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tile, in die Rohrleitung eingebaut werden, durch welche die insbesondere bei schnellen Schliessbe- wegungen des Turbinenleitapparates auftretenden, übermässig hohen Drucksteigerungen in den
Druckrohren verhindert werden sollen. Diese Druckregler werden bei Schliessbewegungen des
Leitapparates gleichzeitig so weit geöffnet, dass die Wassermenge, die nicht mehr durch den Leitapparat der Turbine fliesst, über diesen Druck- regler ablaufen kann, d. h. dass das Schliessgesetz des Leitapparates, in grosser Annäherung wenigstens, gleich dem Offnungsgesetz des Druckreglers sein muss. Danach schliesst dann der Druckregler so langsam, dass durch die Verzögerung der Wassermassen in der Druckrohrleitung auf die neue Beharrungsgeschwindigkeit kein grösserer Druckstoss als 10-15% der statischen Fallhöhe eintritt.
Die Schliesszeit des Turbinenleitapparates wird mindestens so lang gewählt, dass auch bei einem Versagen des Druckreglers die Rohrleitung keinen grösseren Druckstoss als 50"/o aushalten muss. Mit diesem überdruck pflegt man die Rohrleitungen vor der Inbetriebnahme zu prüfen, so dass auch im Ausnahmefall die Rohrleitung noch nicht zu Bruch geht.
Die übliche Druckreglersteuerung besteht aus einem Gestänge, durch welches in mechanischer Abhängigkeit von der Schliessbewegung des Leitapparates das Steuerventil des Druckreglers im öffnungssinn beeinflusst wird. Eine Rückführung sorgt dafür, dass der Druckregler nur so weit öffnet, als der Leitapparat schliesst. Die Rückführung ist mit einer Ölbremse versehen, die den Druckregler jeweils nach Erfüllung seiner Aufgabe wieder langsam in die Schliesslage zurückführt. In dieser Form bietet die Druckreglersteue- rung keine Sicherheit gegen ein Versagen.
Aus diesem Grunde wird, wie bereits erwähnt, der Leitapparat-Stellmotor von vornherein mit einer Schliesszeit für 50% ! Druoksteigerung ausgestattet, oder man sieht eine zusätzliche Einrichtung vor, durch die erst im Augenblick des Versagens des
Druckreglers die lange Schliesszeit eingeschaltet wird. Eine solche Vorrichtung ist aber kompli- ziert und teuer, weshalb man auf sie meistens ver- zichten muss.
Im Zuge der Entwicklung des Wasserturbinen- baues werden immer grössere Leistungseinheiten gebaut, was mit sich bringt, dass auch die Schliesszeiten der Turbinen an langen Druckrohrleitungen unter obigen Gesichtspunkten immer grösser wer- den müssen.
Turbinen, denen das Betriebswasser durch Druckrohrleitungen zugeführt wird, beziehen meistens ihr Wasser aus Speicherbecken. Diese Turbinen werden deshalb zur Ausregulierung der Belastungsspitzen eines Netzes herangezogen. Damit der Turbinenregler den schnellen Frequenzschwankungen des Netzes folgen und sie ausregulieren kann, ist man schon dazu übergegangen, seine Dämpfung auszuschalten, solange der Generator mit dem Netz gekuppelt ist. Während dadurch bei Anlagen ohne Druckregler das Optimum der Regulierungsgeschwindigkeit durch die eingestellte Schliess-bzw. Öffnungszeit gegeben ist, kann bei Anlagen mit Druckreglern nur die Schliessgeschwindigkit erhöht und damit die Fre- quenzha'ltung bei Entlastungsvorgängen verbessert werden.
Dies würde aber die Anwendung einer Druckreglersteuerung bedingen, die absolute Sicherheit gegen ein Versagen bietet.
Bei einer bekannten Ausführung, die diesen Forderungen entspricht, ist der Stellmotor des Leitapparates mit einem Differentialkolben versehen, dessen öffnungsseite etwa den doppelten Querschnitt wie die Schliessseite aufweist, wobei die Schliessseite mit dem kleinen Hubvolumen über eine Rohrleitung unmittelbar mit der Schliessseite der kleineren Stufe eines zweistufigen bzw. eines mit einem Oldruckteil und einem Wasserdruckteil versehenen Stellmotors des Druckreglers verbunden ist, während die öffnungsseite des Leitapparatstellmotors über das vom Turbinenregler betätigte Steuerventil beaufschlagt wird.
Diese Lösung ist sehr aufwendig und teuer, da sowohl besonders kostspielige Stellmotoren für den Leitapparat und für den Druckregler erforderlich sind und da ausserdem auch das Steuer-
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ventil für den Leitapparatstellrnotor etwa doppelt so gross wie bisher üblich ausgeführt werden muss.
Die Erfindung gibt eine wesentlich einfachere und bessere Lösung an, mit der es möglich ist, sowohl den Leitapparatstellmotor als auch den Druckreglerstellmotor als einfache normale Stellmotoren auszubilden. Ausserdem kann hiebei auch das Steuerventil klein und billig gebaut werden.
Die neue Lösung vermeidet, wie die zuletzt genannte bekannte Ausführung, auch die Anwen- dung von Gestängen, von besonderen Steuerventilen für Druckregler und die Anwendung einer ölbremse.
