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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Turbinen und anderen hydraulischen
Kraftmaschine.
In allen neueren Werken über Turbinenbau wird auf den Einfluss hingewiesen, den die Länge der Druckrohrleitung auf den Regelungsvorgang ausübt (siehe z. B. : Bauersfeld, Die automatische Regulierung der Turbinen, Berlin 1905, S. U7 ; Wagenbach, Neuere Turbinenanlagen. Berlin 1905, S. 125). Dieser Einfluss beruht darauf, dass durch die Trägheit der vor der Leitvorrichtung befindlichen Wassersäule Schwankungen des statischen Druckes vor der Leit-
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entgegengesetzt ist, derart, dass sich die beiden Wirkungen zum Teil aufheben. Öffnet nämlich der Regler die Leitvorrichtung zu dem Zwecke, um der Turbine mehr Wasser zuzuführen, so sinkt der Druck und damit die Ausströmgeschwindigkeit. Beim Schliessen tritt der entgegengesetzte Vorgang ein.
Die Folge davon ist das sogenannte Uberregeln der Regler, das unter ungünstigen Verhältnissen dazu führen kann, dass der Regler nach einem energischen Regelungsvorgang selbst bei gleich bleibender Belastung überhaupt nicht zur Ruhe kommt. Solche Pendelungen sind u. a. in Budau, Druckschwankungen in Turbinenzuleitungsrohren, Wien 1905, beschrieben.
In erhöhtem Masse wird der ungünstige Einfluss von Druckschwankungen vor der Leitvorrichtung fühlbar, wenn mehrere Turbinen an demselben Rohrstrange hängen und in verschiedener Weise belastet sind. Befinden sich insbesondere Turbinen für gleichmässige Abgabe von Kraft-und Lichtenergie an demselben Rohrstrang mit solchen, die durch Bahnbetrieb stark und nicht überwachbar wechselnd beansprucht sind, so rufen die Bahnturbinen durch das rasche Offnen und Schliessen ihrer Regler Druckschwankungen in der Druckleitung hervor, durch die der Wasserznlauf zu den Lichtturbinen entsprechend geändert wird. DadurcJ1l ändert sich bei gleichbleibender Belastung die Umlaufszahl, bis der Regler durch Beeinflussung der Beaufschlagung den erforderlichen Wasserzulauf wieder hergestellt hat.
Beim raschen Verlaufe der Belastungschwankungen durch den Bahnbetrieb wird dieser Regelungsvorgang meistens zu spät kommen. so dass er sofort durch den entgegengesetzten Vorgang wieder verbessert werden muss. Die Folge davon ist, dass die Regler mehrerer an dieselbe Druckleitung angeschlossenen Turbinen nicht zur
Ruhe kommen können, solang ? auch nur eine der Turbinen einer stark wechselnden Belastung unterworfen ist.
Die natürliche Abhilfe für diesen Ubelstand ergibt sich daraus, den Regelungsvorgang nicht nur von der Umlaufsgeschwindigkeit, sondern auch vom Lcitungsdnick derart abhängig zu machen, dass beim Sinken des Leitungsdruckes selbsttätig eine Erhebung, beim Steigen eine Verringerung der Beaufschlagung eintritt. Die einfachste Anordnung dieser Art ist durch die Gegenüberstellung der beiden Fig. 1 und 2 kenntlich gemacht.
Sie stellen das Schema einer hydraulischen Regelung mit einfachem Servomotor und Rückführung dar. und zwar bedeutet li den Servomotor. ; S den dazugehörigen Steuerungsteil, R die mit dem Servomotor verbundene Stange, die die Rückführung des Steuerungsteiles bewirkt. und T den Pendelregler.
