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Vorrichtung zur Verhinderung der Überschreitung der zulässigen Drehzahl bei
Antriebsmaschinen.
Die Regelung der Antriebsmaschinen ist gewöhnlich durch die Änderung der Drehzahl bedingt.
Diejenige Drehzahländerung, welche benötigt wird, damit die Belastung der Maschine von 0 bis Voll- belastung steigt, wird Ungleichförmigkeit genannt. Dieser Ungleichförmigkeit entspricht ein gewisser
Hub des Reglers, der sogenannte Regelungshub. Der volle Hub des Reglers ist gewöhnlich grösser, u. zw. mindestens um einen Hub, welcher der entsprechenden und vorgeschriebenen Änderung der mittleren
Drehzahl entspricht, die zur Parallelschaltung von mit den erwähnten Antriebsmaschinen verbundenen elektrischen Maschinen dient. Die Drehzahländerung, welche dem vollen Hub entspricht, wird als Regelungsbereich bezeichnet. Es beträgt z.
B. die Ungleiehförmigkeit 4% und die Änderung der mittleren Drehzahl, d. i. derjenigen, bei welcher die Maschine ihre mittlere Leistung hat, + 5%, so dass der
Regelungsbereieh gleiehist der Summe der Veränderung der mittleren Drehzahl und der Ungleichfimigkeit, also im vorliegenden Falle 14%. Dabei sind die Hübe der Reglermuffe und die zugehörigen Drehzahlen gemäss Fig. 1 und 2 der beigeschlossenen Zeichnung folgend : 1 bedeutet den vollen Hub der
Reglermuffe, 2 den Regelungshub derselben, 3 die Lage der Regleimuffe, die der mittleren Belastung und den mittleren Drehzahlen 3-4 entspricht ;'l-5 ist die Umdrehungszahl bei Vollbelastung, 8-6 die
Umdrehungszahl bei Leerlauf. Hiebei sind 7 und 8 die zugehörigen Lagen der Muffe.
Bei vollgeöffneten Reglerorganen hat die Maschine die maximale Belastung, die Umdrehungszahl 109 und die Lage des Reglers 10. Wenn die Maschine noch mehr belastet wird, als dies der maximalen Überlastung entspricht, sinkt die Umdrehungszahl und mit derselben erniedrigt sieh die Lage der Muffe bis zum tiefsten Punkte 11. An der Regelung wird hiedurch nichts geändert, denn die Regelungsorgane sind voll geöffnet, bloss der Regelungsschieber. M (s. Fig. 2) sinkt und die Kanten 12 des Schiebers 16 entfernen sich von den Kanten 13 des Gehäuses 14 ; der Regler vollführt einen Leergang 15 (Fig. 2). Der äussersten Lage 11 der Reglermuffe entspricht die äusserste Lage des Schiebers.
Falls nach darauffolgender Entlastung die Regelungsorgane sich entsprechend schliessen sollen, muss der Schieber 16 zuerst im entgegengesetzten Sinne den Weg 15 leer durchlaufen und erst bei seiner weiteren Bewegung beginnen sich die Regelungsorgane zu schliessen. Die Zeit, während welcher der Schieber den Leergang läuft, ist für die Regelung vollkommen verloren. Der Regler vollführt beim Leergang des Schiebers zwei im entgegengesetzten Sinne gerichtete Bewegungen, welche noch dadurch verlangsamt werden, dass die Masse des Reglers bzw. des Regleimechanismus ein bestimmtes Beharrungsvermögen besitzt, welches zuerst überwunden werden muss, bevor sich derselbe im entgegengesetzten Sinne bewegen kann. Das Beharrungsvermögen der Massen verlängert die Dauer des Leerganges.
Der Leergang verzögert die Regelung überall dort, wo nach maximaler Belastung eine plötzliche Entlastung entsteht, wie dies bei aus Überbelastungen entstehenden Kurzschlüssen der Fall ist. In solchen Fällen ist es nötig, dass der Regler der Maschine die Regelungsorgane schnell schliesst, denn es könnte geschehen, dass infolge des Energieüberschusses aus den zu lange geöffneten Ventilen bei plötzlichen Entlastungen die Maschine das zulässige Mass der Umdrehungszahl überschreitet und entweder Havarie erleidet oder durch eine Sicherheitsvorrichtung aus dem Betriebe ausgeschaltet wird, so dass eine Störung des Betriebes für längere Dauer eintritt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels welcher der Leegang des Reglers und Schiebers ausgeschaltet werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Regler in seiner unteren Lage, welche der Ungleichförmigkeit 2 entspricht, vor dem weiteren Sinken arretiert wird.
