CH350622A - Verfahren zur selbsttätigen Regelung von doppeltgeregelten Kaplanturbinen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur selbsttätigen Regelung von doppeltgeregelten Kaplanturbinen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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CH350622A
CH350622A CH350622DA CH350622A CH 350622 A CH350622 A CH 350622A CH 350622D A CH350622D A CH 350622DA CH 350622 A CH350622 A CH 350622A
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CH
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zero
turbine
efficiency
blades
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Treiber Emil
Eilken Hans Ing Dr
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Voith Gmbh J M
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/16Regulating, i.e. acting automatically by power output
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description


  Verfahren zur selbsttätigen Regelung von     doppeltgeregelten        Kaplanturbinen     und Vorrichtung zur     Durchführung    des Verfahrens         Kaplanturbinen    werden bekanntlich doppelt ge  regelt, und zwar durch Verstellung der     Leit-    und der       Laufradschaufeln.    Hierbei ist die- Forderung gestellt,  bei allen Betriebszuständen den jeweils höchsten Wir  kungsgrad der Turbine zu erreichen, das heisst, es  muss jeder     Leitschaufelstellung    ein bestimmter Lauf  radschaufelwinkel zugeordnet sein. Diese Forderung  muss durch eine besondere Einrichtung des Reglers  erfüllt werden.  



  Es wurden schon verschiedene Lösungen dieser  Aufgabe vorgeschlagen.  



  Bei der bekanntesten Ausführung wird die Ab  hängigkeit zwischen     Laufradschaufel-    und     Leitschau-          felstellung    durch eine Kurvenscheibe bestimmt, die in  der Rückführung des     Laufradschaufel-Steuerventils     angeordnet ist und die     zwangläufige    Zuordnung der  beiden Regulierorgane     herbeiführt.    Diese bekannte  Anordnung lässt aber eine Regelung grosser Genauig  keit auf den jeweiligen Punkt des maximalen Wir  kungsgrades der Turbine nur dann zu, wenn die Kur  venscheibe einwandfrei hergestellt und ausserdem das  Gestänge, das die Kurvenscheibe verstellt bzw. ab  tastet, genau eingestellt bleibt.

   Aber auch dann ist die  Regelung nur richtig, wenn auch die Betriebsbedin  gungen genau erfüllt sind, für welche die Kurvenschei  ben angefertigt wurden.  



  Die Abhängigkeit zwischen     Leit-    und Laufrad  schaufelstellung gilt nur für bestimmtes Gefälle. Wenn  sich im Betrieb der Maschine beispielsweise infolge  von Hochwasser das Gefälle ändert, ist es erforder  lich, eine neue Kurvenscheibe einzubauen. Es wurde  auch schon vorgeschlagen, statt mehrerer Kurven  scheiben, die bei verschiedenen Gefällen ausgewech  selt werden, eine     Walze    einzubauen, welche gewisser  massen die erforderlichen Kurvenscheiben für alle  Gefälle nebeneinander aufgereiht dargestellt und die    dann je nach dem Gefälle von Hand oder automa  tisch verschoben wird.

   Bei diesem Regelverfahren er  geben sich im Betrieb     insofern    Schwierigkeiten, als  bei Inbetriebnahme durch Messungen meistens eine  Korrektur der Kurvenscheiben     erfolgen    muss. Auch ist  beispielsweise durch unbeabsichtigtes Verstellen des  Gestänges bei Reparaturen usw. nicht     immer    eine ein  wandfreie Regulierung der Maschine     gewährleistet.     Schwierig ist insbesondere die Kontrolle, da es nicht  ohne weiteres zu ersehen ist, wenn die Zuordnung der  beiden Regulierorgane nicht mehr stimmt.  



  Es ist ferner bei einer Dampfkraftanlage, beste  hend im wesentlichen aus Dampfkessel, Dampfturbine  und Generator; bekannt, die pro Zeiteinheit der  Dampfturbine zufliessende Dampfmenge Q, die pro  Zeiteinheit vom Generator abgegebene Leistung     NG     und die jeweilige nutzbare Dampftemperatur T zu  messen.