Fig. t stellt das bisher angewendete Schema dar, wobei das Verteilungsglied des Servo- motors bloss vom Pendelregler beeinflusst wird. Eine Druckschwankung vor der Einlassvorrichtung kann darum erst dann verbessert werden, wenn die dadurch hervorgerufene Veränderung der
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Verbindung stehenden Zylinder und einem darin verschiebbaren Kolben, dessen Gegenbelastung, z. B. durch eine Feder, derart ausgeglichen ist. dass jedem Druck eine bestimmte Stellung des Kolbens entspricht. Zwischen dem Druckregler und dem Druckrohr können Dämpfungen oder Drosselungen eingeschaltet sein.
Steigt, der Druck im Druckrohr bei gleichbleibender Belastung der Turbine, so wird der Pendelregler in seiner Stellung verharren, während durch Heben des Druckreglerkolbens eine Verschiebung des Regelunp ; steiles S und damit eine Verringerung der Beaufschlagung der Turbinen hervorgerufen wird. Durch das Rückführungagestänge wird sodann das Verteilungsglied wieder in seine Mittellage zurückgeführt. Sinkt der Druck im Druckrohr, so spielt sich der entgegengesetzte Vorgang ab. Auf diese Weise ist der Druckregler imstande, die störende Wirkung aller Drucksehwankungen auszugleichen, sei es, dass sie von anderen an das gleiche Druckrohr angeschlossenen Turbinen oder von anderen Einnässen herrühren.
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Ändert sich dagegen die Belastung der Turbine und damit die Umlaufsgeschwindigkeit, so wird sich der Pendelregler verstellen, während der Druckregler vorerst in Ruhe bleibt. Der
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und rascher der Druckregler, indem er die Einlassvorrichtung immer genau dein wechselnden Druck entsprechend beständig verstellt.
Durch Anbringung eines solchen Druckreglers wird somit die Turbine, statt wie bisher einem. nunmehr zwei Einflüssen unterworfen : i. dem Einfluss der Umdrehungsgeschwindigkeit der
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der Turbine vnn jeder Beeinflussung durch Druckschwankung in der Rohrleitung befreit.
Druckregler und Pendelregler ergehen somit in ihrer Zusammenwirkung ein neuartiges Regelungsverfahren für solche Turbinen. bei denen die Massenwirkung der vor der Eintass- vorrichtung in Bewegung befindlichtn Wassersiiule nicht mehr zu vernachlässigen ist. Dieses Verfahren ist insbesondere bei Kraftwerken. die Strom für Vollbahnen abzeugeben haben. von grosser Bedeutung.
Die Anwendung des Rege ! ungsverfahrens ist in gleicher Weise bei hydraulischer. wie bei mechanischerTurbinenregelungmöglich.
Die einfachste Art der Anbringung des Druckreglers wird dadurch erreicht. dass man den Druckregler, den Geschwindigkeitsregler und das zur Verstellung des Steuerungsteiles des Servomotors führende Gestänge an drei Punkten eines frei schwebenden Hebels angreifen lässt. Diese Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. in der der Hebel mit H bezeichnet ist.
Ist der Servomotor mit einem Nebenauslass bekannter Bauart zwangsweise verbunden. der bei raschem Schliessen der Einassvorrichtung von selbst in Tätigkeit tritt, um die Druck- leitung von Überdrücken zu bewahren, so wird dadurch der Druckregler nicht entbehrlich. weil der Nebenauslass die Grenze der möglichen Druckschwankungen nur nach oben begrenzt.
PATENT ANSPRÜCHE :
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der Kraftmaschine dem Einflüsse der Druckschwankungen zu entziehen.
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Method and device for controlling turbines and other hydraulic systems
Power machine.
In all more recent works on turbine construction, reference is made to the influence that the length of the pressure pipeline has on the control process (see, for example: Bauersfeld, Die Automatic Regulierung der Turbinen, Berlin 1905, p. U7; Wagenbach, Neuere Turbinenanlagen. Berlin 1905 , P. 125). This influence is based on the fact that due to the inertia of the water column in front of the guide device, fluctuations in the static pressure in front of the guide
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is opposite, such that the two effects partially cancel each other out. If the controller opens the guide device for the purpose of supplying more water to the turbine, then the pressure and thus the outflow speed decrease. The opposite process occurs when closing.