Ein Beispiel der Lösung dieses Problems zeigt Fig. 3 in welcher 18 einen Zentrifugalregler darstellt, 1'1 die Reglermuffe, 19 einen Rückstellhebel, 20 den Kolben des Servomotors und 16 den Regelungsschieber. Der Rüekstellhebel-M ist an seinem Ende 21 mit dem Hebel 22 gelenkig verbunden, welcher Hebel durch die Stützen 23 und 24 hindurchgeht. Zwischen die Zugstange 22 und die Stütze 24 ist ein Doppelkeil 25 eingelegt, welcher die Zugstange 22 in irgendeiner Lage arretieren kann, damit seine Bewegung in dem einen Sinne verhindert, während sie in dem andern Sinne freibleibt. Der Doppelkeil ist mit dem Hebel 26 verbunden, welcher bis zur Kolbenstange des Kolbens 20 reicht.
Diese Kolbenstange besitzt zwei Anschläge 27 und 28, welche derart angeordnet sind, dass dieselben nur in den äussersten Lagen des Kolbens 20an den Hebel 26 stossen und somit den Doppelkeil 25in die eine oder andere äusserste Lage stellen. Wenn die Anschläge den Hebel 26 nicht berühren, befindet sich derselbe in seiner mittleren Lage, welche durch die Feder Vorrichtung 29 gesichert wird.
Die Wirkung der ganzen Vorrichtung ist folgende : Wenn die Umdrehungszahl infolge Überlastung sinkt, sinkt auch die Muffe j ! y des Reglers 18 während der Kolben des Servomotors 20 steigt ; unmittelbar vor der oberen äussersten Kolbenlage stösst der Anschlag 28 auf den Hebel 26, wodurch der Keil 25 derart herabgelassen wird, dass die Zugstange 22 zwischen den Stützen 23 und 24 sich verkeilt, und ihre Bewegung nach unten hin verhindert wird. In der Richtung nach oben hin kann sieh die Zugstange allerdings bewegen, denn in dieser Richtung hin erlaubt es die Keilfläche. Wenn auch die Überlastung der Maschine weiter andauert und die Umdrehungszahl weit sinkt, kann sich der Regler. nicht niedriger setzen, und sein Leergang nach unten hin ist verhindert.
Sobald sich der Regler nach erfolgter Entlastung nach oben bewegt und der Kolben des Servomotors 20 ein wenig nach unten, wird der Hebel 26 durch die Federvorrichtung 29 in die mittlere Lage gestellt und die Bewegung des Reglers nach beiden Richtungen hin ermöglicht. Ebenso wie der Leergang in der niedrigsten Lage des Reglers ausgeschaltet wurde, kann derselbe auch in der oberen Lage ausgeschaltet werden, wobei die untere Keilfläche des Doppelkeiles 25 zur Wirkung gelangt.
Die Arretierung mittels des Doppelkeiles 25 kann durch eine Zahnstange mit Sperrklinken oder durch eine hydraulische Bremse ersetzt werden, was in Fig. 4 dargestellt ist.
Das in Fig. 3 angeführte Schema gilt auch bei Benützung von hydraulischen Bremsen gemäss Fig. 4, wobei der Hebel 19 im Punkte 21 mit der Zugstange 30 des Kolbens 31 verbunden ist. Dieser Kolben bewegt sieh im Zylinder 32, dessen beide oberhalb und unterhalb des Kolbens sich befindlichen Räume mit dem Verbindungskanal 33 verbunden sind. Dieser Kanal kann beiderseits mittels der Ventile 34 geschlossen werden, m welchen sich durch Federn belastete Überströmventile 35befinden, die die Flüssigkeit im Kanal 33 im entgegengesetzten Sinne der Arretierung durch die Ventile 34 überströmen lassen. Beide Ventile 34 sind mittels der Spindel 36 mit dem Hebel 37 verbunden.
Die Wirkung dieser Einrichtung ist folgendermassen : Bei normalem Gang der Maschine ist die Lage der Ventile derart, dass der Verbindungskanal 33 für den Durchgang in beiden Richtungen freibleibt. In der oberen äussersten Kolbenlage des Servomotors wird durch den Anschlag 28 das untere Ventil 34 geschlossen. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem oberen und unteren Zylinderraum unterbrochen und der Kolben 31 ! kann sich nach unten hin nicht bewegen, deshalb auch der Leergang des Reglers nach unten hin verhindert wird. Eine Bewegung nach oben hin wird durch das Überstrom- ventil 35 ermöglicht. Durch die Federvorrichtung 29 wird der Hebel 37 in seiner Mittellage gehalten, falls an denselben die Anschläge 27 oder 28 nicht anstossen, wodurch auch die Ventile 34 offengehalten werden.
In Fig. 5 ist eine andere Anordnung der Ventile dargestellt. Gemäss dieser Ausführung befindet sich die Spindel 36im Verbindungskanal 33 selbst und besitzt zwei Anschläge 48, an welche die Ventile 34 mittels Federn gepresst werden. Wenn das untere Ventil geschlossen wird, kann sich der Kolben 31 nicht nach unten hin bewegen, während seine Bewegungsmöglichkeit in der Richtung nach oben hin erhalten bleibt, weil das untere Ventil nach unten hin sich öffnen kann, wodurch für das Druckmittel freier Durchgang geschaffen wird.
