DE432253C - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl, insbesondere von Turbinen - Google Patents

Description

Zur Regelung der Drehzahl von Turbinen werden in neuerer Zeit fast ausschließlich Regler mit Öldruckkraftkolben verwendet. Eine derartige Regeleinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das als Betriebsmittel verwendete öl erst durch besondere Vorrichtungen (Pumpen) auf den nötigen Druck gebracht werden muß. Diese Vorrichtung muß dauernd in Betrieb sein, um stets sofort Drucköl liefern zu können. Es wird demnach ständig eine bestimmte Leistung hierfür verbraucht. Die Einrichtung nimmt außerdem einen im Verhältnis zur Anlage beträchtlichen Raum in Anspruch. Die Anlagekosten sind daher verhältnismäßig hohe.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die die Regelung der Drehzahl, insbesondere von Turbinen, in vorteilhafter Weise auf elektrischem Wege erzielt. Sie ist daher vor allem in elektrischen Zentralen mit Vorteil verwendbar.

Gemäß der Erfindung wird durch eine die Drehzahl messende elektrische Kraftmaschine oder durch ein Wechselgetriebe ein Relais gesteuert, das bei richtiger Drehzahl in einer neutralen Stellung steht, und bei Über- oder Unterschreitung der Drehzahl Steuerstromkreise schließt und entweder unmittelbar oder durch Schützensteuerung einen Hilfsmotor einschaltet, so daß dieser entweder vor- oder rückwärts läuft und damit die Füllung der Dampf- oder Wasserturbine in der üblichen bekannten Weise ändert (Drehen der Leitschaufeln, Öffnen und Schließen von Düsen usw.).

Man kann die Einrichtung erfindungsgemäß auch so treffen, daß der von der Turbine angetriebenen elektrischen Kraftmaschine eine zweite mit der ersten gereihte und mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetriebene elektrische Kraftmaschine entgegengeschaltet wird, so daß bei richtiger Drehzahl kein Strom, bei Überschreitung der Drehzahl jedoch Strom in der einen, bei Unterschreitung Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Auf diese Weise wird vermieden, daß das Relais dauernd vom Strom durchflossen wird.

Der gleiche Erfolg läßt sich auch gemäß der Erfindung mit mechanischen Mitteln, beispielsweise mit einem als Drehzahlunterschiedmesser dienenden Wechselgetriebe erreichen, dessen erster Teil von der zu regelnden Maschine, dessen zweiter dagegen mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben wird, während der dritte einen Schalter besitzt, der bei gleicher Drehzahl der beiden ersten Teile in Mittelstellung steht, bei Abweichung von der richtigen Drehzahl entweder sich vorwärts oder rückwärts dreht und damit Verbindungen mit einem von zwei festen Schaltern für Vor- oder Nacheilung schließt und dadurch den Hilfsmotor in dem einen oder dem anderen Drehsinne betätigt und somit die Ventilstellung ändert.

Um Pendelungen der beschriebenen Regeleinrichtung zu verhindern und die Empfindlichkeit zu steigern, wird erfindungsgemäß beim Ansprechen des Relais die Spannung oder der Strom der die Drehzahl messenden elektrischen Kraftmaschine erhöht oder vermindert, indem beispielsweise durch weitere Schalter ein in dem Erreger- oder Hauptstromkreis der elektrischen Kraftmaschine liegender Widerstand ganz oder teilweise kurzgeschlossen, oder der Kurzschluß eines Vorschaltwiderstandes aufgehoben wird. Auf diese Weise lassen sich mit einfachen Mitteln die Vorteile einer selbsttätigen Rückführung erzielen, und man erspart die für diesen Zweck bisher notwendig gewesenen verwickelten und teueren Einrichtungen. Die erwähnten Widerstände sind ja meist ohnehin schon vorhanden, da ja Justierwiderstände nötig sind, um den bei normaler Drehzahl von der elektrischen Kraftmaschine gelieferten Strom auf den Wert einzustellen, durch den das Relais in der Schwebe gehalten wird.

Wenn das Relais angesprochen hat, brauchen natürlich diese Widerstände nicht mehr den eingestellten Wert beizubehalten und können deshalb ganz oder teilweise kurzgeschlossen, 5 oder es können noch Widerstände hinzugeschaltet werden. Durch die so erzielte Verstärkung oder Schwächung des Stromes wird ein Rückpendeln verhindert und gleichzeitig ein besseres Anpressen der angehobenen oder ίο gesenkten Schalter erzielt. Um ein größeres Anzugsmoment des Steuermotors zu erhalten, kann gleichzeitig gemäß der Erfindung auch dessen Erregung dadurch verstärkt werden, daß in den Erregerstromkreis ein Vorschaltwiderstand eingebaut wird, um zu vermeiden, daß dieser Erregerstromkreis dauernd vom vollen Erregerstrom durchflossen wird. Die bei Einleitung eines Regelvorganges benötigte volle Erregung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß gleichzeitig mit dem Ansprechen des Relais eine Schaltvorrichtung betätigt wird, die einen Vorschaltwiderstand oder ähnliche, für die Erregung nicht benötigte Widerstände kurzschließt.

