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Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit durch Wasserturbinen angetriebener
Dynamomaschinen.
Ausser den bekannten Geschwindigkeitsreglern, die den Wasserzufluss zu den zu regelnden Turbinen der Kraftleistung entsprechend verändern, wendet man in vielen Fällen mit Vorteil elektrische Widerstandsregler an. Beide Regelungsarten wurden seither nur je für sich angewendet und es weisen die Regelungen die Vorteile und Nachteile auf, die der einen oder anderen Art anhaften. Durch die Vereinigung beider Arten kann eine zusammengesetzte Turbinenregelung erreicht werden, bei der die Vorteile beider Arten auftreten, hingegen deren Nachteile ausgeschaltet werden. Dies ist der Grundgedanke der Erfindung.
Die Geschwindigkeitsregler, die den Wasserzufluss durch Verstellen der Turbinenleitvorrichtung ändern, haben den Vorteil, dass bei veränderlichem Kraftbedarf nicht mein'Wasser aus dem Sammelweiher entnommen wird, als zur Erzeugung der Kraft erforderlich ist. Durch diese Art der Regelung bleibt die Nutzwirkung selbst bei grossen Kraftänderungcn gleichmässig gut, so dass die Regelung sehr wassersparend wirkt.
Als Nachteil ist anzuführen, dass bei jeder plötzlichen Entlastung Drucksteigerungen auftreten, die bei langen Rohrleitungen gefährlich werden können und besondere, gesteuerte Nebenauslässe oder Entlastungsschächtp verlangen. Ferner bedingt die stabile Regelung, namentlich bei langen Rohrleitungen, die Anordnung entsprechend grosser Schwungmassen.
Der elektrische Widerstandsregler arbeitet bekanntlich derart, dass ein von der zu regelnden Turbine angetriebenes Pendel die Elektroden eines Flüssigkeitswiderstandes mehr oder weniger tief eintaucht. Der Widerstand ist dem Hauptstrom des von der Turbine angetriebenen Stromerzeugers parallel geschalt (t und verbraucht die überschüssige elektrische Kraft.
Je nachdem die Umdrehungszahl steigt oder fällt, wird mehr oder weniger Widerstand eingeschaltet, so dass die Umdrehungszahl der Turbine angenähert gleich gehalten wird.
Der Vorzug der elektrischen Widerstandsregelung besteht nun darin, dass bei Belastung- änderungen im äusseren Netz oder bei Kraftänderungen infolge von Zu-oder Absehaltungen angehängter Arbeitsmaschinen die Belastung des Stromerzeugers und die Beaufschlagung der Turbinen gleich bleiben.. \m Stromerzeuger sind dadurch die Spannungsschwankungen ver- mieden und irgend welche Druckänderungen in der Turbinenrohrleitung können nicht auftreten.
Nebenauslässe sind ebenfalls überflüssig. Dagegen hat der Widerstandsrogler den Nachteil, dass die Beaufschlagung der Turbine auf die grösste. wenn auch vorübergehende Kraftleistung eingestellt werden muss. Wird dann zeitweise eine geringere Leistung als die höchste benötigt, so verbraucht der Widerstandsregler die überschüssige Kraft. Es wird also von der im Sammelweiher aufgespeicherten Energie ein Teil nutzlos vergeudet.
Zur Erläuterung des neuen Regelungsverfahrens ist in der Zeichnung eine der vielen für die Anwendung des Verfahrens in Betracht kommenden Anordnungen schematisch zur Darstellung gebracht.
Die Beaufschlagung der zu regelnden Turbine wird durch die Regelungswelle M'verstellt, die durch den Geschwindigkeitsregler r beeinflusst wird. Der Regler r betätigt auch die Elektroden e, die er mehr oder weniger tief in den Flüssigkeitswiderstand f eintaucht, Die Elektroden e liegen
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in Parallelsohaltung zum äusseren Netz, dass von der von der Turbine $angetriebenen Dynamo. maaohine gespeist wird. Bei gleichmässigem Betrieb sind die Elektroden e gerade noch aus dem FIÜ88igkeitswiderstand herausgezogen, damit keine elektrische Kraft dauernd vernichtet wird.
Bei der Wirkungsweise des Reglers r sind folgende Fälle zu unterscheiden :
Fall 1 : Plötzliche Entlastung. Die Umdrehungszahl steigt und der Regler senkt die Elektroden rasch in den Flüssigkeitswiderstand, der die freiwerdende Energie aufnimmt, während die Regelungswelle w nur sehr langsam die Leitvorrichtung schliesst, so dass eine Drucksteigerung in der Rohrleitung hiebei nicht auftritt. Dieses langsam sich fortsetzende Schliessen der Leitvorrichtung strebt wieder eine Verringerung der Umdrehungszahl der Turbine und des Reglers an, wodurch dieser anderseits die Elektroden e ganz langsam aus. dem Flüssigkeitswiderstand herauszieht, so dass der ursprüngliche Zustand bei gewöhnlicher Umdrehungszahl wieder hergestellt wird.
