Drehzahlregler mit Beschleunigungsvorrichtung Infolge des überganges auf höhere Ar beitsmitteldrücke einerseits und besserer Aus- nützung der verwendeten Baumaterialien an derseits ist die spezifische dynamische Trägheit der Läufer von Turboaggregaten in den letz ten Jahrzehnten ständig kleiner geworden. Gleichzeitig sind durch Anschluss von Speise wasservorwärmern an die Gehäuse von Dampf turbinen den Regelvorgang verschlechternde schädliche Räume geschaffen worden, deren Wirkung durch Zwischenschaltung von Rück schlagklappen nur teilweise unterdrückt wer den konnte.
Bei Turbinen mit separaten Re gelventaästen entstanden zudem in den Ver bindungsrohren grössere Räume, da diese Rohre bei vergrösserter Wandstärke pro Län geneinheit steifer wurden und daher länger ausgeführt werden mussten. Auch die allmäh lich immer höher gewählten Arbeitsmitteltem- peraturen wirkten in gleichem Sinne.
Durch die oben angedeutete Entwicklung sind die Anforderungen an die Drehzahlrege lung der Turbinen erhöht worden. Der Regel vorgang hat vermehrte Tendenz, schlecht ge dämpft zu verlaufen, und bei Abschaltung grosser Lasten treten leicht zu grosse Über drehzahlen auf.
Man könnte versucht sein, den oben an geführten Mängeln. gleichzeitig durch Einbau eines Beschleunigungsreglers zu begegnen. Ein solcher Regler verlangt aber einen viel genaueren Antrieb als ein gewöhnlicher Dreh zahlregler und bringt bei Dampfturbinen- anlagen auch dann noch leicht eine uner wünschte Unruhe in den Hochdruckkessel betrieb, von dem besser kleine kurzfristige Lei stungsschwankungen ferngehalten werden. Es ist ferner nicht ausser acht zu lassen, dass die in einem Beschleunigungsregler frei werden den Impulskräfte, verglichen mit den Impuls kräften eines Drehzahlreglers, -klein sind und daher einer zusätzlichen Verstärkung bedür fen, bevor sie den Drehzahlimpulsen über lagert werden können.
Treten bei dieser zu sätzlichen Verstärkung kleine Fehler auf, so ist es leicht möglich, dass die Genauigkeit der Frequenzhaltung dadurch gestört wird. Sol che Fehler können sich besonders im Parallel betrieb mit ,andern Turbinenaggregaten un angenehm auswirken.
Es ist daher von Vorteil, eine allfällige Stabilisierungswirkung nicht über ein auf Be- schleunigung des Läufers empfindliches Or gan abzuleiten, sondern ein solches Organ nur bei Abschaltung grösser Lasten, das heisst bei Überschreitung einer gewissen Beschleuni gungsgrenze, so auf die Steuerung einwirken zu lassen, dass eine rasche Schliessbewegung der Regelventile ausgelöst wird, bevor die Drehzahl wesentlich angestiegen ist.
Vorrichtungen dieser Art, die von der<B>Ab-</B> weichung der vom Generator abgegebenen Lei- sttuig von der Leistung des Antriebsdampfes oder -gases in der Turbine abhängen, sind be kannt. Andere bekannte. Vorrichtungen dieser Art sprechen an, wenn die Geschwindigkeit der Drehzahlreglermuffe einen bestimmten Betrag überschreitet.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Drehzahlregler mit Beschleunigungsvorrich tung, der einen zentral angeordneten Regler stempel aufweist. Erfindungsgemäss ist dieser Reglerstempel am untern Ende als Plunger- kolben ausgebildet, wobei er an einer Dich tungsstelle gleitend in einen mit Druckflüs sigkeit gefüllten Raum eintaucht,
der im Falle der Überschreitung einer bestimmten Grenz- beschleunigung durch einen koaxial zur Re glerdrehachse angeordneten Schwungradkör- per zwecks vorübergehender Entlastung des Stempels auf Abfluss gesteuert wird. Hierbei fällt der Flüssigkeitsdruck unter der Regler spindel ab, so dass gleich zu Beginn des Regel vorganges das Pendel infolge der vorüber gehenden Entlastung des Reglerstempels stär ker ausschlägt, wodurch das Schliessen der Steuerung beschleunigt wird.
