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Vom Servomotor gesteuerte Drosselvonichtung der Verbindungsleitung zwischen
Servomotor und seiner Steuerung bei indirekt wirkenden Reglern.
Bei indirekt wirkenden Reglern von Turbinen mit langen Rohrleitungen und hohem Gefälle ist (s mit Rücksicht auf die bei den Regelbewegungen eintretenden Druckschwankungcn sehr oft nötig, die Geschwindigkeit des Abschlussorganes klein zu wählen. Wohl ist man in der Lage, durch besondere Vorrichtungen die bei den Schliessbewegungen des Abschlussorganes auftretenden Druckstösse zu kompensieren (Druckregler, Doppelregelung usw.), jedoch ist es nicht möglich, die bei raschem Öffnen des Regelorganes auftretenden Druckminderungen zu beseitigen. Diese Druckminderungen dürfen nun eine gewisse Grösse nicht überschreiten, da die dadurch auftretenden Schwingungen den Bestand der Rohrleitung gefährden und die Regelung selbst in ungünstiger Weise beeinflussen.
Um diese Druckminderungen klein zu halten, muss die Öffnungsgeschwindigkeit des Regelorganes ebenfalls klein, demnach die Öffnungszeit entsprechend gross gehalten werden, was die Anordnung grosser Schwungmassen bedingt. Aber auch die Schliessgesehwindigkeit des Regelorganes wird bei manchen Anlagen verhältnismässig klein eingestellt u. zw. dann, wenn die Kosten der den Druckstoss kompensierenden Einrichtungen deren Anwendung als unwirtschaftlich erscheinen lassen im Vergleiche zu den durch kleine Regelgeschwindigkeit bedingten
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organes selbst abhängig.
Der Zweck der Erfindung ist nun der, den Charakter der Bewegung des Regelorganes derart zu verändern, dass es keine gleichförmige, sondern eine beschleunigte Bewegung erhält, so dass die mittlere Regelgeschwindigkeit immer grösser als die Anfangsgeschwindigkeit des Regelorganes ist, somit die wirkliche Schliesszeit kleiner als die scheinbare anfängliche wird. Bei entsprechender Wahl der beschleunigten Bewegung wird dann die Druckschwankung, bezogen auf die mittlere Schliesszeit, kleiner als bei Einhaltung gleichförmiger Geschwindigkeit.
Lässt man umgekehrt in zwei analogen Fällen, bei gleichförmiger und bei beschleunigter Bewegung des Regelorganes, gleiche relative Druckschwankungen zu, so wird die wirkliche Schliesszeit bei der beschleunigten Bewegung kleiner sein als bei gleichförmiger Bewegung und dadurch kann dann-gleiche Regelgenauigkeit vorausgesetzt-eine Verringerung der Schwungmassen platzgreifen. wodurch der wirtschaftliche Vorteil der beschleunigten Regelbewegung dargelegt erscheint.
Die grossen Schliesszeiten, wie sie bei Regelungen von Hochdruckanlagen vorkommen, werden durch Blenden erzeugt, die in die Verbindungsleitung zwischen Steuerung und Servomotor des indirekt wirkenden Reglers eingebaut werden.
Es ist bereits bekannt, solche Blend-oder Drosselvorrichtungen von der durch den Servormotor betätigten Regelwelle zu steuern ; das Wesen der Erfindung besteht nun in einer derartigen Steuerung der Drosseleinrichtung, dass ihre Drosselwirkung in der Ruhelage des Kolbens des Servomotors am grössten ist und nach Massgabe des von diesem Kolben zurückgelegten Weges abnimmt, wodurch dem Regelorgane eine beschleunigte Bewegung erteilt wird. Diese Beeinflussung der Drosselwirkung kann entweder nur bei einer Bewegungsrichtung des Servomotorkolbens oder bei beiden Bewegungsrichtungen stattfinden.
