Einrichtung zur Regelung einer Wasserturbine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Re gelung einer Wasserturbine durch Regelorgane, die mindestens einen Drehzahlregler aufweisen und auf mindestens ein Organ einwirken, welches den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrscht. Nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes ist bei einer solchen Einrichtung in die Rückführverbindung der Steuerung ein Wirkungsverzögerer eingebaut.
In weiterer Ausbildung einer solchen Regel einrichtung sind nun erfindungsgemäss ein teilweise durch einen die Rückführverbindung der Steuerung bewirkenden Kolben begrenzter erster Flüssigkeits raum mit einem sich als Folge einer durch das Re gelorgan eingeleiteten Verstellung des den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrschenden Organs verändernden zweiten Flüssigkeitsraum durch eine Leitung verbunden, in welche ein den Flüssig keitsübertritt vom einen zum andern Flüssigkeits raum hemmendes und damit die Rückführwirkung verzögerndes Drosselorgan eingebaut ist.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs beispiele der erfindungsgemässen Regeleinrichtung vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Regeleinrichtung mit pneumatisch- hydraulischen Mitteln zur Rückführverzögerung, Fig. 2 eine Regeleinrichtung mit rein hydrauli schen Mitteln zur Rückführverzögerung, Fig. 3 eine Regeleinrichtung mit einem rein hydraulischen Verzögerungsorgan für den Antrieb des Kataraktes,
Fig. 4 eine Regeleinrichtung mit einem rein hy draulischen Rückführ-Verzögerungsorgan zwischen Regler und Steuerschieber des Servomotors, Fig. 5 eine Regeleinrichtung mit getrennten par allelen Regelkreisen für Katarakt und Verzögerungs organ, Fig. 6 und 7 Regeleinrichtungen mit in die Rückführverbindung eingeschalteten Federn.
Gemäss Fig. 1 wird die zufliessende Wassermenge einer Wasserturbine 1 durch einen schematisch dar gestellten Leitapparat 2 geregelt, welcher von einem Servomotor 3 mit Kolben 4 betätigt wird. Der Leit- apparat 2 ist somit ein Organ, welches den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrscht. Über einen Steuerschieber 5 wird dem Servomotor 3 von einer Pumpe 6 geliefertes Druckmittel zugeleitet. Ein Drehzahlregler 7 ist durch ein Gestänge mit Ge lenken 8, 9, 10 einerseits mit dem Steuerschieber 5 und anderseits mit einem in einem Zylinder 11 ver schiebbaren Kolben 12 verbunden.
Unterhalb dieses Kolbens befindet sich im Zylinder 11 ein Flüssig keitsraum 13. Dieser ist über- ein Drosselorgan 14 mit einem nicht dargestellten unter Atmosphären druck stehenden Flüssigkeitsraum verbunden. Eine Zugdruckfeder 15 ist einerseits am Gelenk 10 und anderseits an einem Fixpunkt 18 befestigt. Ein Flüssigkeitsraum 16 ist teilweise durch einen in seiner Achsrichtung verschiebbaren Kolben 17 be grenzt, welcher zwangläufig mit dem Servomotor kolben 4, und über diesen mit dem den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrschenden Organ 2 verbunden ist.
Der Flüssigkeitsraum 16 verändert seinen Inhalt, wenn durch den Drehzahlregler 7 über den Servomotor 3 eine Verstellung des den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrschenden Organs 2 eingeleitet wird.
Der teilweise vom Kolben 12 begrenzte Flüssig keitsraum 13 ist mit dem teilweise vom Kolben 17 begrenzten Flüssigkeitsraum 16 durch eine Leitung <B>191</B> verbunden, in welche ein den Flüssigkeits übertritt vom einen zum andern Flüssigkeitsraum hemmendes Drosselorgan 19 eingebaut ist. Ausser dem ist der Flüssigkeitsraum 16 mit einem Behälter 20 verbunden, in welchem sich über dem Flüssig keitsspiegel ein Luftpolster 21 befindet.
Die Flüssigkeitsräume 16 und 13 bilden zusam men mit der Verbindungsleitung zwischen beiden einen Bestandteil der Rückführverbindung. Wäre das Drosselorgan 14 ganz geschlossen und das Luft polster 21 im Behälter 20 nicht vorhanden, so würde beispielsweise bei einer Abwärtsbewegung des Servo- motorkolbens 4 die durch den Kolben 17 im Flüssig keitsraum 16 verdrängte Flüssigkeitsmenge über das Drosselorgan 19 zwangläufig in den Flüssigkeits raum 13 verschoben und der Kolben 12 dabei um einen entsprechenden Betrag nach oben bewegt. Der Kolben 12 bewirkt dann über das Gelenk 10 eine Rückführung der Steuerung.
