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Drehzahlregler mit Servomotor für Kraftmaschinen, insbesondere Wasserturbinen
Die Erfindung betrifft einen Drehzahlregler mit Servomotor für Kraftmaschinen, insbesondere
Wassersturbinen, bei welchem mit dem Servo,-motorkolben ein Katarakt verbunden ist,
mit dessen Hilfe sich eine temporäre Statik herstellen läßt.
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Unter Statik wird allgemein der relative Drehzahlunterschied zwischen
Vollast- und Leerlaufdrehzahl einer geregelten Maschine verstanden.
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Was Wasserturbinen anbetrifft, so ist bekanntlich deren stabile Regelung
um so, schwieriger, je größer die Länge und die Geschwindigkeit der die Turbine
speisenden Wassersäule, das heißt je größer der Impuls der zu -beeinflußenden Wassermassen
ist. Der destabilisierende Einfluß der genannten Größen läßt sich durch die in der
angetriebenen :Maschine enthaltenen Schwungmassen: oder auch durch eine gewisse
Statik ausgleichen. Letztere kann aus Betriebsgründen. nicht beliebig, vergrößert
werden, auch die Schwungmassen der angetriebenen Maschine, heute in der Hauptsache
elektrische Generatoren., lassen sich nicht beliebig vergrößern. Da bei großen.
Wassermassen und unter Einhaltung der obengenannten praktischen Grenzen von Schwungmassen
und Statik in vielen Fällen keine stabile Regelung möglich ist, ist als weiteres
stabilisierendes Organ, eine temporär wirkende Rückführung vorgesehen worden., deren
Statik, da sie eben nur temporär wirkt, der Wirkung der Wassermassen anpaßbar ist.
Ist diese groß, so muß auch eine größere vorübergehende Statik verwendet
werden.,
was jedoch den. Nachteil hat, daß dann auch die Drehzahlanstiege bei Lastabschaltungen
größer werden. Dieser zusätzliche Drehzahlanstieg ist bei Vollastalbschaltungen
nicht von. Belang; bei kleinen Lastabschaltungen: jedoch. ist er relativ groß. Um
nun diesen Nachteil zu beheben, weist ein Dfehzahlregle,r der eingangs erwähnten
Art gemäß der Erfindung Mittel auf, um die tempomäre Statik bei Teillasten, der
Kraftmaschine herunterzusetzen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform nach der Erfindung in vereinfachter-
Darstellungsweise veranschaulicht.
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In der Figur bezeichnet i ein in nicht gezeigter Weise mit der Welle
einer Wasserturbine 7 in Wirkungsverbindung stehendes Drehzahlpendel, das jeweils
den Regelvorgang einleitet. Dieses Pendel i betätigt über ein Gestänge, zu denn
Hebel :2 und 3 gehören, ein Regulierorgan 4, das den Zu- und- Abfluß eines Druckmittels,
z. B: von Drucköl, zu einem Servomotor 5 beherrscht. Dieser betätigt seinerseits
ein den Wasserfluß zur Turbine 7 beherrschendes Absperrorgan 6 in solcher Weise,
daß die von der Turbine 7 erzeugte Leistung stets gleich- der- väu den nicht gezeigten.
Verbrauchsmaschinen: benötigten Leistung ist. Die Bewegungen des Servomoto,rkolbens,
51 werden über eine Laufbahn. $ und Hebel 9 und io derart auf das erwähnte Pendelgestänge
2 und 3 übertragen, daß der Kolben des Regulierorgans4 jeweils in seine Mittellage
zurückgeführt und damit der Regelvorgang unterbrochen wird: Auf diese Weise läßt
sich erreichen, daß jeder Stellung des Pendels i, das heißt jeder Drehzahl der Turbine
7, eine bestimmte Öffnung des Absperrorgans 6 .und damit eine bestimmte Leistungsabgabe
der Turbine 7 entspricht, Es ist also jeder Turbinenleistung eine andere Drehzahl
zugeordnet, und der relative Unterschied der Drehzahlen zwischen Vollast und Leerlauf
entspricht dem, was als bleibende Statik bezeichnet wird. Innerhalb kleiner Grenzen
l;äßt sich diese mit Hilfe- eines Handrades 13, welches die Neigung der Laufbahn
8 zu verändern gestattet, verstellen: -Ein Hatdrad ii dient zur Drehzahl- und Lastverstellung
der Turbine 7 in beliebigen Grenzen., also auch zu deren Anlassen und Abstellen.