Die zuletzt beschriebenen Anordnungen zur Steigerung der Empfindlichkeit sind in ihrer Anwendung nicht allein auf Einrichtungen zur Drehzahlregelung beschränkt. Sie können vielmehr im Sinne der Erfindung und bei entsprechender Anpassung auch bei anderen Regeleinrichtungen, beispielsweise bei Leistungs- oder Spannungsreglern, mit Vorteil verwendet werden.

In den Abbildungen sind drei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die Abbildungen zeigen je eine Anordnung zur Drehschaufelregelung einer Wasserturbine. In Abb. ι sitzt auf der Welle der Turbine 1 die die Drehzahl messende elektrische Kraftmaschine 2, die bei der gewünschten Drehzahl das Relais 3 mit einem Strom solcher Intensität speist, daß gerade der Anker 4 in seiner Mittelstellung schwebt und sämtliche Schalter unterbricht. Bei Abweichen des tatsächlichen Wertes der Drehzahl von ihrem Sollwert wird die Wicklung des Relais 3 mit einem stärkeren oder schwächeren als dem normalen Strom gespeist, und somit wird der Anker des Relais entweder gehoben oder fallen gelassen. Hierbei legen die Schalter 5 bis 12 den Regelmotor 13 an die Spannung eines ebenfalls auf der Turbinenwelle sitzenden Stromerzeugers 14. Der Motori3 verstellt dann je nach der Richtung der Stromzuführung das Leitrad der Turbine 1 im einen oder im anderen Sinne. Der Stromerzeuger 14 kann dabei Nebenschlußwiderstände oder Fremderregung besitzen. Zur Verhinderung von Pendelungen und Erhöhung der Empfindlichkeit werden gleichzeitig durch das Relais 3 die Schalter 15 und 16 beim Anheben und die Schalter 17 und 18 beim Sinken des Relais leitend verbunden, wodurch entweder ein Teil des in den Erregerstromkreis der die Drehzahl messenden elektrischen Kraftmaschine eingeschalteten Justier wider Standes 19 kurzgeschlossen ι oder ein Widerstand 20 parallel zur Erregerwicklung 21 geschaltet wird. Der kurzschließbare oder einschaltbare Widerstand wird mit Vorteil derart bemessen, daß die durch das Kurzschließen oder Einschalten hervorgerufene Spannungsänderung annähernd ι der Unempfindlichkeit des Relais entspricht, damit nicht ein unbeabsichtigtes Überregeln : beim Zurückgehen der Drehzahl der Turbine ' auf ihren Normalwert eintritt. Um dem ' Regelmotor 13 nicht dauernd die volle Er-

• regung aufzudrücken, ist in dessen Erreger-, Stromkreis bei richtiger Drehzahl der Turbine ■ ein entsprechend bemessener Vorschaltwiderstand 22 eingeschaltet, der, sobald der Regelvorgang eingeleitet ist, durch die Schalter 23 ; und 24 oder 25 und 26 kurzgeschlossen wird, ' so daß der Regelmotor 13 während des Regelvorganges voll erregt wird. Um die Bewegung des Regelmotors nach erfolgter Regelung abzudämpfen, wird der Regelmotor über einen ' Bremswiderstand 27 kurzgeschlossen, sobald das Relais 3 nach abgeschlossenem Regelvorgang wieder in seine Mittelstellung zurückgekehrt ist. Das Relais unterbricht in dieser Mittelstellung den Stromkreis des Schaltmagneten 28 an den Schaltstellen 30, 31 oder 32, 33, so daß der Kurzschlußschalter 29 einfällt. Statt das Relais 3 unmittelbar von der elektrischen Kraftmaschine 2 zu beeinflussen, können auch Hilfsrelais verwendet werden. ! Es ist beispielsweise vorteilhaft, in den ' Stromkreis der die Drehzahl messenden ; Kraftmaschine ein sehr empfindliches Span- ' nungsrelais einzubauen, das einen Hilfsstromkreis schaltet, der seinerseits wieder andere

• Relais oder Schützenanordnungen unmittelbar oder mittelbar steuert. Man wird außerdem bei der praktischen Ausführung Taster oder Schalter vorsehen, die zu den einzelnen Relaisschaltern parallel geschaltet sind, um Regelvorgänge auch von Hand einleiten zu können.

Um ein Überregeln zu vermeiden, empfiehlt es sich, beim Einleiten des Regelvorganges uo das Ansprechen des Relais 3 zu verzögern oder den bereits eingeleiteten Regelvorgang durch öffnen der Stromzuführung für den Steuermotor 13 vorzeitig zu unterbrechen. Statt den Steuermotor 13 vorzeitig abzuschalten, kann man auch das Ausschalten des Schalters 29 und damit des Bremswiderstandes 27 verzögern.