Gemäss der Erfindung sind der Leitradstellmotor und der Drudkreglerstellmotor mit ihren öffnungsseiten und/oder in an sich bekannter Weise mit ihren. Schliessseite über eine bzw. je eine Leitung hydraulisch miteinander verbunden, wobei, wie an sich bekannt, in der Leitung bzw.
den Leitungen ein vom Turbinenregler beeinflusstes und in Abhängigkeit von der Leitradstellung zurückgeführtes Steuerventil angeordnet ist, und es ist ferner zufolge der entsprechenden Wahl der Abmessungen der Stellmotoren bei einem Leitrad- Schliessvorgang entweder die vom Kolben des jeweils steuernden Stellmotors ausgeschoben ciel- menge oder die Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende des Schliessvorganges im steuernden Stellmotor befindlichen Gesamtölmengen stets der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen ölmenge gleich.
Da sich nur in wenigen Fällen bei Wasserturbinenanlagen rechnerisch eine Gleichheit der aus dem steuernden Stellmotor ausgeschobenen öl- menge oder der Differenz zwischen den zu Be. ginn und am Ende des Schliessvorganges im steuernden Stellmotor befindlichen Gesamtölmengen mit der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen ölmenge ergibt, werden gemäss weiteren Vorschlägen der Erfindung Mittel vorgesehen, die es gestatten, diese Gleichheit zu erzielen.
So wird, für den Fall, dass sich aus der Rechnung für die Schliessseite des Druckreglerstellmotors eine kleinere erforderliche Stellölmenge ergibt als für die Schliessseite des Leitradstellmotors, die gemäss der Erfindung erforderliche Gleichheit der vom Kolben des steuernden Stellmotors ausgeschobenen Olmenge mit der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen Olmenge dadurch ermöglicht, dass in an sich bekannter Weise die Schliessseiten der beiden Stellmotoren bei einem Leitrad-Schliessvorgang über das Steuerventil miteinander verbunden werden und dass, wie an sich bekannt, die öffnungsseite des Druckreglerstellmotors an eine Druckquelle beliebigen aber konstanten Druckes, beispielsweise an die Betnebsölzuführungsleltung, angeschlossen wird,
wobei die vom Druckmittel beaufschlagte wirksame Fläche des Druckreglerstellmotors durch entsprechende Wahl des Kolbenstangendurchmessers des Druckreglerstellmotors den geforderten Verhältnissen angepasst werden kann.
Ergibt sich aus der Rechnung für die Schliessseite des Druckreglerstellmotors eine etwas grössere erforderliche Stellölmenge als für die Schliessseite des Leitradstellmotors, so werden gemäss der Erfindung die öffnungsseiten der beiden Stellmotoren bei einem Leitrad-Schliessvorgang über das Steuerventil miteinander verbunden.
Die Gleichheit der vom Kolben des steuernden Stellmotors ausgeschobenen Olmenge mit der in den
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In der Regel werden die Verhältnisse so liegen, dass die erforderliche Stellölmenge für die Schliessseite des Druckreglerstellmotors ein Vielfaches der
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der Erfindung das vom Turbinenregler verstellte gemeinsame Steuerventil in die Verbindungslei- tung zwischen den Schliessseiten der beiden Stell- motoren eingebaut und ausserdem bei einem vom
Turbinenregler ausgelösten Leitrad-Schliessvor- gang über das Ventil auch noch die öffnung- seite des Druckreglerstellmotors angeschlossen.
Da- durch wird erreicht, dass die Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende eines Leitrad-
Schliessvorganges im Druckreglerstellmotor befind- lichen Gesamtölmengen dem in den Druckregler- stellmotor eingeschobenen Volumen der Druck- reglerkolbenstange stets gleich ist. Dadurch kann bei entsprechender Bemessung des Kolbenstan- gendurchmessers aber auch stets vollkommene Übereinstimmung der Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende des Leitrad-Schliessvorganges im Druckreglerstellmotor befindlichen Ge- samtölmengen mit der in den Leitradstellmotor eingeschobenen Olmenge erzielt werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt und wird im folgenden an Hand dieser noch näher er- läutert. Dabei zeigen : Pig. l, 2 und 4 Ausführungen der Regeleinrichtung, bei denen das Steuerventil zwischen den Schliessseiten der beiden Stellmotoren angeordnet ist, Fig. 3 und 5 Ausführungen, bei denen das Steuerventil zwischen den öffnungsseiten der beiden Stellmotoren liegt und die Fig. la-5a Weiter : bildun en zu den Beispielen nach den Fig. 1-5. flg. 1 zeigt die Steuerung bei vollkommen gleichem Hubvolumen des Druckreglerstellmotors 1 und des Leitapparatstellmotors 2. Das in die Leitung zwischen dem Druckreglerstellmotor 1 und dem Leitapparatstellmotor 2 geschaltete hydraulische Steuerventil 3 weist zwei Ringkanäle 3a und 3b auf.