   Der Wirkungsgrad des Generators der be  kannten Anlage werde gleich 1 gesetzt bzw. werde  vernachlässigt, dann entsprechen die gemessenen  Werte der Wassermenge<I>Q</I> der Leistung<I>N</I> und der       Gefällhöhe    H bei einer     Wasserturbinenanlage.    Die  Grössen werden     in    Widerständen in darstellbare und  miteinander vergleichbare     Messgrössen        umgeformt,    und  aus denen wird ein Wert bestimmt, der proportional  dem Wirkungsgrad
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   der Anlage ist. Dieser wird  in einem Kurvenblatt dargestellt.  



  Hier setzt unsere     Erfindung    ein und     schlägt    ein  Verfahren vor, durch das die bei Verwendung von  Kurvenscheiben durch dieselben entstehenden Fehler  in kürzester Zeit ausgeglichen werden können und  durch das die Turbine stets auf minimalen Wirkungs  grad einreguliert werden     kann.    Insbesondere ermög  licht unser Verfahren die Verwendung     einer    einzigen  Kurvenscheibe für alle auftretenden     Gefällhöhen.    Die      Anordnung von mehreren Kurvenscheiben, Kurven  walzen oder topographischen Flächen erübrigt sich.  



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur  selbsttätigen Regelung von     doppeltgeregelten    Kaplan  turbinen, bei dem die während des Betriebes verstell  baren     Leit-    und     Laufradschaufeln    über eine Kurven  scheibe in einem bestimmten Verhältnis einander zu  geordnet sind und bei dem in bestimmten Zeitabstän  den die pro Zeiteinheit durch die Turbine fliessende  Wassermenge Q,

   die pro Zeiteinheit von der Turbine  abgegebene Leistung N und die jeweilige nutzbare       Gefällhöhe    H gemessen und diese     Messwerte    in dar  stellbare und miteinander vergleichbare     Messgrössen     umgeformt werden und bei denen ferner aus diesen       Messgrössen    ein Wert bestimmt wird, der proportio  nal dem momentanen Wirkungsgrad
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   der Tur  bine ist und dieser dem Wirkungsgrad proportionale  Wert in eine     darstell-    und speicherbare     Messgrösse     umgeformt wird.

   Das     Verfahren    gemäss der Erfindung  zeichnet sich dadurch aus, dass die eine Art von Schau  feln bei gleichzeitigem Festhalten der anderen Art von  Schaufeln in gewissen Zeitabständen geringfügig ver  stellt wird und dass mit der aus. der Schaufelverstel  lung sich ergebenden Wirkungsgradänderung d     17    und  der Schaufelstellung d     p    der     Differenzenquotient          'rild9    gebildet und mit Null verglichen wird und  dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die  verstellten Schaufeln um konstante Beträge bzw. um  der Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses  proportionale Beträge weiterbewegt werden, bis sich  bei einem Vergleich Null ergibt.  



  Es besteht dabei die Möglichkeit, die Laufrad  schaufeln unter gleichzeitigem Festhalten der     Leit-          schaufeln    oder die Leitschaufeln unter gleichzeitigem  Festhalten der     Laufradschaufeln    zu verstellen. Bei  beiden Varianten können     die        Leit-    bzw. Laufrad  schaufeln willkürlich um jeweils ungleichmässige, der  Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses pro  portionale Beträge oder um jeweils konstante Beträge  verstellt werden, bis sich bei einem Vergleich Null  ergibt.  



  Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah  rens ist gekennzeichnet durch Steuer- und Verstell  organe, durch welche die     Messwerte    der Bestimmungs  grössen auf die veränderlichen Widerstände der     Mess-          brücken    übertragen werden, um hieraus die Bestim  mung des Wirkungsgrades der Turbine herbeizufüh  ren, dass Mittel vorgesehen sind, um die Änderung  eines der beiden Schaufelwinkel herbeizuführen und  die hierbei eintretende Wirkungsgradänderung be  stimmt wird und danach die endgültige Regelung des  besagten Schaufelwinkels bis zur Erreichung des  maximalen Wirkungsgrades der     Turbine    durchgeführt  wird.  



  Beiliegende Zeichnung zeigt in den     Fig.    1 und 2  eine     schematische    Darstellung eines Ausführungsbei  spiels der Regelvorrichtung gemäss dem Patent  anspruch     II    zur Ausübung des Verfahrens gemäss dem  Patentanspruch 1, und zwar angewendet auf die Ein-         regelung    des     Laufrad-Schaufelwinkels    der     Kaplantur-          bine.    Anhand dieser Darstellung wird auch das Ver  fahren beispielsweise erläutert.  



  In     Fig.    1 ist die     Kaplanturbine    im Schnitt und die  Mittel zum Messen des Wirkungsgrades der Turbine  (wobei unterstellt wird, dass der Wirkungsgrad des  Generators gleich bzw.     vernachlässigbar    sei) und in       Fig.    2 das Schaltschema des Ausführungsbeispiels  dargestellt.  



  Gemäss     Fig.    1 weist die     Kaplanturbine    Laufrad  schaufeln 4 und Leitschaufeln 6 auf. Oberhalb der  Turbine ist ein Generator 77 angeordnet. Das Wasser  strömt der Turbine vom Oberwasser zu, dessen Spie  gel mit 78 bezeichnet ist, und verlässt die Turbine  durch das Rohr 79, wobei sich unterhalb der Turbine  ein Unterwasserspiegel 80 einstellt.  



  Zur stetigen Bestimmung des Wirkungsgrades der  Turbine ist es erforderlich, ständig die durch die Tur  bine fliessende Wassermenge Q, den Höhenunter  schied zwischen dem Oberwasserspiegel 78 und dem  Unterwasserspiegel 80     (Nutzfallhöhe    H) und die von  der Turbine abgegebene elektrische Leistung N zu  messen, da der Wirkungsgrad der Turbine der Quo  tient aus
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   ist.  



  Zur Ermittlung der Werte<I>Q, H, N</I> für die Wir  kungsgradbestimmung sind mehrere     Messinstrumente     der Turbine zugeordnet. Die Wassermenge Q wird  durch eine     Differentialdruckmessung    innerhalb eines  Beschleunigungsgebietes des Wasserstromes ermittelt.  Dazu sind an zwei Stellen 81, 82 der     Einlaufspirale    83  je eine Leitung 84 bzw. 85 angeschlossen, die zu  einem Differenzdruckmesser 86 bekannter Art füh  ren.

   Der Differenzdruckmesser 86 ist mit einem     Ver-          stellglied    87 versehen, welches dem Widerstand R  einer in     Fig.    2 dargestellten     Messbrücke        M1    zugeord  net ist und das entsprechend der     Messgrösse    den     Ohm-          sehen    Widerstand im Widerstand     R1    verändert.  



  Die jeweils zur     Verfügung    stehende     Nutzfallhöhe     H wird durch eine Schwimmeranordnung gemessen,  welche die Differenz zwischen dem Oberwasserspiegel  78 und dem Unterwasserspiegel 80 feststellt. Dazu ist  auf dem Unterwasserspiegel 80 ein Schwimmer 88  angeordnet, der mit einem     Verstellglied    89 versehen  ist.

   Dieses     Verstellglied    verstellt entsprechend einer  Niveauänderung den     Ohmschen    Widerstand des Wi  derstandes     R=.    Auf dem Oberwasserspiegel 78 ist in  gleicher Weise ein Schwimmer 90 angeordnet, der  über ein     Verstellglied    91 den     Ohmschen    Widerstand  des Widerstandes     R4    entsprechend einer Niveauände  rung verstellt.  