Die Drosselvorrichtung wird vorzugsweise von einem undichten Kolben gebildet, der seiner ganzen Länge nach in einem entsprechenden Zylinder gleicher Länge geführt ist, so dass die durch den Zwischen-
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raum zwischen Kolben und Zylinder gebildete Widerstandsstrecke am grössten ist, wenn der Kolben ganz in den Zylinder taucht, und bei teilweisem Austritt des Kolbens aus dem Zylinder abnimmt.
Fig. 1 zeigt schematisch die Schaltung einer derartigen Vorrichtung in einer der beiden Leitungen. die vom Steuerorgan zum Servomotor führen. Die Fig. 2. 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Drosselvorrichtung.
Nach dem in Fig. 1 gezeigten Schema strömt das steuernde Druckmittel in bekannter Weise durch die Leitung i ! in den Verteiler s und von dort je nach dessen Stellung durch die Leitungen 2 oder 3 in den Zylinder 0 des Servomotors und erteilt dessen Kolben M eine Bewegung ; die Kolbenstange a sowie die
Stange c des Verteilschiebers sind in der für Rückführgestänge bekannten Weise an den Hebel d de, Reglers m angelenkt. Der Erfindung gemäss ist nun in eine der beiden Leitungen 2. 3 ein im Gehäuse r eingeschlossenes Drosselorgan geschaltet, dessen Drosselwirkung von der Bewegung des Kolbens n des Servomotors abhängig ist.
Die Abhängigkeit wird dabei dadurch erreicht, dass die Kolbenstange a des Servomotors mit dem Tauchkolben eines Flüssigkeitsbehälters zwangläufig verbunden ist. in dessen Decke ein zweiter, mit dem Drosselorgan zwangläufig verbundener Tauchkolben geführt ist.
Im Gehäuse v (Fig. 2) sind vier übereinanderliegende. durch Zwischenböden e, d g voneinander getrennte Räume vorgesehen. Die zwei mittleren Räume bilden Kanäle , , die an die Leitungen J. 3. angeschlossen und durch einen im Zwischenboden d vorgesehenen, zylindrischen Kanal x miteinander verbunden sind. Der Kanal x und ein in ihm undicht geführter Kolben r bilden die eigentliche Drosselvorrichtung, deren Wirkung ein Höchstmass erreicht, wenn der Kolben r zur Gänze in den Kanal x eingetreten ist, und der in dem Masse des Austrittes des Kolbens r aus dem Kanal x abnimmt.
Die Stange b des Kolbens r setzt sich nach auf-und abwärts fort ; ihre nach aufwärts gerichtete Fortsetzung ist in der Zwischendecke c geführt, reicht durch die obere zylindrische Kammer z und trägt hier einen Federteller 8, gegen den zwei gegen Boden und Decke der Kammer z abgestützte Federn f, f wirken, welche die Stange b in ihrer Mittelstellung zu halten trachten, in der der Kolben r zur Gänze in der Bohrung x liegt (Stellung Fig. 2).
Die untere Fortsetzung der Stange b bildet einen Kolben q, der in der Zwischendecke g dicht geführt ist und in die unterste, mit Flüssigkeit erfüllt Kammer u reicht, in deren Boden ein Tauchkolben p geführt ist, der von der Gelenkstange h (Fig. 1)
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drängten Flüssigkeit in die Kammer 10 abfliessen kann, und welcher Kanal i beim Austritt des Tauchkolbens p einen Teil des angesaugten Volumens in die Kammer u treten lässt. Durch Wahl des Querschnittes des Kanales i, der gegebenenfalls auch regelbar gemacht werden kann, ist es möglich, die Einwirkung des Verdrängers p auf den Kolben q den Erfordernissen entsprechend einzustellen.
Der Regelvorgang wird mit Hilfe dieser Einrichtung wie folgt verlaufen : Bei einer Be-bzw. Entlastung wird der Regler n eine Verstellung des Steuerorganes s (Fig. 1) bewirken und damit die Regelbewegung des Servomotors 0 n einleiten. Die durch den Kanal 3 zu-oder abströmende Druckflüssigkeit muss bei Beginn der Regeltätigkeit die Bohrung x längs des ganzen Kolbens r durchlaufen und erfährt hiedurch das Höchstmass ihrer Drosselung. Wenn der Servomotor sich in Bewegung setzt, wird seine Bewegung nach Massgabe des Querschnittes des Kanales i auf den Tauchkolben p übertragen, der eine Verschiebung des Kolbens r nach ab-oder aufwärts und damit eine Verkleinerung der Drosselstrecke bewirkt.