Der Ringkanal 3a ist über die Leitung 4 mit dem Schliessraum la des Druckreglerstellmotors-verbunden, während der Ringkanal 3b an die ! Druckölversorgungsleitung 5 angeschlossen ist. Im übrigen ist dieses Steuerventil 3 in der üblichen Weise ausgebildet. Die Lei-
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Steuert infolge Ansteigens der Turbinendrehzahl der am Gestänge 7 angreifende Turbinenregler 8 den Leitapparat in Schliessrichtung, dann verschiebt sich der Steuerkolben 30 des Steuerventiles 3 nach unten. Die Steuerkante 3d gibt dann dem 01 den Abfluss aus dem öffnungsraum 2b des Leitapparatstellmotors 2 über den Ringkanal 3i und eine im Auslauf 9 liegende Blende 10, durch welche die Schliesszeit bestimmt wird, frei. Dadurch sinkt der Oldruck in diesem Zylinderraum 2b auf den zur Leistung der Regulierarbeit zulässigen Gegendruck.
Gleichzeitig mit der Verschiebung des Steuerkolbens 30 wird durch den von der Steuerkante 3e jetzt freigegebenen Ringkanal 3a der schliessraum 1a des Druckreglerstellmotors über die Leitung 400 mit dem Schliessraum 2a des Leitapparatstellmotors verbunden, und das Drucköl des Schliessraumes la wird dann vom Kolben 1 c, der über die Kolbenstange 1d mit dem Druckreglerkegel le verbunden ist und damit unter der Wirkung des Betriebswasserdruckes steht, aus dem Schliessraum la ausgeschoben und über das Steuerventil in den Schliessraum 2a gepumpt, so dass der Kolben 2c des Leitapparatstellmotors und damit der Leitapparat der Turbine, wie durch einen Pfeil angedeutet ist, in Schliessrichtung bewegt wird.
Der auf dem Druckreglerkegel lastende Wasserdruck gibt also indirekt die Regulierarbeit für das Schliessen der Turbine ab. Nach Zurücklegung eines von der Drehzahlregelung bestimmten Weges des Leitapparatstellmotors wird der Steuerkolben 30 des Steuerventiles durch eine an sich bekannte Rückführeinrichtung 11, die der Einfachheit halber nur in Fig. 1 dargestellt ist, wieder in seine Mittellage zurückgeführt. Dadurch werden die Steuerkanten 3e und 3d wieder in die Schliessstellung gebracht und die Bewegung des Leitapparatstellmotors unterbrochen. Das aus dem Schliessraum la des Druckreglerstellmotors aus-
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regler 1 c langsam in seine alte Schliesslage gebracht wird.
Wird der Steuerventilkolben 30 nur wenig aus der gezeichneten Mittellage nach unten verstellt, dann kann der Leitapparat nur so langsam schliessen, als es der über die Blende 6 und die drosselnde Kante 3e auf die Stellmotorseite 2a einströmenden ölmenge entspricht.
Dies tritt bei kleinen Regulierbewegungen ein, bei denen der Druckregler nicht ansprechen soll.
Wird der Steuerventilkolben 30 vom Turbinen-
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gerleitung 5 über den Ringkanal 3b in die Offnungsseite 2b des Leitapparat-Stellmotors 2 einströmen, während die Gegenseite (Schliessraum 2a) über die Steuerkante 3g und den Ringkanal 3h sowie die Abflussleitung 12 und die Blende 13, durch welche die Öffnungszeit festgelegt ist, nunmehr Abfluss erhält.
In Fig. 2 ist dieselbe Steuerung wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass der
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des Druckreglerstellmotors gleich der Schliessseite des Leitapparatstellmotors gemacht werden. Durch entsprechende Dimensionierung der Druckregler- kolbenstange 1 d kann dabei noch eine weitere Korrektur vorgenommen werden, wenn der zur Verfügung stehende Zuleitungsdruck nicht gerade die für einen vollen Ausgleich erforderliche Höhe hat. Auch bei dieser Ausführung öffnet der Druckregler bei kleinen Regulierbewegungen nicht, sondern es strömt über Blende 6 und drosselnde Steuerkante 3e 01 auf die Schliessseite des Leitapparatstellmotors 2a.
Soll den Betriebsverhältnissen entsprechend nach der Rechnung das Hubvolumen des Leitapparatstellmotors 2 nur wenig kleiner als das des Druckreglerstellmotors 1 sein, dann wird gemäss der Erfindung das Hubvolumen der öffnungsseiten der beiden Stellmotoren gleich gross gemacht, aber ausserdem, wie aus Fig. 3 hervorgeht, die Leitung 14 mit der Abflussleitung 19 verbunden.
Im übrigen ist die Gesamtanordnung dieser Steuerung dieselbe wie die in Fig. 1. Es wird hier der Steuerkolben 30 bei einem vom Turbinenregler ausgelösten Schliessvorgang wiederum nach unten verschoben und dadurch die Steuerkante 3d ge- öffnet, so dass der Offnungsraum 2b des Leitapparatstellmotors 2 und der Offnungsraum lb des'Druckreglerstellmotors 1 über den Ringkanal 3i hydraulisch miteinander verbunden und über die Blende 20 an den Auslauf 19 gelegt werden.