  Die von der Turbine abgegebene Leistung N wird  mittels eines bekannten Leistungsmessers, der in       Fig.    1 allgemein mit 92 bezeichnet ist, am Generator       gemessen.    Dabei wird unterstellt, dass der Wirkungs  grad des Generators in das     Messergebnis    nicht ein  geht, also beispielsweise gleich 1 sei oder aber be  kannt ist und durch entsprechende Mittel in der       Messrichtung    kompensiert wird, andernfalls die Mes  sung unmittelbar unterhalb des Generators an der      Turbinenwelle zu     erfolgen    hätte.

   Dem Leistungsmes  ser 92 ist ein     Verstellglied    93 zugeordnet, das ent  sprechend einer     Änderung    der Turbinenleistung den       Ohmschen    Widerstand des Widerstandes     Ri    einer in       Fig.    2 dargestellten     Messbrücke        M2    verstellt ist.  



  Damit aus diesen drei gemessenen Werten auto  matisch der Wirkungsgrad der Turbine errechnet und  dargestellt werden kann, ist es erforderlich, die drei       Messgrössen    in vergleichbare Grössen umzuformen. Zu  diesem Zwecke werden bei der vorgeschlagenen Ein  richtung, wie aus     Fig.    2 ersichtlich, zwei je vier Wider  stände aufweisende     Messbrücken        Ml    und M, verwen  det und die     Messgrössen   <I>Q, H, N</I> in     Ohmsche    Wider  stände umgeformt.

   Wie oben erwähnt, wird die     Mess-          grösse    Q in dem Widerstand     R1    der     Messbrücke        Ml,     die     Messgrösse    H in den Widerständen R4 und     R2    der       Messbrücke    Ml und die     Messgrösse    N in dem Wider  stand     R1'    der     Messbrücke    M, dargestellt.

   Zur besseren  Ubersicht sind in     Fig.    1 nur die genannten Wider  stände     Ri,        R4,        R1'    und     R2    der     Messbrücken    Ml und       M2    dargestellt, nicht aber die gesamten     Messbrücken.     



  Die Ermittlung und Darstellung des Wirkungs  grades der Turbine aus den     Messwerten    in den     Mess-          brücken    ist in     Fig.    2 veranschaulicht. Die     Messbrücke          Ml    weist ausser den Widerständen     R1,    R2 und     R4,     welche die in je einem     Ohmschen    Widerstand aus  gedrückte Grösse der Wassermenge Q und der Nutz  fallhöhe<I>H (H" H")</I> beibehalten, noch einen Wider  stand     R3    auf.

   Das     Verstellglied    72 des Widerstandes  R3 wird bei einer Änderung der     Messgrössen    Q und/  oder H durch den von einem Kontaktgalvanometer 17  über einen Verstärker 16 gesteuerten     Abgleichmotor     18 so lange verstellt, bis das bei der Änderung der       Messgrössen    gestörte Brückengleichgewicht wieder her  gestellt und damit eine neue Multiplikation von Q mit  H erfolgt ist.  



  Mit dem     Verstellglied    72 des Widerstandes     R3    ist  das     Verstellglied    73 des Widerstandes R3 der     Mess-          brücke    M, starr verbunden. Das     Verstellglied    73 wird  somit, da der Widerstand     R3    gleich dem Widerstand       R3    ist, auf die gleiche Stellung wie das     Verstellglied     72 eingestellt und zeigt somit das Ergebnis der Multi  plikation<I>Q</I>     #   <I>H</I> in der     Messbrücke        M2    an.

   Ausser den  Widerständen     R3    und     Ri    , welch letzterer, wie bereits  erwähnt, den in einem     Ohmschen    Widerstand aus  gedrückten Wert für die Leistung N darstellt, weist  die     Messbrücke        M.,    noch einen konstanten Widerstand       R4'    und einen Widerstand     R2    auf.

