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Sperrvorrichtung für Steuerventile bei Öldruckreglern.
Die Wirkungsweise der mittelbar wirkenden Öldruckregler hat derzeit einen hohen Grad der Vollkommenheit erreicht. Für einfachere Betriebe liegt jedoch ein Bedürfnis nach einer so hoch entwickelten Regelung nicht vor ; sie hat hier. sogar gewisse Nachteile. Dies ist insbesondere bei Wasserturbinen der Fall, wo der hochempfindliche, auch bei kleinsten Störungen des Gleichgewichtszustandes eingreifende Regler die Regelorgane der Turbine nicht zur Ruhe kommen lässt.
Vor allem sind es die unter Wasser befindlichen, einer richtigen Schmierung nicht zugänglichen Teile des Leitrandes (Leitschaufeln mit Drehbolzen und Antriebszapfen, sowie zugehörige Antriebslenker), die darunter leiden und vorzeitigem Verschleiss anheimfallen. Auch der Regler selbst leidet darunter, wenngleich es, dank der guten Schmierung seiner Innenorgane, zu so schweren Abnutzungserscheinungen nicht kommt, wie sie vielfach am Leitrad der Turbine beobachtet werden. Wetters zeigt sich die ungünstige Wirkung der allzu vollkommenen Regelungsart darin, dass das Betriebsöl starker Erwärmung und Mischung mit Luft (Schäumen des Öles). ausgesetzt ist, wodurch es leichter in Zersetzung übergeht oder sonst verdirbt (Verharzen des Öles u. dgl.).
Bei den windkessellosen Reglern, deren Steuerventil im Beharrungszustand das Öl nach Überwindung eines geringen Druckes zum Saugbehälter der Pumpe zurückfliessen lässt (Durchflussregler im Gegensatz zum Windkesselregler), hat man noch mit folgendem Nachteil zu rechnen : Der unter geringstem Druck, also kleinstem Arbeitsverbracuh der Pumpe sich vollziehende Durchfluss des Öles findet nur in der wirklichen Mittelstellung des Steuerventils statt. Schon ein geringes Abweichen von dieser Mittelstellung nach der einen oder anderen Seite ist mit Zunahme des Öldruckes, also auch der verbrauchten Pumpenarbeit verknüpft.
Es besteht zu beiden Seiten der Mittelstellung ein Gebiet zunehmenden Druckes, das jeweils nach aussen begrenzt ist, durch die Stellung des Steuerventils, in dem der Druck des Öles so gross geworden ist, dass der Kolben der Hilfsmaschine den Widerstand der Regelorgane zu überwinden vermag und nun regelnd eingreift. In diesem, etwa + I bis 1"5 mm messenden Gebiet des zunehmenden Druckes beiderseits der Mittelstellung wird sich das Steuerventil während des Beharrungszustandes im allgemeinen hin und her bewegen und nur selten genau in der Mittelstellung verharren. Wenn diese suchende Bewegung des Ventils während des Beharrungszustandes zu Gunsten eines dauernden Aufenthaltes in der Mittelstellung ausgeschaltet werden könnte, so würde dadurch der Kraftverbrauch der Pumpe und die Erwärmung des Öles eine wesentliche Einschränkung erfahren.
Das Steuerventil müsste zu diesem Zwecke in der Mittelstellung festgehalten, gesperrt werden durch eine entsprechend, bemessene Kraft, die in dem Augenblick plötzlich zu wirken aufhört, in dem die vom Pendel am Steuerventil geäusserte Kraft eine der ersteren überlegene Wirkung ausübt. Das Steuerventil wird dann mit einem Ruck aus der Mittelstellung heraus sich bewegen und rasch das Gebiet des zunehmenden Druckes nach der betreffenden Seite durcheilen, so dass eine nennenswerte Verspätung des Regeleingriffes kaum stattfinden dürfte.