Ein Regler dieser Art lässt sich ohne wei tere konstruktive Änderungen überall an Stelle gewöhnlicher Drehzahlregler einbauen. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo ausser der Drehzahl noch Entnahme- und Misch drücke geregelt werden müssen Lind daher in folge räumlicher Anhäufung der Steuerorgane im eigentlichen Regelverstärkungsgetriebe kein Platz mehr für- zusätzliche Beschleuni gungsorgane verfügbar ist.
Wird der Regler überdies so ausgeführt, dass bei Regelvorgängen ohne Überschreitung der Grenzbeschleunigung der auf das Plun- gerende des Regelstempels wirkende Flüssig keitsdruck die Rückwirkung der Flüssigkeit auf das die Verstärkervorrichtung steuernde obere Ende des Stempels eben aufhebt, so ist es möglich, mit sehr leichten Fliehgewichten auszukommen.
Solche Fliehgewichte sind dann so leicht zu beschleunigen, dass die Wirkung des. Reglerschwiuigradkörpers bei Überschrei- tung der sozusagen ohne zeitlichen Verzug auftritt.
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Aus führungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig.1 zeigt dabei einen Schnitt durch den Regler und Fig. 2 eine Ansicht des gleichen Reglers von unten bei weggenommenem Bo den. Die Drehrichtung des Reglers ist durch einen Pfeil angegeben.
Der auf Drehzahlschwankungen empfind liche Teil des Reglers besteht in bekannter Weise aus einem in einem Pendelrahmen 1 an geordneten, um einen Drehzapfen 2 schwin genden Winkelhebel mit einem annähernd vertikalen Schenkel 3 und einem annähernd horizontalen Schenkel 4. Auf dem Schenkel 3 ist eine Fliehmasse 5 aufgewindet und mit Gegenmutter 6 blockiert. Der annähernd hori zontale Schenkel 4 des Winkelhebels ist über einen Bolzen 7 mit einem Stempel 8 gelenkig verbunden.
Dieser Stempel ist als Plungerkol- ben ausgebildet und gleitet mit einem rohr- förmig ausgebildeten Unterteil 9 in einer Diehtun.gshülse 10, deren kugeliger Oberteil in einem koaxial zur Reglerdrehachse angeord neten Schwungradkörper 11 abdichtend und schwenkbar gefasst ist. Der Stempel taucht dabei in einen zentral im Schwungradkörper ausgesparten, mit Drucköl gefüllten Raum 12, welcher durch eine von unten angeschraubte Platte 13, die eine horizontal ausmündende Düse 14 trägt, abgeschlossen ist.
Die Müxi- dungsebene der Düse 14 steht parallel zur Drehaxe des Reglers.
Der Stempel 8 weist oben einen Teller 15 auf, gegen den von unten eine vorgespannte Druckfeder 16 stösst. Die Spannung dieser Feder kann durch Höher- oder Tieferschrau- ben einer Gewindemutter 17 erhöht oder er mässigt werden, um so den Regler auf den richtigen Drehzahlbereich einzustellen.
Der Stempel 8 ist innen durchbohrt. Am obern Ende dieser Bohrung ist eine Blende 18 angebracht, über welche Drucköl von einer Folgedüse 19 dem Innern des Stempels und von hier dem unten im Schwungradkörper 11 ausgesparten Raum 12 zugeführt wird.
Bei besehleunigungsfreiem Betrieb oder nur kleinen Frequenzschwankungen ist die Düse 14 durch eine über sie gespannte Flach feder 20 verschlossen. Es stellt sich daher trotz der Blende 18 unter dem Stempel 8, 9 der gleiche Öldruck wie in der Folgedüse 19 ein. Der Durchmesser des- in den Raum 12 tau chenden Teils 9 des Stempels ist gleich dem Innendurchmesser der Folgedüse 19 ausge führt. Der Stempel 8, 9 ist dabei vom ge steuerten Öldruck entlastet.
Der Schwungradkörper 11 hat einen nach oben zentral angeordneten Hals, an dessen oberem Ende ein Spurring 21 aufgewindet ist. Dieser Ring rollt auf Kugeln. 22, die in einer konischen Vertiefung eines zentralen Ge windezapfens 23 des Pendelrahmens 1 rollen. Eine weitere Kugelreihe 24 ist an der Wurzel des Halses eingelegt. Der Schwungradkörper kann sich daher leicht um die Achse des Hal ses, die mit der eigenen und überdies mit der Drehachse des Pendelrahmens zusammenfällt, drehen.