Bei nicht vorhandenem Luftpolster 21 würde dabei die Bewegung des Kol bens 17 sofort in vollem Betrage auf den Kolben 12 übertragen.
Das Luftpolster 21 im Behälter 20 bewirkt aber nun, dass dieser Behälter eine unter dem Einfluss des bei der Bewegung des Kolbens 17 im Drosselorgan 19 erzeugten Druckgefälles veränderliche Flüssig keitsmenge aufnimmt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 17 wird vorerst die verdrängte Flüssigkeits menge vorwiegend in den Behälter 20 verschoben, wobei das Luftpolster 21 komprimiert wird. Erst mit der Zeit stellt sich über das Drosselorgan 19 ein Druckausgleich her. Infolge des Einschaltens des Drosselorgans 19 und des Behälters 20 mit Luft polster 21 wird also die Rückführwirkung verzögert vom Kolben 17 auf den Kolben 12 übertragen.
Das Drosselorgan 19 wirkt also zusammen mit dem Luft polster 21 als ein in die Rückführverbindung der Steuerung eingebauter. Wirkungsverzögerer.
Das Drosselorgan 14 ergibt nun ferner bei leicht geöffneter Stellung eine Kataraktwirkung, indem es gestattet, dass sich nach einiger Zeit im Flüssigkeits raum 13 wieder Atmosphärendruck einstellt, so dass der Kolben 12 wieder unabhängig von der Lage des Kolbens 17 unter der Wirkung der Feder 15 in seine Ausgangslage zurückkehrt. Die beschriebene Ein richtung gestattet also in einfacher Weise, die Ver zögerung der Rückführwirkung mit einer Katarakt wirkung zu kombinieren.
Die Einrichtung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von jener gemäss Fig. 1 nur dadurch, dass der Behäl ter 20 mit Luftpolster 21 durch eine sich unter Druckänderung elastisch deformierende Druckkam mer 22 ersetzt ist. Diese Druckkammer ist durch eine an einem Fixpunkt 24 befestigte Feder 23 belastet. Die federbelastete Druckkammer 22 hat dieselbe Funktion wie der Behälter 20 mit Luftpolster 21 der Fig. 1. Sie nimmt ebenfalls eine unter dem Einfluss des bei der Bewegung des Kolbens 17 im Drossel organ 19 erzeugten Druckgefälles veränderliche Flüssigkeitsmenge auf.
In Fig. 3 bezeichnet 1 wieder die Turbine mit Leitapparat 2 und Servomotor 3 mit Kolben 4. Der Kolben 4 ist auf der einen Seite durch eine Druck feder 25 belastet. Auf der andern Seite ist er durch Druckflüssigkeit beaufschlagt, welche von einer Pumpe 26 über ein Drosselorgan 27 und ein Steuer ventil 28 geliefert wird. Der Drehzahlregler 29 greift am einen Ende 30 eines Gestänges an, welches über ein Gelenk 31 das Steuerventil 28 betätigt, und am andern Ende 32 mit dem Kolben 34 eines Kata raktes 33 mit Drosselorgan 35 verbunden ist. An der Stelle 32 greift ferner eine Zugdruckfeder 36 an, welche an einem Fixpunkt 37 befestigt ist.
Die Rückführung der Steuerung wird durch einen starr mit dem Gehäuse des Kataraktes 33 verbundenen, in einem Zylinder 38 verschiebbaren Kolben 39 be wirkt. Dieser Kolben ist auf seiner Oberseite durch eine Feder 40 belastet. Auf der Unterseite begrenzt er einen Teil eines Flüssigkeitsraumes, welcher durch eine Leitung 411 mit eingebautem Drosselorgan 41 mit dem Steuerflüssigkeitsraum des einseitig beauf- schlagten federbelasteten Kolbens 4 des Servomotors 3 verbunden ist, welcher zur Verstellung des den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine beherrschen den Organs 3 dient.
Der Steuerflüssigkeitsraum unterhalb des Kolbens 4 ändert sich, wenn durch den Drehzahlregler 29 über den Servomotor 3 eine Ver stellung des Organs 2 eingeleitet wird.