Dadurch sinkt der Druck in den beiden Off-
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raum 2a kann sich auf einen Druck einstellen, welcher der Summe aus dem zur Aufbringung der Regulierarbeit notwendigen Druck und dem öffnungsdruck des Druckreglerservomotors entspricht. Das Hubvolumen des Offnungsraumes 1b des Druckreglerstellmotors ist durch entsprechende Wahl des Durchmessers der Druckreglerkolbenstange 1d dem Hubvolumen des öffnungraumes 2b des Leitapparatstellmotors gleichgemacht.
Wenn nun der unter der Wirkung des Betriebswasserdruckes stehende Kolben 1e des Druckreglerstellmotors 1 das 01 vom Schliessraum la über die Leitung 4 und den jetzt freien Ringkanal 3a sowie über die Leitung 400 in den Schliessraum 2a des Leitapparatstellmotors drückt, dann kann der Leitapparat nicht schneller schlie- ssen als der Druckregler öffnet, denn der öffnungsraum 2b ist, wie vorstehend beschrieben, in diesem Falle über den durch die Steuerkante 3d jetzt offenen Ringkanal 31 und über die Leitung
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volumens des Schliessraumes la ! gegenüber dem Schliessraum 2a wird über die Leitung 40 und die Blende 6 in die Zubringerleitung 5 zurückgedrückt.
Nach Rückführung des Steuerventiles in die die Ringkanäle 3a, 3b sperrende Mittellage strömt
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40Druckreglerstellmotors, während aus dessen Off- nungsraum 1b das d über die Leitung 14 und die Blende 20 in den Abfluss 19. abströmen kann, so dass dann der Druckregler wieder langsam schliesst. öffnet bei ganz kleiner Entlastung der Turbine der Druckregler nicht, dann strömt nur wenig 01 über die Blende 6 und die drosselnde Steuerkante 3e auf die Schliessseite des Leitapparatstellmotors, so dass dieser langsam schliesst, bis das Steuerventil wieder in seine Mittellage zu- rückgeführt ist.
Bei rechnerisch sich ergebenden, besonders gro- ssen Unterschieden zwischen dem Hubvolumen des Druckreglerstellmotors und des Leitapparatstellmotors wird das Hubvolumen der Druckreglerkolbenstange 1d dem Hubvolumen des Leitapparatstellmotors angeglichen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, erhält dann das Steuerventil 3 einen weiteren Ringkanal 3c und der Steuerkolben 30 eine weitere Steuerkante 3k, durch die bei einem Schliessvorgang des TUI1binenreglers ausser dem Schliess raum 1a auch. der öffnungsraum 1b des Druckreglerstellmotors mit dem Schliessraum 2a des Leitapparatstellmotors verbunden wird.
Das hiebei aus dem Schliessraum la des Druckreglerstellmotors ausgeschoben öl wird dann über die Leitung 4 in den durch die Steuerkante 3k jetzt offenen Ringkanal 3c zum grösseren Teil über die Leitung 14 von dem Offnungsraum lb wieder angesaugt. Nur das dem Hubvolumen der Druckreglerkolbenstange 1d entsprechende öl wird ia den Schliessraum 2a des Leitapparatstellmotors gedrückt. Dadurch, dass öl von der Speiseleitung 5 und über die Blende 6 sowie die Leitung 4 in den Schliessraum la einströmen und das 01 des Offnungsraumes lb durch. die Leitung 19 und Blende 20 abfliessen kann, schliesst der Druckregler wieder langsam. Im übrigen sind bei dieser Ausführung die Regelvorgänge dieselben wie die bei der Ausführung nach Fig. 1 dargestellten.
Bei kleinen Regulierungen strömt durch die Leitung 5, Blende 6 und drosselnde Steuerkante 3e soviel 01 auf die. Schliessseite 2a des Leitradstellmotors, dass der Leitapparat kleine langsame Bewegungen machen kann. Der Druckregler bleibt geschlossen.
Ganz einfach wird die Steuerung, wenn die Schliessräume des DruekreglersteIImotors und des Leitapparatstellmotors 2 über eine Leitung 21 mit konstantem 01-oder Wasserdruck'belastet werden, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Das Steuerventil 3 ist hier für einseitige Steuerung ausgebildet. Der Offnungsraum 1b des Druckreglerstellmotors 1 wird dem dfnungsraum 2b des Leitapparatstellmotors 2 durch entsprechende Di-
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ventil 3 verbunden. Bei einem vom Turbinenregler ausgelösten Schliessvorgang bewegt sich der Steuerventilkolben 30 nach unten, und das öl kann durch den von der Kante 3d freigegebenen
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men. Dadurch wird der Druckregler vom schlie- ssenden Leitapparat geöffnet.
Danach schliesst der Druckregler wieder langsam, indem über die Leitung 14 und die Blende 20 das 01 vom Off-
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ten Weise durchgeführt.
Die Blende 10 bestimmt die Schliesszeit des Leitapparates und die Blende 6 in der Zuleitung 4 dessen öffnungszeit.
Um bei Lastpendelungen ein Aufschaukeln des Druckes zu vermeiden, muss es möglich sein, den nach einem vorhergehenden Entlastungsvorgang noch inlangsamer Wiederschliessbewegungbefind- lichen Druckregler bei einer folgenden Belastung etwa so schnell schliessen zu lassen wie der Leitapparat wieder öffnet.