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Neben, der erwähnten Rückführung ist noch eine zweite, n ärmlich die
temporäre Rückführung vorgesehen, welche ebenfalls vom Servomotorkolben 51 aus,
beeinflußt wird, und zwar unter Zwischenschaltung eines Kataraktkolbens 15, der
gegenüber dem Kolben 51 relativ verschiebbar ist. Rasche Bewegungen des Servomotorkolbens
51 werden durch den Kataraktkolben 15, eine Kolbenstange 152 und einen an diese
angelenkten Hebel 17 auf eine Schwinge 19 übertragen, welche eine
Rolle 2o derart bewegt, daß sieden Hebel io noch mehr im Sinn der Rückführung verstellt
und damit den Kolben- des Regulierorgans 4 rascher in seine Mittellage führt, als
der bleibenden Statik entspricht. Die Rodle 2o wird von einer Feder 27 stets gegen
eine Laufbahn 26, die starr mit dem Servomoto@rkolben 51verbunden: ist, gepreßt.
Unter dem Einfluß von Federn 2i und 25, die zu beiden Seiten eines- Ansatzes 14
der Kolbenstangei 152 angeordnet= sind, wird der Kataraktkalben jeweils wieder in
seine Mittellage zurückgeführt, so, daß er nur temporär wirkt, wobei die Geschwindigkeit
der Rückführbewegung abhängig ist einerseits von der Stärke .der Federn 21 und 25,
anderseits von -der Größe einer Blende 22, welche das in den. Räumen 23 und 24 des
Servomotorkolbens 51 enthaltene Öl durchströmen läßt. Bei der Rückführung des Kataraktkolbens
15 wird das Regulierorgan 4 langsam nachgesteuert, bis der Servornotorkodben 51
die Stellung eingenommen hat, welche der neuen Stellung des Pendels i entspricht.
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Die erwähnte Rolle ?-o wird durch die Laufbahn 26 entsprechend der
Belastung der Turbine 7 auf der Schwinge i9 "verschoben:, derart, daß einem bestimmten.
Hub des Kolbens 51 ein. ungefähr der Belastung der Turbine 7 proportionaler Hub
der Rolle 2o. entspricht. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß bei einer
Belastungsänderung bestimmter Größe je nach der Belastung .der Turbine 7 .der Hebel
io verschieden stark verdreht wird, und zwar um so stärker, je,gräßer die ursprüngliche
Belastung war. Anders ausgedrückt heißt das, daß die te.mpo@räre Rückführung bei
Teillasten kleiner ist als bei Volllast. Dies ist zulässig, weil bei Teillast einerseits
dieGeschwindigkeit des dieTurbine,durchfließenden Wassers kleiner ist und anderseits
.die relative Größe der Schwungmassen der angetriebenen Maschine zunimmt und diese
beiden Faktoren bekanntlich die Stabilität der Regelung verbessern.. Da aber hei
Teilbelastung einer Wasserturbine die Nachsteuerung infolge einer kleineren vorübergehenden
Statik kleiner ist, so ist auch der Drehzahlanstieg bei Abschaltung einer kleinen.
Last kleiner als bei gleichbleibender Statik.
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Eine Schwierigkeit beim Regeln von Kraftmaschinen liegt darin, die
kleinen Schwingungen zum Verschwinden zu bringen, während große Schwingungen ohne
weiteres zum Abklingen gebracht werden können. Deshalb ist es angezeigt, daß die
durch die Stärke der Federn 21 und 25 festgelegte vorübergehende Statik bei großen
Schwingungen, also bei großen Laständerungen, nicht voll zur Auswirkung kommt. Die
Größe der Ausschläge der Schwinge i9 wird deshalb durch einstellbare Anschläge
30 und 3 i begrenzt, so daß beim Anschlagen, des Ansatzes 14 gegen einen
dieser Anschläge die weitere Wirkung der vorübergehenden Rückführung aufgehoben
wird. Die Rückführung des Regulierorgans 4 in seine Mittellage erfolgt von da an
nur noch entsprechend der bleibenden Rückführung. Der Servomotorkolben 51 und damit
das Absperrorgan- 6 erreichen infolgedessen die dem neuen Zustand entsprechende
Gleichgewichtslage rascher, weil nun das Regulierorgan 4-länger geöffnet bleibt,
so daß die vorübergehende Drehzahländerung der Turbine 7 ebenfalls kleiner ausfällt.
Der bei der erwähnten raschen Bewegung des Ser vomotorkolbens 51 in dem Raum 23
bzw. 24 hervorgerufene Druck wird durch Überströmv entile 28 und 29 auf einen einstellbaren
Wert beschränkt, damit die Bewegung des Kolbens 51
durch den betreffenden
Druck nicht abgebremst wird.
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An Stelle der (-fil)ersträmventile 2$ und 29 kann auch ein Hilfskolben.
vorhanden sein, der in Ahhängigkeit von seiner Stellung relativ zum Kolben 51 den
maximalen Druck in den Räumen 23 und 2.4 beschränkt.