Bei einer grossen Anzahl von Betrieben wird aber nicht nur eine solche Verspätung völlig belanglos sein, man wird sogar durch Vergrösserung der Sperrkraft am Steuerventil dessen Eingriff so weit verzögern dürfen, als dadurch der Geschwindigkeitsunterschied der Kraft-
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Geschwindigkeitsunterschied wird, wenn beispielsweise ein Parallelschalten elektrischer Maschinen oder sonst feines Einstellen der Drehzahl nicht in Frage kommt, unter Umständen o'3 ja o'g% betragen können. Die Summe der kleinsten und kleinen Regeleingriff, die damit in Wegfall
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Tätigkeit des Reglers in seinen eigenen sowie in den Organen des Regelgetriebe und Leitrades, wodurch eine bedeutende Schonung dieser Organe erzielt wird.
Durch Sperren des Steuerventils in der Mittelstellung wird aber noch folgender Vorteil erreicht : Die steuernden Kanten des Ventiles, die den Zu-und Abfluss des Öles am Zylinder der Hilfsmaschine beherrschen, unterstehen natürlich ebenfalls der Sperre. Beim Eingreifen des Reglers werden diese steuernden Kanten die betreffenden Ölwege rasch freigeben. so dass unausgesprochen Zustände zwischen Mittelstellung und beiderseitigen Arbeitsstellungen des Steuerventils fortfallen.
Bei derartigen Zwischenstellungen des nicht gesperrten Steuerventils können die Olwege zur und von der Hilfsmaschine bereits mehr oder weniger geöffnet sein. Der Kolben der Hilfsmaschine gibt nun unter Umständen infolge des Rückdruckes der Steuerorgane nach, und es vollzieht sich langsam eine geringe Änderung der Leitradstellung bzw. des Kraftmomentes der Turbine. ohne dass eine Änderung des Lastmomentes in Betrieb eingetreten ist. Es wird also bei unverändertem Lastmoment von Zeit zu Zeit ein kleiner Regeleingriff nötig, der das Nachgeben der Hilfsmaschine wieder richtig einstellt, diesen in seine frühere Stellung überführt.
Auch diese
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Eine solche Sperrvorrichtung für Steuerventile Ist in der Abbildung dargestellt : a ist der Steuerhebel. der am Steuerventil b angreift und an dessen oberen, nicht mehr gezeichnetem Ende das Pendel und die Rückführung wirksam zu denken sind. Der Lenker c verbindet den Steuerhebel a mit der Schwinge d. die bei einer durch den Steuerhebel eingeleiteten Bewegung um den Bolzen d' ausschwingt. Diese hin und her gehende Bewegung des Steuerhebelendes ist natürlich sehr klein,
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für die Schwinge d der Abbildung durch zwei strichpunktierte Linien angedeutet.
Links und rechts an der Schwinge d sitzen ebene Klappen e und t', die am unteren Ende in e'und f'gelenkig mit der Schwinge d verbunden und sorgfältig auf ihre Seitenebenen auf- geschliffen sind. Im übrigen legen sich die Klappen e und 'unter dem Einfluss von Federn g und h mit mässigem Druck gegen die Schwinge d. Am oberen Ende sind die Klappen e und/mit seitlich ausladenden Anschlägen i und k versehen. In diese Anschläge greifen Haken m und M ein, die am Gehäuse I befestigt sind ; letzteres ist mit dem Gehäuse des Steuerventils fest verbunden zu denken.
Die Schwinge d mit ihren beiden durch Federdruck angepressten Klappen e und, t erscheint so als ein Ganzes, das durch die Haken In und n gegen Ausschwingen nach links und rechts gesichert ist. Der Hohlraum des Gehäuses I ist so hoch mit Öl gefüllt, dass die Berührungsebenen der Klappen mit der Schwinge vollständig unter Öl stehen. Die beim \ufschleifen der Klappen etwa noch verbliebenen kleinsten Ungenauigkeiten werden so durch das Öl vollends ausgeglichen, so dass ein völliger Abschluss des Atmosphärendruckes von den Schleifebenen sich ergibt. Die Klappen e und, f werden also nicht nur durch den Druck der Federn g und h, sondern auch durch Adhäsion und vor allem durch den Atmosphärendruck gegen die Schwinge d gepresst.