Zu diesem Zweck wird bei den Ausführungbeispielen in den Fig. la, 2a, 3a von der Offnungsleitung 100 des Leitapparatstellmotors 2 zum Ringkanal 3a eine Verbindungsleitung 101 abgezeigt, die eine Blende 15 sowie ein Rückschlagventil 16 enthält. Wenn sich bei einer Belastung der Turbine der Steuerkolben 30 nach oben bewegt, gibt dann die Steuerkante 3f dem durch die Leitung 5 zufliessenden Drucköl den Weg zum öffnungsraum 2b des Leitapparatstellmo- tors 2 frei und ausserdem über das Rückschlag- ventil 16 sowie die Blende 15 und den jetzt offenen Ringkanal 3a sowie die Leitung 4 den Weg auch zum Schliessraum la des Druckreglerstellmotors frei.
Der Druckregler erhält dann sein Schliessöl nicht nur über die Leitung 5 und die Blende 6, sondern auch über die Leitung 100 und Blende 15 und er kann infolgedessen schneller schliessen. Dabei wird die Blende 15 so bemessen, dass sie im Verein mit der Blende 6 eine Druck- reglerschliesszeit ergibt, die etwa der öffnungzeit des Leitapparatstellmotors entspricht.
Eine andere Lösung sieht für dieselbe Auslegung entsprechend Fig. 4a am Steuerventil einen weiteren Ringraum 3n zwischen den Ringräumen 3b und 3c vor, und zwei neue Steuerkanten 3p und 3q. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens 30 nach oben öffnet die Steuerkante 3p dem Drucköl von Leitung 5 über Raum 3b den Zugang über Raum 3n und Leitung 101 zur Schliessseite la des Druckreglerstellmotors. Gleichzeitig öffnet Steuerkante 3q dem 01 der Gegenseite lb Abfluss über die Leitung 17 und Blende 18. Dieser Ablauf ist dem normal wirksamen über Leitung 19 und Blende 20 parallel geschaltet, wodurch der Druckregler schneller schliesst.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a erhalten das Steuerventil 3 einen besonderen Ablauf 17 mit Blende 18 und der Ventilkolben 30 eine weitere Steuerkante 3m, über die das Öl vom öffnungsraum 1 b des Druckreglerstellmotors abströmen kann. Es fliesst dann bei einer Wiederbelastung der Turbine und der dadurch ausgelösten Verstellung des Steuerventilkolbens 30 nach oben das 01 aus dem öffnungsraum lb des Druckreglerstellmotors nicht nur wie normal über die Leitungen 14 und 19 ab, sondern auch über die Blende 10 und die jetzt offene Steuerkante 3m des Ringraumes 3c sowie die Leitung 17 und die Blende 18 hinweg. Das Zusammenwirken der Blenden 10, 20 und 18 ergibt dann eine Druckreglerschliesszeit, die der Leitapparatöffnungszeit angenähert gleichkommt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelvorrichtung für Wasserturbinen, denen das Betriebswasser durch Druckrohrleitungen zugeführt wird, mit einem durch einen hydraulischen Stellmotor verstellbaren Turbinenleitrad und einem durch einen weiteren hydraulischen Stellmotor zu betätigenden Entlastungsventil in der Rohrleitung (Rohrleitungs-Druckregler), dadurch gekennzeichnet, dass der Leitradstellmotor (2) und der Druckreglerstellmotor (1) mit ihren öffnungsseiten (lb und 2b) und/oder in an sich bekannter Weise mit ihren Schliessseiten (la und 2a) über eine bzw. je eine Leitung hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei, wie an sich bekannt, in der Leitung bzw.
den Leitungen ein vom Turbinenregler (8) beeinflusstes und in Abhängigkeit von der Leitradstellung zurückgeführtes Steuerventil (3) angeordnet ist, und dass zufolge der entsprechenden Wahl der Abmessun- gen der Stellmotoren bei einem Leitradschliessvorgang entweder die vom Kolben des jeweils steuernden Stellmotors ausgeschoben Olmenge oder die Differenz zwischen den sich zu Beginn und am Ende des Schliessvorganges im steuernden Stellmotor befindlichen Gesamtölmengen stets der in den gesteuerten Stellmotor eingeschobenen 01- menge gleich ist.
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Tile, are installed in the pipeline, through which the excessively high pressure increases in the, which occur especially when the turbine nozzle is closing quickly
Pressure pipes should be prevented. These pressure regulators are activated when the
At the same time the diffuser is opened so wide that the amount of water that no longer flows through the nozzle of the turbine can drain through this pressure regulator, i. H. that the closing law of the diffuser, at least in a large approximation, must be equal to the opening law of the pressure regulator. Then the pressure regulator closes so slowly that the delay in the water masses in the pressure pipeline to the new steady-state speed does not result in a pressure surge greater than 10-15% of the static head.
The closing time of the turbine nozzle is chosen to be at least long enough so that even if the pressure regulator fails, the pipeline does not have to withstand a pressure surge greater than 50 "/ o. With this overpressure, the pipelines are usually checked before commissioning, so that the pipeline can also be used in exceptional cases does not break yet.
The usual pressure regulator control consists of a linkage, by means of which the control valve of the pressure regulator is influenced in the opening direction in a mechanical dependence on the closing movement of the guide apparatus. A feedback ensures that the pressure regulator only opens as far as the distributor closes. The return is provided with an oil brake that slowly returns the pressure regulator to the closed position after it has performed its task. In this form, the pressure regulator control offers no security against failure.
