden braucht. Es ist auch hervorzuheben, daß einzelne Teile der beschriebenen Ausführungsform der Regelungsvorrichtung an sich bekannt sind und keinen Gegenstand der Erfindung bilden. So ist es beispielsweise bekannt, bei elektrisch betriebenen Ventilsteuerungen von Dampfmaschinen vom Regler verstellte Kontaktvorrichtungen mit spiralförmigen Kontaktstücken anzuwenden.

   Die Anwendung von Hähnen innerhalb der Leitapparate von Turbinen ist gleichfalls nicht neu.

   Ρλ'τε nt-An Sprüche:

   i. Verfahren zur Regelung von ein- oder mehrstufigen Aktionsturbinen mit elastischem Treibmittel, bei welchen jeder zu regelnde Leitkanal oder jede Düse mit einem besonderen Ventil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade im Spiel des Reglers liegende Ventil (oder die Ventilgruppe) bei ungeänderter Reglerstellung in bestimmten Zeitabschnitten vollständig geöffnet und geschlossen wird, und daß die Dauer, während welcher das Ventil (oder die Ventilgruppe) geöffnet bleibt, veränderlich und von der jeweiligen Reglerstellung abhängig ist. "
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe mit der bekannten groben Regelung durch völliges Einschalten oder Ausschalten von einzelnen Leitkanälen oder Düsen (oder Gruppen von solchen) derart vereinigt ist, daß — unter dem Einfluß desselben Reglers — jeder der nacheinander einzuschaltenden Leitkanäle zuerst periodisch während eines (allmählich wachsenden) Teils der Regelungsperiode geöffnet wird und sodann während des Einschaltens des folgenden Leitkanals (Düse, Kanalgruppe) dauernd eingeschaltet bleibt.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einer an sich für Ventilsteuerungen bekannten, vom Regler aus in achsialer Riehtung gegen feststehende Bürsten verschiebbaren, sich drehenden Kontakttrommel mit spiralförmigem Kontaktbelag, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten gegenüber dem Kontaktbelag so angeordnet sind, daß ein Teil der Düsen dauernd, die im Spiel des Reglers liegende Düse in Zeitabschnitten von einer für die jeweilige Reglerstellung bestimmten Dauer geöffnet sind.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, um eine plötzliche Anfangsbewegung des Servomotors zu erzielen, eine bifilar gewickelte Widerstandsspule auf dem Anker des Servomotors vorgesehen ist, welche nur zwischen den beiden Grenzstellungen des Servomotors in die Wicklung eingeschaltet, dagegen in beiden Grenzstellungen ausgeschaltet ist, und daß, um den Unterbrechungsfunken abzuschwächen, der Stromkreis stets bei eingeschalteter Widerstandsspule unterbrochen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.