Die Abb. 2 zeigt die gleiche Anordnung wie Abb. 1 mit dem Unterschied, daß mit der elektrischen Kraftmaschine 102, die auf der Welle der Turbine 101 sitzt, eine zweite elek-

trische Kraftmaschine 34 gereiht ist. Diese zweite Kraftmaschine ist dabei der ersten entgegengeschaltet und wird von einem Motor 35 mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben. Das jetzt zu verwendende Relais 103 ist ein polarisiertes, d. h. es muß entweder der Anker 104 aus einem permanenten Magneten oder einem Elektromagneten bestehen. Im übrigen bleibt die Wirkungsweise die gleiche wie in Abb. 1 dargestellt.

In Abb. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Steuerung | des Relais 3 durch ein Wechselgetriebe 36 er- ^l folgt. 37, 38, 39 und 40 sind Kegelräder, j während mit 41, 42 und 43 Zahnräder bezeichnet sind. 44 ist eine Zahnstange und 45 eine Rutschkupplung. Das Kegelrad 37 sitzt auf der gleichen Welle wie die Turbine 1, während das Kegelrad 38 durch den Motor 35 mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Drehrichtungen der Turbine ι und des Hilfsmotors 35 sind dabei einander entgegengesetzt. Solange die Geschwindigkeit der beiden Kegelräder 37 und 38 einander gleich ist, drehen sich die Kegelräder 39 und 40 lediglich an Ort und Stelle, und das Zahnrad 41 bleibt dabei in Ruhe. Tritt dagegen eine Bewegung des Zahnrades 41 infolge des Geschwindigkeits-Unterschiedes der beiden Kegelräder 37 und 38 ein, so überträgt sich diese Bewegung auf die Zahnstange 44, die das Relais 3 in dem einen oder anderen Sinne steuert. Die Rutschkupplung 45 verhütet dabei, daß das Zahnrad 43 sich dreht, wenn das Relais 3 bereits in dem einen oder anderen Sinne geschaltet hat. Im übrigen ist die Anordnung und die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles die gleiche wie die nach Abb. 2.

Claims (8)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl, insbesondere von Turbinen, gekennzeichnet durch ein elektrisch von einer die Drehzahl messenden Kraftmaschine oder mechanisch von einem Drehzahl vergleichenden Wechselgetriebe gesteuertes Relais, das bei richtiger Drehzahl in einer neutralen Stellung steht und bei Überschreitung der Drehzahl einem die Drehzahl der Turbine regelnden Hilfsmotor den einen, bei Unterschreitung der Drehzahl den entgegengesetzten Drehsinn erteilt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Turbine angetriebenen elektrischen Kraftmaschine eine zweite mit der ersten gereihte, mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetriebene elektrische Kraftmaschine entgegengeschaltet ist, so daß bei richtiger Drehzahl kein Strom, bei Überschreitung der Drehzahl jedoch Strom in der einen, bei Unterschreitung Strom in der anderen Richtung fließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Wechselgetriebe als Drehzahlmesser, dessen erster Teil von der zu regelnden Turbine, dessen zweiter aber mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben wird, während der dritte bei richtiger Drehzahl zwischen Schaltern steht und bei Abweichung von der richtigen Drehzahl entweder den einen oder den anderen Schalter schließt und dadurch den Hilfsmotor in einem oder in anderem Sinne einschaltet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine beim Ansprechen der Regeleinrichtung betätigte Schaltvorrichtung (15 bis 18 in Abb. 1), die durch eine Widerstandsschaltung die den Regelvorgang einleitende Änderung des Relaisstromes verstärkt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (15 bis 18 in Abb. 1) bei einem Abweichen der Drehzahl von ihrem Soll-Wert entweder einen Teil des Erregerkreis- oder Hauptstromkreiswiderstandes der elektrischen Kraftmaschine kurzschließt oder einem Teil des Erregerkreises derselben einen Widerstand parallel schaltet.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (23 bis 26 in Abb. 1), die bei einem Abweichen der Drehzahl von ihrem Soll-Wert einen Teil des Erregerwiderstandes (22) des Regelmotors (13) kurzschließt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (3° bis 33 in Abb. 1), die bei Übereinstimmung der Drehzahl mit ihrem Soll-Wert den Regelmotor (13) über einen Bremswiderstand (27) kurzschließt, während sie bei einem Abweichen der Drehzahl von ihrem Soll-Wert diesen Kurzschlußstromkreis unterbricht.

8. Einrichtung nach Anspruch I bis 7, gekennzeichnet durch parallel zu einzelnen oder sämtlichen Relaisschaltern liegende Handschalter oder Taster zur willkürlichen Betätigung der Regeleinrichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.