Diese Anpressungskräfte wirken einer Trennung der Berührungsebenen entgegen. Der Einfachheit wegen soll im folgenden stets nur von einer Anpressungskraft, nicht von Anpressungskräften die Rede sein.
Wenn nun der Steuerhebel a beispielsweise mit einer Kraft an der Schwinge d angreift, die von links nach rechts gerichtet ist, so wird der Haken M den Anschlag/, d. h. die Klappe e zurückhalten. Infolge der zwischen Klappe e und Schwinge d herrschenden Anpressungskraft wird aber auch die Schwinge d an der Bewegung nach rechts gehindert. Nimmt jetzt die vom Steuerhebel a ausgeübte Kraft immer mehr zu, dann tritt schliesslich der Augenblick ein, in dem die Anpressungskraft zwischen Klappe e und Schwinge d überwunden wird ; letztere löst sich jetzt mit einem Ruck von ersterer los und enteilt samt dem Steuerhebelende und dem Steuer-
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Diese zum Ablösen der Schwinge d von der Klappe e aufgewendete Kraft (wirksam im Lenker c) kann man Abreisskraft nennen.
Wird die Anpressungskraft, die ein Drehmoment um den Punkt d'wachruft, umgerechnet auf den Lenker c, so ist das die mehrfach erwähnte Sperrkraft des Steuerventils. Das Ablösen der Schwinge d von der Klappe e tritt also ein, wenn die Abreisskraft eben grösser geworden ist als die Sperrkraft.
Sinngemäss derselbe Vorgang würde sich ergeben, falls der Steuerhebel a eine von rechts nach links gerichtete Abreisskraft auf die Schwinge d ausüben sollte.
Bei Rückkehr des Steuerventils in die Mittelstellung (bewirkt durch die Rückführung) vollzieht sich durch die Einwirkung der Federn g und & die Berührung zwischen Schwinge und Klappe selbsttätig, womit die Sperre wieder in Wirksamkeit getreten ist.
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Durch entsprechende Bemessung der Stärke der Federn g und h, sowie der Breite der Klappen e und f (gemessen senkrecht zur Bildebene) ist man in der Lage, die Grösse der Sperrkraft nach Bedarf abzustufen. Dementsprechend wird dann das Ablösen der Schwinge d von den Klappen e und f bei einem grösseren oder kleineren Geschwindigkeitsunterschied der Kraftmaschine erfolgen. Es kann so das Geschwindigkeitsgebiet, innerhalb welchem der Regler einen Beharrungszustand duldet, nach Bedarf weiter oder enger gesteckt werden, wodurch die besprochenen Vorteile in mehr oder weniger reichlichem Masse sich einstellen.
Sperrvorrichtungen für Steuerventile mit ganz denselben Eigenschaften, wie die eben besprochene sie zeigt, können natürlich auch nach anderen Grundsätzen aufgebaut sein. Die sperrende in ihrer Wirkung plötzlich aufhörende Kraft kann beispielsweise durch Klinkenvorrichtungen, gesteuerte Kanten oder andere mechanische Hilfsmittel erzeugt werden. Auch durch Steuerung auf hydraulischem oder elektromagnetischem Wege kann die gestellte Aufgabe gelöst werden. An Stelle der Anpressungskraft durch Feder kraft, Adhäsion und Luftdruck könnte auch eine magnetische Anpressungskraft verwendet werden, deren Grösse wieder der verlangten Sperrkraft entsprechend bemessen sein müsste.
Bei Verwendung einer auf dem Wege der hydraulischen oder elektromagnetischem Steuerung, oder Steuerung mit Hilfe mechanischer Mittel erzeugten Sperrkraft, wird diese im allgemeinen beliebig grösser sein können als die Abreisskraft. Denn erstere wird ja im Augenblick des Abreissens durch Steuerung zum Verschwinden gebracht, muss also hier nicht durch die Abreisskraft überwunden werden.