Wäre das Drosselorgan 41 nicht vorhanden, so würde sich stets ein Druckausgleich in den Flüssig keitsräumen unter den Kolben 39 und 4 einstellen. Bei einer durch das Steuerventil 28 erzeugten Druck änderung in der Steuerflüssigkeit würde sich also der Kolben 39 stets in bestimmter Zuordnung zum Kolben 4 bewegen. Das Drosselorgan 41 bewirkt aber nun, dass sich eine Druckänderung im Raume unterhalb des Kolbens 4 nur mit Verzögerung auf den Raum unterhalb des Kolbens 39 übertragen kann. Das Drosselorgan 41 übernimmt also in der Rückführverbindung die Rolle eines Wirkungs- verzögerers.
In Fig. 4 bezeichnet 1 wieder die Wasserturbine mit Leitapparat 2, Servomotor 3 mit Kolben 4, Steuerschieber 5 und Druckflüssigkeitspumpe 6. Diese versorgt nun auch über ein Drosselorgan 561 ein Vorsteuerventil 42 mit Ventilplatte 43. 44 ist ein Drehzahlregler und 45 ein Beschleunigungsregler. Ihre Hubsumme wirkt über Gelenke 46, 47 auf ein Steuergelenk 48 ein. 49 ist ein Flüssigkeitsraum, welcher teilweise durch einen Kolben 50 begrenzt ist. Eine Druckfeder 51 verbindet das Steuergelenk 48 mit einer Stelle 52 eines um einen festen Dreh punkt 53 schwenkbaren, die Ventilplatte 43 tragen den Hebels. Mit der Stelle 52 dieses Hebels ist ferner auch der Kolben 50 verbunden.
Das Vorsteuerventil 42 steuert den Druckflüs- sigkeitszufluss in einen Membranbalg 54, dessen Flüssigkeitsraum nach unten durch einen mit dem Steuerschieber 5 verbundenen Kolben 541 begrenzt ist. Dieser Kolben ist von der Unterseite durch eine Feder 55 belastet. Die Rückführverbindung wird nun durch eine mit einem Drosselorgan 56 ver sehene Verbindungsleitung 56= zwischen dem Flüs- sigkeitsraum 49 und dem Flüssigkeitsraum im Mem- branbalg 54 hergestellt.
Der Steuerschieber 5, das heisst eine Vorsteue- rung des den Zufluss des Betriebswassers zur Tur bine beherrschenden Organs 2 wird nun nach Mass gabe des im Membranbalg 54 erzeugten Druckes verstellt. Wäre das Drosselorgan 56 nicht vorhan den, so würde sich auch im Flüssigkeitsraum 49 sofort stets der gleiche Druck einstellen wie im Mem- branbalg 54. Der Kolben 50 würde also unmittelbar der Bewegung des Steuerschiebers 5 nachfolgen, und eine entsprechende Rückführung der Steuerung be wirken.
Das Drosselorgan 56 spielt aber hier wie-, derum die Rolle eines Wirkungsverzögerers, indem es den Zufluss von Flüssigkeit zum Raume 49 bzw. den Abfluss von Flüssigkeit von diesem Raum hemmt, und damit den Druckausgleich zwischen den Flüssigkeitsräumen 49 und 54 verzögert.
Eine grössere Freiheit in der gegenseitigen Ab stimmung der Wirkung von Katarakt und Wirkungs- verzögerer in der Rückführverbindung ergibt sich, wenn statt der Serieschaltung, im Beispiel gemäss Fig. 3, eine Parallelschaltung dieser Mittel in parallel arbeitenden Regeleinrichtungen vorgenommen wird. Gemäss Fig. 5 bezeichnet in einer solchen Einrich tung wieder 2 den Leitapparat der Wasserturbine 1. 57 bis 67 sind Steuergelenke und 68 ein fester Dreh punkt.
Zwischen Steuergelenk 57 und Leitapparat 2 sind nicht dargestellte Steuerorgane vorhanden, die eine rein verstärkende Wirkung ausüben. 69 ist eine Ölpumpe, welche einen Steuerschieber 70 und ein Steuerventil 76 beliefert. 71 ist eine Vorsteuerung, 72 ein Katarakt mit Kolben 73, Drosselorgan 74 und Zugdruckfeder 75. 77 ist eine zweite Vorsteue- rung mit Kolben 78 und Feder 79. 80 ist ein Flüs sigkeitsraum, welcher teilweise durch einen der Rückführung der zweiten Vorsteuerung dienenden, durch eine Feder 82 belasteten Kolben 81 begrenzt ist. 83 und 831 sind Drosselorgane, und 84 ist ein Drehzahlregler. Die Pfeile geben die Wirkungsrich tung bei einem Schliessvorgang an.