Er wird bei beschleunigungsfreiem Betrieb des Pendels durch ein elastisches Glied, nämlich eine Druckfeder 25, die bei jeder Auslenkung verdrillt und gleichzeitig verbogen wird, immer wieder in seine neutrale Ausgangsstellung zurückgeführt. Der Raum, in dem sich der Schwungradkörper 11 bewegt, ist mit Öl gefüllt, das schwingungsdämpfend wirkt. Die Dämpfung wird dadurch verstärkt, dass der Körper am Umfange mit Längsnuten 26 versehen ist. Der Raum unterhalb der Düse 14 ist durch einen mit Schrauben 27 am Pendelrahmen 1 befestigten Boden 28 nach unten abgeschlossen.
Die Schraubenbolzen tei len den Lichtraum der Nuten in zwei Hälften. Führt der Körper Drehschwingungen aus, so verdrängt er das Öl aus der einen der beiden Hälften in die andere und umgekehrt, so dass die Schwingungen sehr rasch abklingen.
Auf der unter dem Schwungradkörper festgeschraubten Platte 13 ist ein symmetrisch zur Mündungsaxe der Düse 14 ausgebildeter Schlitten 29 in Richtung dieser Axe verschieb bar angeordnet, der links durch die Köpfe von Schrauben 30 und rechts durch einen Dorn 31., der in einen Gewindezapfen 32 eingreift, gegen die Platte gehalten wird. Der Schlitten 29 ist mit rechtwinklig aufgebogenen, beidsei tig der Düse 14 angeordneten Widerlagern 33 ausgebildet, die die Flachfeder 20 gegen die Mündung der Düse pressen. Die Einrichtung kann leicht so ausgebildet werden, dass der Federdruck den Gewindezapfen 32 selbsttätig gegen Losdrehen sichert.
Dieser kann nach Entfernen eines Zapfens 34 von aussen ver stellt werden. Die Spannung der Flachfeder kann so nach Bedarf eingestellt werden.
In den Pendelrahmen 1 ist ferner von innen ein Taststift 35 eingeschraubt. Befindet sich der Schwungradkörper in neutraler Lage, so bleibt zwischen dem freien Ende des Tast- stiftes und der Flachfeder ein Abstand 36.
Der Pendelrahmen. ist oben auf einem Zap fen 37 gelagert und wird unten an einem Zap fen 38 geführt und über einen nicht gezeig ten Zahnradtrieb von der Kraftmaschine an getrieben.
Über dem Regler ist die Folgedüse 19 einem gestuften Verstärkerkolben 39 zugeord net. Dieser Kolben gleitet in einem Gehäuse 40 auf und ab. Drucköl fliesst durch einen Kanal 41 zur Oberseite des Stufenkolbens, tritt durch eine Bohrung 42 auf die Unterseite dieses Kolbens und gelangt durch das Innere der Folgedüse 19 gegen den Stempel B. Am obern Ende des Verstärkerkolbens sind die zu betäti- genden Steuerungsteile angelenkt. Diese Teile sind auf den Figuren nicht gezeigt.
Der beschriebene Regler arbeitet wie folgt Steigt die Frequenz und damit die Drehzahl des Reglers, so schwingt die Fliehmasse 5 nach aussen und schwenkt den bei 2 im Pen delrahmen 1 gelagerten Winkelhebel 3, 4 im Uhrzeigersinne. Der Stempel 8, 9 gleitet nach unten und drückt die Feder 16 zusammen. Infolge dieser Bewegung wird der zwischen Folgedüse und Stempelstirnfläche vorhandene Abflussspalt grösser, der Druck unter dem Verstärkerkolben fällt, und dieser Kolben glei tet unter der Wirkung. der auf der Oberseite drückenden Öllast nach unten.
Er kommt erst zur Ruhe, wenn die Bewegung des Stempels 8, 9 aufgehört hat und der Spalt zwischen Folge düse und oberer Stempelstirnfläche wieder seine ursprüngliche Grösse erreicht.
Während der obenerwähnten Bewegungs vorgänge hat natürlich der Öldruck unter dem Folgekolben, da Reibüngs- und Trägheits- s kräfte zu überwinden waren, geschwankt. Diese Schwankungen sind aber von geringem Einfluss auf den Stempel, da der Druck unter diesem Stempel in gleichem Masse schwankt wie der Druck darüber und die dem Öldruck ausgesetzten wirksamen Flächen oben und un ten gleich oder angenähert gleich sind.