For this reason, as already mentioned, the diffuser servomotor is set with a closing time of 50% from the start! Pressure increase, or an additional device is provided, through which only at the moment of failure of the
The long closing time is switched on. Such a device is, however, complicated and expensive, which is why it is usually not necessary to use it.
In the course of the development of water turbine construction, ever larger power units are being built, which means that the shutdown times of the turbines on long pressure pipelines must also be longer and longer from the above points of view.
Turbines, to which the process water is fed through pressure pipelines, usually get their water from storage basins. These turbines are therefore used to regulate the load peaks of a network. So that the turbine controller can follow the rapid frequency fluctuations of the network and regulate them, one has already switched to switching off its damping as long as the generator is coupled to the network. While this means that in systems without a pressure regulator, the optimum regulating speed is achieved through the set closing or closing speed. If there is an opening time, only the closing speed can be increased in systems with pressure regulators and thus the frequency maintenance can be improved during relief processes.
However, this would require the use of a pressure regulator control that offers absolute security against failure.
In a known design that meets these requirements, the servomotor of the diffuser is provided with a differential piston, the opening side of which has approximately twice the cross-section of the closing side, the closing side with the small stroke volume being directly connected to the closing side of the smaller stage of a two-stage via a pipeline or a servomotor of the pressure regulator provided with an oil pressure part and a water pressure part is connected, while the opening side of the diffuser servomotor is acted upon by the control valve operated by the turbine regulator.
This solution is very complex and expensive, since particularly expensive servomotors are required for the distributor and for the pressure regulator and, in addition, the control
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valve for the diffuser control motor must be made about twice as large as previously usual.
The invention provides a much simpler and better solution with which it is possible to design both the diffuser servomotor and the pressure regulator servomotor as simple normal servomotors. In addition, the control valve can also be made small and cheap.
The new solution, like the known version mentioned last, also avoids the use of rods, special control valves for pressure regulators and the use of an oil brake.
According to the invention, the stator servo motor and the pressure regulator servo motor with their opening sides and / or in a known manner with their. The closing side is hydraulically connected to one another via one or one line each, whereby, as is known per se, in the line or
A control valve influenced by the turbine regulator and returned as a function of the stator position is arranged in the lines, and it is also due to the corresponding choice of the dimensions of the servomotors in a stator closing process either the amount pushed out by the piston of the respective controlling servomotor or the difference between the total amount of oil in the controlling servomotor at the beginning and at the end of the closing process is always equal to the amount of oil pushed into the controlled servomotor.
Since only in a few cases in water turbine systems is it computationally the same as the amount of oil pushed out of the controlling servomotor or the difference between the amounts to be loaded. at the beginning and at the end of the closing process in the controlling servomotor results in total oil quantities with the amount of oil pushed into the controlled servomotor, according to further proposals of the invention, means are provided which allow this equality to be achieved.
In the event that the calculation for the closing side of the pressure regulator servomotor results in a smaller required actuating oil quantity than for the closing side of the stator servomotor, the equality required according to the invention of the oil quantity pushed out by the piston of the controlling servomotor with that pushed into the controlled servomotor Oil volume is made possible by the fact that in a known manner the closing sides of the two servomotors are connected to one another via the control valve during a stator closing process and that, as is known per se, the opening side of the pressure regulator servomotor is connected to a pressure source of any desired but constant pressure, for example to the operating oil supply line , is connected,
wherein the effective area of the pressure regulator servomotor acted upon by the pressure medium can be adapted to the required conditions by appropriate selection of the piston rod diameter of the pressure regulator servomotor.
If the calculation for the closing side of the pressure regulator servomotor results in a somewhat larger required amount of control oil than for the closing side of the stator servomotor, according to the invention the opening sides of the two servomotors are connected to one another via the control valve during a stator closing process.
The equality of the amount of oil pushed out by the piston of the controlling servomotor with that in the
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As a rule, the situation will be such that the required amount of control oil for the closing side of the pressure regulator control motor is a multiple of
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According to the invention, the common control valve adjusted by the turbine regulator is installed in the connecting line between the closing sides of the two servomotors and also in one of the
Turbine regulator triggered stator closing process via the valve also connected to the opening side of the pressure regulator servomotor.
This ensures that the difference between the at the beginning and at the end of a stator
Closing process in the pressure regulator servomotor is always the same as the volume of the pressure regulator piston rod pushed into the pressure regulator servomotor. As a result, with the appropriate dimensioning of the piston rod diameter, perfect correspondence of the difference between the total oil quantities in the pressure regulator servomotor at the beginning and at the end of the stator closing process with the oil quantity pushed into the stator motor can be achieved.
The invention is shown schematically in some exemplary embodiments in the drawing and will be explained in more detail below with reference to these. Show: Pig. 1, 2 and 4 versions of the control device in which the control valve is arranged between the closing sides of the two servomotors, Fig. 3 and 5 versions in which the control valve is between the opening sides of the two servomotors and Fig. la-5a further: education en for the examples according to FIGS. 1-5. Fig. 1 shows the control with completely the same stroke volume of the pressure regulator servomotor 1 and the diffuser servomotor 2. The hydraulic control valve 3 connected in the line between the pressure regulator servomotor 1 and the diffuser servomotor 2 has two ring channels 3a and 3b.