Die hier angeführten Beispiele erläutern die Verhinderung des Leerganges des Reglers bei maximaler oder minimaler Belastung der Maschine. Es kann jedoch der Fall eintreten, dass im Netze ein Kurzschluss bei teilweiser Belastung der Maschine entsteht. Falls die Maschine eine empfindlicher Regelung besitzt als die übrigen mit derselben parallel arbeitenden Maschine und falls beim Kurzschluss plötzlich eine grössere Belastung eintritt, übernimmt diese Maschine die ganze Belastung, der Regler sinkt, die Regelungorgane öffnen sich und sollen nach Beendigung des Kurzschlusses schnell geschlossen werden. Wenn auch in diesem Falle kein Leergang eintritt, hat die entgegengerichtete Bewegung des Reglers und der Regelungsorgane einen verzögernden Einfluss der Regelung zur Folge und es entsteht die Gefahr der Überschreitung der zulässigen Drehzahl der Maschine.
In einem solchen Falle muss beim Entstehen des Kurzschlusses der Regler in seiner Lage sofort arretiert werden, um seine Bewegung nach unten hin zu verhindern, da nach dem Kurzschluss immer eine
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Bewegung nach oben hin erfolgt. Es kann also dieselbe Vorrichtung, wie sie oben besdnieben wurde, auch bei Kurzschlüssen angewendet werden, falls für die Arretierung jener Impuls benutzt wird, der eine Begleiterscheinung des Kurzschlusses darstellt. Es ist dies die vergrösserte elektrische Stromst ä : ke.
Wenn diese Stromstärke auf das Ventil, die Spenklinke oder den Keil derart einwÎ1ken wird, wie im vorhergehenden Falle dermitdem Servomotor verbundene Mechanismus, so ist die gestelHeAufgabe gelöst.
Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung zeigt Fig. 4 und 6. In Fig. 4 steht mit der hydraulischen Bremse ein Arretierungsrelais 35 in Verbindung, welches ein Elektromagnet sein kann. Unter Ein- wirkung eines Maximalrelais sehliesst das Relais 38ungeachtet des Hebels 37 das untere Ventil 34, wodurch eine Bewegung des Kolbens 31 nach unten hin verhindert wird. und somit auch ein Leergang des Reglers.
Ein Beispiel der Einschaltung des Arretierungsrelais 38 in das Netz des elektrischen Generatois veranschaulicht Fig. 6. In dieser Figur bedeutet 39 den von der zu sichernden Maschine angetriebenen
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relais dienende Vorrichtung. 44 ist eine Hilfsbatterie im Hilfsstromkreise, in welchem ebenfalls ein Zeitrelais 45 und das Arretierungsrelais 38 eingeschaltet sind, 47 ist eine Leitung vom Zeitrelais zum selbsttätigen Hauptstromschalter. Die beiden Relais 45 und 38 sind parallel in den Stromkreis der Hilfsbatterie eingeschaltet, welcher Hilfsstromkreis durch das Maximalrelais 43 geschlossen wird.
Die Vorlichtung wirkt folgendermassen : Wenn durch die Hauptstromleitung 40 der Kurzschlussstrom hindurch-
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geschlossen, wodurch das Zeitrelais 45 und das Arretierungsrelais 38 erregt werden. Das Relais 38 wirkt augenblicklich derart, dass das untere Ventil 34 gemäss Fig.
4 oder 5 geschlossen wird, wodurch eine augenblickliche Arretierung des Reglers im Sinne der Belastungsvergrösserung bewirkt wird. Da das Zeitrelais bis zu diesem Augenblicke nicht zur Wirkung gelangte, sinkt die Umdrehungszahl der Maschine, die Federn des Reglers drücken durch Vermittlung der Muffe 31 die Bremsen nieder, wodurch unter den Kolben ein Überdruck entsteht, welcher das Ventil 34 auf seinen Sitz drückt, wenn auch inzwischen das Arretierungsrelais zu wirken aufgehört hatte, da das Zeitrelais innerhalb einiger Sekunden den Hauptstrom ausschaltet. Es ist ersichtlich, dass nach erfolgter Arretierung eine Bewegung des Reglers bloss nach oben hin möglich ist, also im Sinne der Entlastung der Maschine.
Dadurch wird die Regelung vom Leergang befreit und ein sicherer Betrieb gewährleistet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Verhinderung der Überschreitung der zulässigen Drehzahl bei Antriebsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler in einer Lage arretiert wird, welche den voll geöffneten oder voll geschlossenen Regelungsorganen entspricht, so dass demselben die weitere Bewegung in dem
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während die Bewegung des Reglers im entgegengesetzten Sinne nicht gehindert ist.