The consequence of this is the so-called overregulation of the regulator, which under unfavorable conditions can lead to the regulator not coming to rest at all after an energetic regulation process, even with constant load. Such oscillations are u. a. in Budau, pressure fluctuations in turbine feed pipes, Vienna 1905.
The unfavorable influence of pressure fluctuations in front of the guide device can be felt to a greater extent if several turbines are attached to the same pipe string and are loaded in different ways. If, in particular, there are turbines for uniform output of power and light energy on the same pipe string with those that are heavily and unmanageably stressed by rail operations, the rail turbines cause pressure fluctuations in the pressure line through the rapid opening and closing of their regulators, through which the Wasserznlauf is changed accordingly to the light turbines. In this way, if the load remains the same, the number of revolutions changes until the controller has restored the necessary water supply by influencing the application.
If the load fluctuations are rapid due to rail operations, this control process will usually come too late. so that it must be improved again immediately by the opposite process. The consequence of this is that the regulators of several turbines connected to the same pressure line are not used
Can rest as long as? only one of the turbines is subject to a strongly changing load.
The natural remedy for this inconvenience results from making the control process dependent not only on the speed of rotation but also on the line pressure in such a way that when the line pressure drops, a rise occurs automatically, and when the line pressure rises, the pressure is reduced. The simplest arrangement of this type is indicated by the comparison of the two FIGS. 1 and 2.
They represent the scheme of a hydraulic control with a simple servo motor and feedback. Li means the servo motor. ; S the associated control part, R the rod connected to the servomotor, which causes the control part to return. and T the pendulum controller.
Fig. T shows the scheme used so far, the distribution element of the servomotor being influenced only by the pendulum controller. A pressure fluctuation upstream of the inlet device can therefore only be improved if the resulting change in the
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Connection standing cylinder and a piston displaceable therein, the counter load, z. B. is balanced by a spring. that each pressure corresponds to a certain position of the piston. Attenuations or throttles can be switched on between the pressure regulator and the pressure pipe.
If the pressure in the pressure pipe rises while the load on the turbine remains constant, the pendulum regulator will remain in its position, while lifting the pressure regulator piston will shift the control unit; steep S and thus a reduction in the loading of the turbines. The distribution link is then returned to its central position by the return rod. If the pressure in the pressure pipe drops, the opposite process takes place. In this way, the pressure regulator is able to compensate for the disruptive effect of all pressure fluctuations, be it that they originate from other turbines connected to the same pressure pipe or from other wetting.
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If, on the other hand, the load on the turbine and thus the speed of rotation change, the pendulum regulator will be adjusted while the pressure regulator remains at rest for the time being. The
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and faster the pressure regulator by constantly adjusting the inlet device exactly according to your changing pressure.
By attaching such a pressure regulator, the turbine becomes, instead of the previous one. now subject to two influences: i. the influence of the speed of rotation of the
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the turbine is freed from any influence from pressure fluctuations in the pipeline.
Pressure regulator and pendulum regulator thus result in their interaction in a new type of control method for such turbines. in which the mass effect of the water column in motion in front of the inlet device can no longer be neglected. This procedure is particularly common in power plants. that have electricity for main railways. of great importance.
The application of the rain! The procedure is the same for hydraulic. as possible with mechanical turbine control.
The simplest way of attaching the pressure regulator is achieved. that the pressure regulator, the speed regulator and the linkage leading to the adjustment of the control part of the servo motor can be attacked at three points of a freely floating lever. This arrangement is shown in FIG. in which the lever is labeled H.
Is the servomotor forcibly connected to a known type of secondary outlet. which comes into operation by itself when the inlet device closes quickly in order to protect the pressure line from excess pressure, so the pressure regulator is not unnecessary. because the secondary outlet only limits the upper limit of the possible pressure fluctuations.
PATENT CLAIMS:
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to withdraw the engine from the influence of the pressure fluctuations.