The ring channel 3a is connected via the line 4 to the closing space la of the pressure regulator servomotor, while the ring channel 3b to the! Pressure oil supply line 5 is connected. Otherwise, this control valve 3 is designed in the usual way. The line
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If, as a result of the increase in the turbine speed, the turbine regulator 8 acting on the linkage 7 controls the diffuser in the closing direction, then the control piston 30 of the control valve 3 moves downwards. The control edge 3d then gives the 01 the outflow from the opening space 2b of the diffuser servomotor 2 via the annular channel 3i and a diaphragm 10 located in the outlet 9, by which the closing time is determined. As a result, the oil pressure in this cylinder chamber 2b drops to the counter pressure permissible for performing the regulating work.
Simultaneously with the displacement of the control piston 30, through the annular channel 3a now released by the control edge 3e, the closing chamber 1a of the pressure regulator servomotor is connected via the line 400 to the closing chamber 2a of the diffuser servomotor, and the pressure oil of the closing chamber la is then from the piston 1c, which via the piston rod 1d is connected to the pressure regulator cone le and is thus under the action of the operating water pressure, pushed out of the closing chamber la and pumped into the closing chamber 2a via the control valve, so that the piston 2c of the guide vane servomotor and thus the guide vane of the turbine, as by a Arrow is indicated, is moved in the closing direction.
The water pressure on the pressure regulator cone therefore indirectly provides the regulating work for closing the turbine. After covering a path of the diffuser control motor determined by the speed control, the control piston 30 of the control valve is returned to its central position by a return device 11 known per se, which is only shown in FIG. 1 for the sake of simplicity. As a result, the control edges 3e and 3d are brought back into the closed position and the movement of the diffuser actuator motor is interrupted. The output from the closing chamber la of the pressure regulator servomotor
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controller 1 c is slowly brought into its old closed position.
If the control valve piston 30 is only slightly adjusted downwards from the center position shown, the diffuser can only close as slowly as the amount of oil flowing into the servo motor side 2a via the aperture 6 and the throttling edge 3e.
This occurs with small regulating movements, in which the pressure regulator should not respond.
If the control valve piston 30 from the turbine
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gerleitung 5 flow through the ring channel 3b into the opening side 2b of the diffuser servomotor 2, while the opposite side (closing space 2a) via the control edge 3g and the ring channel 3h as well as the drain line 12 and the diaphragm 13, through which the opening time is determined, now drain receives.
In Fig. 2, the same control as in Fig. 1 is shown, but with the difference that the
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of the pressure regulator servomotor can be made equal to the closing side of the guide apparatus servomotor. By appropriately dimensioning the pressure regulator piston rod 1 d, a further correction can be made if the supply pressure available is not exactly the level required for full compensation. In this embodiment, too, the pressure regulator does not open in the event of small regulating movements, but rather it flows through orifice 6 and throttling control edge 3e 01 onto the closing side of the diffuser actuator motor 2a.
If, according to the calculation, the displacement of the diffuser servomotor 2 is to be only slightly smaller than that of the pressure regulator servomotor 1, the displacement of the opening sides of the two servomotors is made the same, but also, as can be seen from FIG. 3, the line 14 connected to the drain line 19.
Otherwise, the overall arrangement of this control is the same as that in FIG. 1. Here the control piston 30 is again shifted downwards during a closing process triggered by the turbine regulator and the control edge 3d is thereby opened, so that the opening space 2b of the diffuser control motor 2 and the Opening space 1b of the pressure regulator servomotor 1 can be hydraulically connected to one another via the annular channel 3i and placed at the outlet 19 via the diaphragm 20.
This reduces the pressure in the two off
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Room 2a can adjust to a pressure which corresponds to the sum of the pressure required to perform the regulation work and the opening pressure of the pressure regulator servomotor. The stroke volume of the opening space 1b of the pressure regulator servomotor is made equal to the swept volume of the opening space 2b of the diffuser servomotor by appropriate selection of the diameter of the pressure regulator piston rod 1d.
If the piston 1e of the pressure regulator servomotor 1, which is under the action of the process water pressure, pushes the 01 from the closing chamber la via the line 4 and the now free annular channel 3a and via the line 400 into the closing chamber 2a of the distributor servomotor, then the distributor cannot close faster. ssen than the pressure regulator opens, because the opening space 2b is, as described above, in this case via the annular channel 31, which is now open by the control edge 3d, and via the line
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volume of the locking room la! opposite the closing space 2a is pushed back into the feeder line 5 via the line 40 and the diaphragm 6.
After the control valve has been returned, it flows into the central position blocking the ring channels 3a, 3b
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40 pressure regulator servomotor, while the d can flow out of its opening space 1b via the line 14 and the diaphragm 20 into the drain 19, so that the pressure regulator then slowly closes again. The pressure regulator does not open when the turbine is only slightly relieved, then only a little oil flows over the orifice 6 and the throttling control edge 3e to the closing side of the diffuser servomotor, so that it closes slowly until the control valve is returned to its central position.