Fall 2 : Langsame Entlastung. Der Regler r dreht nur ganz langsam die Regelungswelle w und schliesst die Leitvorrichtung, während die Elektroden e in Ruhe, also gerade über dem Flüssigkeitsspiegel stehen bleiben.
Fall 3 : Belastung. Der Regler r öffnet die Turbinenleitvorrichtung der Grösse der plötzlichen Belastung entsprechend langsamer oder rascher, während die Elektroden e in Ruhe bleiben.
Unter Umständen kann es von Vorteil sein, die Elektroden derart einzustellen, dass sie bei gleichmässigem Betrieb stets um einen gewissen Teil eingetaucht bleiben.
Fall 4 : Bei plötzlichen und langsamen Entlastungen ist der Vorgang genau wie bei Fall 1 und 2, nur werden die Elektroden nach dem plötzlichen Eintauchen nicht wieder ganz herausgezogen, sondern bleiben um das gewisse Stück eingetaucht.
Fall 5 : Plötzliche Belastung. Die Umdrehungszahl nimmt ab, der Regler öffnet die Turbinenleitvorrichtung rasch und zieht auch gleichzeitig die Elektroden rasch aus dem Widerstand heraus. Beide Regelungen unterstützen sich daher sehr wirksam, worauf der Regler die Turbinenleitvorrichtung weiter langsam öffnet. Dieses langsame Öffnen der Leitvorrichtung strebt eine Erhöhung der Umdrehungszahl der Turbine und des Reglers an, wodurch dieser anderseits die Elektroden e wieder bis zu der bestimmten Eintauchtiefe, entsprechend der gewöhnlichen Umdrehungszahl, eintaucht.
Fall 6 : Langsame Belastung. Der Regler öffnet die Leitvorrichtung langsam, ohne dass die Elektroden von der Stelle bewegt werden.
Die bauliche Durchbildung des Reglers kann eine verschiedenartige sein. Es bietet jedoch dem n-ut ähnlichen Aufgaben vertrauten Fachmann keine Schwierigkeit, unter Zuhilfenahme von hydraulischen oder mechanischen Servomotoren. Federanordnungen, Schleppbremsen, Flüssigkeitskata. rakten oder sonatigem Getrieben Regler zu bauen, deren Wirkungsweise den unter Fall 1 bis 3 bezw. 4 bis 6 gestellten Bedingungen genau entspricht.
An Stelle eines vereinigten Geschwindigkeits-Und Widerstandsreglers können zwei getrennte Regler aufgestellt werden, von denen der eine auf die Leitvorrichtung der Turbine einwirkt und der andere als Widerstandsregler wirkt. Beide Regler können sowohl durch Riemen von der Turbinenwelle aus angetrieben werden oder bei Wechselstrombetrieb durch Synchronmotoren. Die Abhängigkeit der beiden Regler zueinander, die erforderlich ist, damit sie so zusammen regeln können, wie unter Fall 1 bis 3 bezw. 4 bis 6 beschrieben, kann durch irgendwelche Verbindungsgetriebe, wie Wellen, Kabel, Servomotoren, Katarakte, Federn, Hebel, Stangen, elektrische Relais, erzielt werden.
Die Abhängigkeit der beiden Regler voneinander kann aber auch in einfachster Weise nur durch die beiden Pendel bewirkt werden, indem deren Reglermufien für jede Geschwindigkeits- änderung gleiche Wege zurücklegen und somit gerade so zusammenarbeiten, als wenn der Geschwindigkeitsregler und der Widerstandsregler wie beim zusammengesetzten Regler durch em gemeinschaftliches Pendel beeinflusst werden würde. Diese Anordnung hat insbesondere für Wechselstromkraftwerke mit mehreren Einheiten grosse Bedeutung.
Die Wcchselstromerzeuger sind alle synchronlaufend parallel geschaltet, während jede der zugehörigen Turbinen von einem durch Riemen angetriebenen Geschwindigkeitsregler, der auf die Leitvorrichtung einwirkt, geregelt wird.
Für alle Turbinen zusammen ist ein einziger oder es sind auch mehrere Widerstandsregler, entsprechend der Leistung des ganzen Kraftwerkes, besonders aufgestellt, die durch einen oder mehrere Elektromotoren synchron mit den Stromerzeugern laufend angetrieben werden.
Überhaupt ist es für das Wesen der Erfindung ganz gleichgültig, wie viele Geschwindigkeitsund Widerstandsregler zur Aufstellung kommen, in welcher Weise diese synchron angetrieben, zu einander in Abhängigkeit gebracht oder miteinander verbunden werden. Es kommt einzig und allein darauf an, dass eine Wirkung der Regelung erzielt wird, wie dies oben unter Fall Ibis 6 beschrieben wurde.