Dadurch wird aber wieder die Geschwindigkeit des Kolbens n des Servomotors erhöht und diese erhöhte Geschwindigkeit bewirkt im Wege des Verdrängers p abermals eine Verkleinerung der gedrosselten Strecke, usf. Hiedurch wird eine beschleunigte Bewegung des Servomotorkolbens n hervorgerufen.
Da nun jede Verschiebung des Kolbens r das Zusammendrücken einer der Federn f bedingt, so wird letztere bestrebt sein, den Kolben r wieder in die Mittellage zurückzudrücken, und deshalb wird schliesslich jeder Geschwindigkeit des Verdrängers p eine bestimmte Lage des Kolbens r, bzw. eine bestimmte Drosselung des Kanales 3 entsprechen.
Durch entsprechende Wahl der Querschnitte der Kolben p und q, des lichten Querschnittes des eine Flüssigkeitsbremse bildenden Kanales i und der Stärken der Federn t wird der Charakter der beschleunigten Bewegung derart bestimmt, dass die mittlere Schliesszeit wesentlich kleiner wird als die anfängliche Schliesszeit des Regelorganes.
Selbstverständlich lässt sich diese gesteuerte Drosselvorrichtung auch nur einseitig anwenden,
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ein Rückschlagventil zwischen Verteiler s und Servomotor 0 n eingeschaltet werden, so zwar, dass bei rückläufiger Strömung der Einfluss der Drosselung zur Gänze aufgehoben wird.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung wirkt bei beiden Bewegungs-
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bewegt.
Die Steuerung der Drosselvorrichtung lässt sich auch nur für eine Bewegungsrichtung des Servomotors durchführen. In diesem Falle werden, wie in Fig. 3 gezeigt, die Kammern u und H) auch durch einen mit Rückschlagventil ausgestatteten Kanal J verbunden, der beim Aufwärtsgange des Kolbens p
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geschlossen ist, sich jedoch beim Abwärtsgange öffnet und hiedurch die Saugwirkung des Kolbens p auf den Kolben q aufhebt. Es wird demgemäss nur bei der Druckbewegung des Tauchkolbens p eine Ver- änderung der Drosselung bewirkt werden, wogegen bei der Saugbewegung des Tauchkolbens p die starke Drosselung erhalten bleibt. Dementsprechend ist auch nur eine RÜckführfeder l'angeordnet, die gegen den Federteller 7 wirkt.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der die Verminderung der Drosselung nur sehr langsam erfolgt ; dies wird durch zusätzliche Anordnung einer Ölbremse bewirkt, die auf die Bewegung des Federtellers 7 verzögernd einwirkt. Die Ölbremse besteht aus der seitlich vom Federgehäuse z angeordneten Kammer y, die durch einen Kanal 1. 3 mit dem Federgehäuse z verbunden ist. Ein zweiter, mit einem Rückschlagventil versehener Kanal 12 ist bestimmt, die Wirkung der Ölbremse für die zweite Bewegungsrichtung auszuschalten. Durch diese einseitig wirkende Anordnung kann die beschleunigte Bewegung des Servomotors in dem Masse verzögert werden, wie dies im Interesse der Rohrleitung liegt.
Die geschilderten Anordnungen lassen sich auch entsprechend kombinieren. PATENT-AN SPRÜCHE :
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und seiner Steuerung bei indirekt wirkenden Reglern, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselvorrichtung derart gesteuert ist, dass ihre Drosselwirkung in der Ruhelage des Kolbens des Servomotors am grössten
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Weges abnimmt, um dem Regelorgane eine beschleunigte Bewegung zu erteilen.