In the case of particularly large differences between the displacement of the pressure regulator servomotor and the diffuser servomotor, the displacement of the pressure regulator piston rod 1d is matched to the displacement of the diffuser servomotor. As can be seen from Fig. 4, the control valve 3 then receives a further ring channel 3c and the control piston 30 a further control edge 3k, through which during a closing process of the TUI1binenreglers apart from the closing space 1a. the opening space 1b of the pressure regulator servomotor is connected to the closing space 2a of the guide apparatus servomotor.
The oil pushed out of the closing space la of the pressure regulator servomotor is then sucked in again via the line 4 into the annular channel 3c now open by the control edge 3k, for the greater part via the line 14 from the opening space lb. Only the oil corresponding to the stroke volume of the pressure regulator piston rod 1d is generally pressed into the closing space 2a of the guide apparatus servomotor. The fact that oil flows in from the feed line 5 and through the diaphragm 6 and the line 4 into the closing space la and the 01 of the opening space lb through. the line 19 and orifice 20 can flow away, the pressure regulator closes slowly again. Otherwise, the control processes in this embodiment are the same as those shown in the embodiment of FIG.
In the case of small adjustments, so much 01 flows through line 5, orifice 6 and throttling control edge 3e onto the. Closing side 2a of the stator motor so that the stator can make small, slow movements. The pressure regulator remains closed.
The control becomes very simple when the closing chambers of the pressure regulator control motor and of the distributor control motor 2 are loaded with constant oil or water pressure via a line 21, as is shown in FIG. The control valve 3 is designed here for one-sided control. The opening space 1b of the pressure regulator servomotor 1 is the opening space 2b of the guide apparatus servomotor 2 by appropriate di-
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valve 3 connected. In the event of a closing process triggered by the turbine regulator, the control valve piston 30 moves downwards and the oil can be released through the edge 3d
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men. This opens the pressure regulator from the closing distributor.
The pressure regulator then slowly closes again, in that the 01 from the off-
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performed th way.
The shutter 10 determines the closing time of the diffuser and the shutter 6 in the supply line 4 determines its opening time.
In order to avoid a build-up of pressure when the load oscillates, it must be possible to let the pressure regulator, which is still in a slow reclosing movement after a previous relief process, close about as quickly as the distributor opens again during a subsequent load.
For this purpose, in the exemplary embodiments in FIGS. 1 a, 2 a, 3 a, a connecting line 101 is shown from the opening line 100 of the diffuser control motor 2 to the annular channel 3 a, which contains a diaphragm 15 and a check valve 16. When the control piston 30 moves upwards when the turbine is loaded, the control edge 3f then gives the pressure oil flowing through the line 5 the path to the opening space 2b of the diffuser control motor 2 and also via the check valve 16 and the orifice 15 and the now open annular channel 3a and the line 4 also free the way to the closing space la of the pressure regulator servomotor.
The pressure regulator then receives its closing oil not only via line 5 and diaphragm 6, but also via line 100 and diaphragm 15, and as a result it can close more quickly. The diaphragm 15 is dimensioned in such a way that, in conjunction with the diaphragm 6, it results in a pressure regulator closing time which corresponds approximately to the opening time of the guide apparatus servomotor.
Another solution provides a further annular space 3n on the control valve between the annular spaces 3b and 3c, and two new control edges 3p and 3q for the same design according to FIG. 4a. When the control piston 30 moves upwards, the control edge 3p opens the pressure oil from line 5 via space 3b to access via space 3n and line 101 to the closing side la of the pressure regulator servomotor. At the same time, the control edge 3q opens the 01 of the opposite side lb outflow via the line 17 and aperture 18. This process is connected in parallel to the normally effective via line 19 and aperture 20, whereby the pressure regulator closes more quickly.
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In the embodiment according to FIG. 5a, the control valve 3 has a special outlet 17 with a diaphragm 18 and the valve piston 30 has a further control edge 3m through which the oil can flow from the opening space 1b of the pressure regulator servomotor. When the turbine is reloaded and the control valve piston 30 is moved upwards as a result, the oil flows out of the opening lb of the pressure regulator actuator not only as normal via the lines 14 and 19, but also via the orifice 10 and the now open control edge 3m of the annular space 3c and the line 17 and the aperture 18 away. The interaction of the diaphragms 10, 20 and 18 then results in a pressure regulator closing time which is approximately equal to the diffuser opening time.
PATENT CLAIMS:
1. Control device for water turbines, to which the process water is fed through pressure pipes, with a turbine stator which can be adjusted by a hydraulic servomotor and a relief valve in the pipeline to be actuated by a further hydraulic servomotor (pipeline pressure regulator), characterized in that the stator servomotor (2) and the pressure regulator servomotor (1) with their opening sides (lb and 2b) and / or in a manner known per se with their closing sides (la and 2a) are hydraulically connected to one another via one or one line each, wherein, as known per se, in the management or
A control valve (3) influenced by the turbine regulator (8) and returned as a function of the stator position is arranged in the lines, and that, according to the appropriate choice of the dimensions of the servomotors, either the amount of oil pushed out by the piston of the respective controlling servomotor or the The difference between the total oil quantities in the controlling servomotor at the beginning and at the end of the closing process is always the same as the oil quantity pushed into the controlled servomotor.