Der Drehzahlregler 84 wirkt über das Gestänge mit den Gelenken 62, 63, 64 auf den Steuerschieber 70 der Vorsteuerung 71, welche über das Gelenk 59 das Steuergelenk 57 verstellt. Die Rückführung des Steuerschiebers 70 erfolgt über die Gelenke 60, 68, 61, den Katarakt 72 und die Gelenke 62, 63. Par allel zu dieser Regeleinrichtung wird aber nun vom Drehzahlregler 84 aus über die Gelenke 65, 66, 67 das Steuerventil 76 der Vorsteuerung 77 betätigt. Der Kolben 78 verstellt dabei das Steuergelenk 57 über das Gelenk 58. Der Kolben 81 ist mit dem Ge lenkpunkt 66 verbunden.
Eine Verbindungsleitung <B>831</B> zwischen den beiden Flüssigkeitsräumen unter den Kolben 78 und 81 stellt die Rückführverbindung für diese zweite Vorsteuerung her. Das in diese Ver bindungsleitung eingebaute Drosselorgan 83 über nimmt hier in gleicher Weise wie das Drosselorgan 41 der Einrichtung nach Fig. 3 die Rolle eines Wir <B>k-</B> ungsverzögerers. Die beiden Vorsteuerungen 70, 71 bzw. 76, 77 des den Zufluss des Betriebswassers zur Turbine be herrschenden Organs arbeiten also parallel zueinan der.
In der Rückführverbindung der Vorsteuerung 70, 71 ist hierbei der Katarakt 72 eingebaut, und in der Rückführverbindung der Vorsteuerung 76, 77 der Wirkungsverzögerer 83.
Bei der Einrichtung nach Fig. 6 stimmen die mit den Zahlen 1 bis 19 bezeichneten Teile vollständig mit jenen der Fig. 1 überein. Dagegen fällt hier der Behälter 20 mit Luftpolster 21 weg. Dafür ist zwi schen dem Servomotorkolben 4 und dem Kolben 17, welcher teilweise den Flüssigkeitsraum 16 begrenzt, eine Feder 85 eingebaut. Durch diese Massnahme wird bewirkt, dass sich der Kolben 17 nicht zwang läufig mit dem Kolben 4 bewegt. Bei der Abwärts bewegung des Kolbens 4 wird vielmehr vorerst die Feder 85 gespannt, und der Kolben 17 kann sich erst nach Massgabe des Durchtrittes von Flüssigkeit vom Raume 16 durch das Drosselorgan 19 in den Raum 13 nach unten bewegen.
Durch die Wirkung des Drosselorgans 19 wird also die Bewegung des Kolbens 17 gegenüber jener des Kolbens 4 verzö gert. Entsprechend verzögert sich dabei auch die Bewegung des Kolbens 12, welcher die Rückführung der Steuerung bewirkt.
Bei der Einrichtung nach Fig. 7 entsprechen die Teile 1 bis 9 jenen der Fig. 6. Der Drehzahlregler 7 wirkt aber nun hier auf einen um einen festen Dreh punkt 86 schwenkbaren Hebel. Die Bewegung des Servormotorkolbens 4 wird über einen um einen festen Drehpunkt 87 schwenkbaren Balken und eine Feder 91 auf einen Kolben 89 übertragen, welcher einen Flüssigkeitsraum 88 nach oben begrenzt. Ein weiterer Flüssigkeitsraum 92 wird von einem Kolben 93 nach oben begrenzt, welcher über eine Feder 94 am Gelenkpunkt 8 auf den Drehzahlregler 7 zurück wirkt.
Die für die Rückführung der Steuerung er forderliche Wirkungsverbindung zwischen den Kol ben 89 und 93 wird durch eine Verbindungsleitung 951 zwischen den Flüssigkeitsräumen 88 und 92 her gestellt, in welche ein Drosselorgan 95 eingebaut ist. Dieses Drosselorgan verzögert wiederum die Bewe gung des Kolbens 89 gegenüber jener des Kolbens 4 und damit auch die Rückführwirkung auf den Kol ben 93 und weiter auf den Drehzahlregler 7.
Ein Drosselorgan 90 verbindet ferner den Flüs sigkeitsraum 88 mit einem nicht gezeigten, unter Atmosphärendruck stehenden Raum, so dass in glei cher Weise die durch die Wirkung des Drosselorgans 14 der Einrichtung nach Fig. 1 im stationären Be triebszustand in den Flüssigkeitsräumen 88 und 92 ein Druckausgleich mit der Atmosphäre stattfindet, und damit auch jede Rückwirkung des Kolbens 93 auf den Drehzahlregler 7 entfällt.