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Regelung für Kraftmaschine, insbesondere für Wasserturbinen.
Die übliche Regelung von Wasserturbinen ist eine mittelbare, da das Arbeitsvermögen eines
Fliehkraftreglers wegen der für die Verstellung der Leitschaufeln erforderlichen grossen Kräfte hiezu nicht ausreicht. Diese mittelbare Regelung, bestehend aus Fliehkraftregler, Servometer usw., bildet bei grossen Turbinenanlagen einen verhältnismässig kleinen Anteil an den Baukosten, so dass die Auf- stellung einer so teuren Regelvorrichtung begründet ist.
Dieser Anteil wird aber sehr bedeutend, wenn es sich um die Ausnutzung von kleinen Wasserkräften handelt ; es kann hier der Anschaffungspreis der mittelbaren Regelvorrichtung im Verhältnis zu dem der Wasserturbine sehr gross werden, wodurch die Errichtung solcher Kleinwasserkraftanlagen unwirtschaftlich werden würde. Ähnliche Betrachtungen gelten auch für die sonstigen Kraftmaschine, bei denen bisher eine mittelbare Regelung benötigt wird.
Die Erfindung soll auch in Fällen von beträchtlichen Regelwiderständen eine Regelung ohne besonderen Hilfsmotor ermöglichen, u. zw. dadurch, dass ein Dynamometer den grössten Teil der
Widerstandsarbeit überwindet und nur ein kleiner Rest durch einen Geschwindigkeitsregler geleistet wird. Es handelt sieh hier also um die Verbindung einer dynamometrischen Regelung mit einer tachometrischen.
Zur ausführlicheren Erläuterung dient die Zeichnung, die eine beispielsweise, schematische
Ausführung veranschaulicht.
In Fig. 1 bezeichnet T den Regulierring der Wasserturbine, der durch ein Gestänge, das eine zusätzliche Verdrehungsmöglichkeit des Regulierringes gestattet, mit dem Hebelarm H der Pendel- dynamo L verbunden ist. F ist eine Feder, deren Moment dem resultierenden Moment (Summe aus dem Wasserdruck auf die Leitschaufeln und abgegebener Leistung der Wasserturbine) das Gleich- gewicht hält. Der Katarakt K begrenzt die Einflüsse der Massen während des Regelvorganges. R stellt einen Hebel des Geschwindigkeitsreglergestänges dar, der bei gegebener Lage des Hebelarmes der
Pendeldynamo den Regulierring der Wasserturbine zusätzlich verdreht.
In Fig. 2 bedeutet a Moment des Wasserdruckes auf die Leitschaufeln, b Moment der Pendel- dynamo, c resultierendes Moment, t Moment der Federspannung, T Drehwinkel der Pendeldynamo.
Die Einrichtung arbeitet folgendermassen : Bei gleichbleibender Belastung halten sich einerseits das genannte resultierende Moment und anderseits das Moment der Federkraft das Gleichgewicht. Die
Federkraft hängt von der Länge der Feder F in der betreffenden Lage ihres Aufhängepunktes ab, die ihrerseits auch die Lage der Dynamohebels festlegt. Durch geeignete Schränkung im Verbindungs- gestänge dieses Hebels mit dem Regulierring der Turbine kann erreicht werden, dass das Drehmoment der Dynamo in jeder Lage nahe gleich dem von der Turbine abgegebenen Drehmoment wird.
Es wird nun angenommen, dass im Punkte 1 (Fig. 2) dieses Gleichgewicht zwischen dem Pendel- dynamomoment und dem Moment der Turbine herrsche. Bei Belastungsänderung, z. B. bei Leistungs- abnahme und der dazugehörigen Verminderung des Statormomentes würde zunächst bei derselben
Leitschaufelöffnung die Drehzahl steigen. Infolge des kleineren Statormomentes wird ein Überschuss an Federkraft frei, welcher den Hebelarm der Pendeldynamo und damit auch den Regulierring der
Wasserturbine so weit dreht (Punkt 2), bis wieder Gleichgewicht zwischen dem Moment der Feder- spannung und dem resultierendem Moment des Stators besteht. In dieser Stellung 2 entspricht aber das resultierende Moment nahezu einer Leitschaufelöffnung, welche bei der verlangten geringeren Leistung die konstante Drehzahl ergibt (dynamometrische Regelung).
Es ist aber nicht möglich, die Kurve des Momentes der Federspannung mit der des Turbinen- momentes bei jeder Stellung zur Deckung zu bringen ; es würde z. B. das resultierende Moment im
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Punkte 2 (Fig. 3) einer Federspannung im Punkte 3 entsprechen. Da jedoch im Punkte 3 die Leit- schaufeloffnung grosser als im Punkte 2 ist, daher die Leistung in diesem Punkte nicht der neuen Belastung entspricht, so würde die Drehzahl fortwährend wachsen. Um nun die konstante Drehzahl bei der verlangten Leistung zu erzielen, muss ein Zusatzregelorgan die Federspannung im Punkte 3 so weit erhöhen, dass die Leitschaufeln weiter schliessen, bis durch die dadurch hervorgerufene Leistungsabnahme das Gleichgewicht mit der Dynamobelastung und damit die konstante Drehzahl erreicht ist.
Dies wird erzielt, indem ein Fliehkraftregler den Regulierring der Turbine zusätzlich verdreht. Der Regler hat dabei nur eine sehr kleine Verstellarbeit zu leisten, während die Hauptarbeit der Regelung von der Pendeldynamo geleistet wird. Der Fliehkraftregler ist auch erforderlich, weil bei gleichbleibender Belastung die gegebene Drehzahl erhalten werden muss, wenn kleine Störungen auftreten.
Die Pendeldynamo braucht nicht die ganze Leistung der Maschine aufzunehmen, nur muss die aufgenommene Energie mit jener der Maschine gleichmässig wachsen.
Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform zeigt gewissermassen ein vom Geschwindigkeitsregler in seiner Länge beeinflusstes Verbindungsgestänge zwischen dem Hebel des Dynamometers und dem Leitapparat der Turbine. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, dass der hier feste Aufhängepunkt der Belastungsfeder des Dynamometerhebels oder, wenn mehrere solche angeordnet sind, eines derselben, vom Geschwindigkeitsregler verschoben und damit das von der Federspannung bestimmte Drehmoment geändert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelung für Kraftmaschine, insbesondere für Wasserturbinen, gekennzeichnet durch die Verbindung eines dynamometrischen Reglers mit einem tachometrischen, derart, dass der dynamometrische Regler den Hauptteil der Regelungsarbeit leistet, während der Geschwindigkeitsregler nur die Übereinstimmung des Widerstandsmomentes mit dem Kraftmoment herbeiführt und wie gewöhnlich die Drehgeschwindigkeit aufrecht erhält.