Das System: Fliehgewicht 5, Winkelhebel 3, 4, Stempel 8, 9, Feder 16 hat eine ziemlich hohe Eigenfrequenz und kann durch Strö mungsreaktionen an der Folgedüsenmündung oder durch Unruhe eines die Drehbewegung von der Turbinenwelle auf die Pendelwelle übertragenden Zahnradtriebes zu Schwingun gen angeregt werden. Bei diesen Schwingun gen drängt der als Phmgerkolben wirkende Stempel rasch Öl durch die Blende 18 hin und her. Infolge des dadurch entstehenden Ener gieverlustes werden die besagten Schwingun gen weitgehend gedämpft.
Die durch Verzahnungsungenauigkeiten und Spiele im Pendelantrieb oft entstehenden grossen momentanen Beschleunigungen sollen vor allem ohne Wirkung auf den Beschleuni gungsteil des Reglers bleiben. Sie lassen sich, da sie hochfrequenter Natur sind, von den relativ mässigen, aber länger andauernden Be schleunigungen trennen, die bei plötzlicher Ertiastung der Turbine entstehen.
Diese Trennung wird dadurch erreicht, dass der Schwungradkörper 11 durch die Dnlckfeder 25 mit dem Pendelrahmen 1 ge kuppelt ist: Er kehrt daher nach momentaner Beschleunigung und dadurch relativ zu die sem Körper entstehender Winkelvoreilung des Rahmens immer wieder in eine relativ zum Rahmen gegebene neutrale Lage zurück. Der Taststift 35 wird nun so eingestellt, dass bei neutraler Lage des Körpers 11 ein bestimmter Abstand 36 zwischen seiner Spitze und der Flachfeder 20 erhalten bleibt.
Da die vom Zahnradtrieb herrührenden, sich der gleichmässigen Drehbewegung über lagernden Winkelvor- und -nacheihmgen in engen Grenzen bleiben, entfernt und nähert sich die Taststiftspitze der Flachfeder 20 stän dig, ohne jedoch, trotz momentan hoher Be schleunigungswerte, die Feder zu berühren: Bei Betrieb mit kleinen Abweichungen der Ma- schinenlast von einer mittleren Last bleibt da her die Düse 14 geschlossen.
Bei plötzlicher Abschaltung grösserer elek trischer Lasten entsteht dagegen eine, vergli chen mit den Bewegungszeiten des Stempels 8, 9 und des Schwungradkörpers 11, län ger andauernde Beschleunigungsperiode. Der Schwungradköeper eilt dabei. so viel gegen über dem Rahmen nach, dass die auf ihm ge lagerte Flachfeder 20 gegen den Taststift stösst. Wird ein. bestimmter Grenzbeschleuni- gungswert überschritten, so genügt das am Schwungradkörper entstehende Beschleuni gungsmoment, um die Flachfeder von der Düse 14 abzuheben. Der mit Druckflüssig keit gefüllte Raum 12 wird dabei auf Ab fluss gesteuert.
Der öldruck unter denn Teil 9 des Stempels fällt dann ab, und der Stem pel 8, 9 weicht infolge der eingetretenen Ent lastung nach unten aus, wobei das Flieh gewicht 5 nach aussen schwingt, bevor über haupt die Turbinendrezahl wesentlich ange stiegen ist. Diese vorübergehende Entlastung hat den gleichen Effekt, wie wenn man vor übergehend eine schwächere Reglerfeder mit entsprechend tieferer Drehzahllage vorsehen würde.
Das hat natürlich zur Folge, dass der Ver- stärkerkolben vorzeitig nach unten stösst und über das an ihm angelenkte Getriebe den Zu fluss des Kraftmittels abschliesst.
Die Grenzbeschleunigung, bei welcher die Beschleunigungsvorrichtung des Reglers an zusprechen beginnt, kann durch stärkeres Spannen der Flachfeder 20 vergrössert, da gegen durch deren Entspannen bei stillgesetz ter Kraftmaschine vermindert werden, indem der Gewindezapfen 32 hinein- bzw. heraus geschraubt wird, wobei der Schlitten 29 nach links bzw. nach rechts verschoben wird.