   Das     Verstellglied     74 des Widerstandes R2 wird in gleicher Weise wie  das     Verstellglied    bei 72 bei einer Änderung der     Mess-          grössen    Q mal<I>H</I> und/oder<I>N</I> von einem     Abgleich-          motor    19, der von einem Kontaktgalvanometer 170  über einen Verstärker 160 gesteuert wird, so lange  verstellt, bis das bei der Änderung der     Messgrössen     gestörte     Brückengleichgewicht    wieder hergestellt und  damit die Division<I>N</I> durch<I>Q</I> mal<I>N</I>     erfolgt    ist.

   Der  im Brückenwiderstand     R2    vorhandene     Ohmsche    Wi  derstand stellt damit den Wirkungsgrad     77    der Tur  bine dar.  



  In     Fig.    2 ist ferner auch die Einrichtung zur Ver-         stellung    der Lauf- und     Leitradschaufeln    der Turbine  in Abhängigkeit von einer Drehzahländerung und die  Einrichtung zur willkürlichen Verstellung der Lauf  radschaufeln zur Ermittlung des maximalen Wirkungs  grades der Turbine dargestellt. Die Einrichtung zur  Verstellung der     Leit-    und     Laufradschaufeln    in Ab  hängigkeit von der Drehzahl weist einen Drehzahl  regler 3 auf, der über     ein    Zahnradgetriebe 46 mit der       Laufradwelle    76 verbunden ist.

   Ausserdem greift der  Drehzahlregler 3 an der Stelle 1 des Waagebalkens  la an, der bei einer Drehzahländerung der Turbine  das Steuerventil 5 für den     Leitschaufelservomotor    7  verstellt, wobei Punkt 50 Festpunkt ist. Durch die  Betätigung des Steuerventils 5 wird der Kolben des  Servomotors 7 bewegt, der über die Kolbenstange 51  den Regelring 75 und damit die Leitschaufeln 6 ver  stellt. An der Kolbenstange 51 ist auch der Waage  balken la angeschlossen, so dass bei der Bewegung  des Kolbens des Servomotors 7 das Steuerventil 5  wieder zurückgeführt wird, wobei der Punkt 1 Fest  punkt ist. Eine Verstellung der Leitschaufeln 6 hat  auch eine Verstellung der     Laufradschaufeln    4 zur  Folge.

   Dazu ist an dem Kolben des Servomotors 7 ein  Gestänge 9, 52 angeschlossen, an dem eine über ein  Stellglied 14 mit dem Steuerventil 8 verbundene  Stange 13 befestigt ist. Bei einer Verstellung des Kol  bens des Servomotors 7 wird die     Stange    52 um den  Punkt 53 und das     Stellglied    14 um den Punkt 29 be  wegt. über die Leitungen 54 oder 55 wird der Kolben  des Servomotors 11     beaufschlagt,    welcher über das  Gestänge 56, 26, 57 die     Laufradschaufeln    verstellt.

    Die Rückführung des     Steuerventils    8 erfolgt über das  Gestänge 58, 59, 60, die die Zuordnung zwischen       Leit-    und     Laufradschaufeln    steuernde Kurvenscheibe  10 und das Gestänge 52, 13, 14.  



  Die Einrichtung zur     willkürlichen    Verstellung der       Laufradschaufeln    ist an die Stange 13     angeschlossen.     Sie besteht aus den Zahnrädern 61, 62 und einer Ge  windespindel 63, die in dem Zahnrad 62 drehbar  angeordnet und mit der Stange 13 verbunden ist. Die  Zahnräder 61, 62 werden von einem Motor 25 ange  trieben, der über ein     Zeitschaltwerk    24 eingeschaltet  wird. Eine Betätigung der Einrichtung zur willkür  lichen Verstellung der     Laufradschaufeln    von Hand  ist auch vorgesehen. Dazu ist     mit    dem Zahnrad 62 ein  Handrad 12 fest verbunden.

   Die Einrichtung verstellt  über die Stangen 13, 14 das Steuerventil 8, welches  in gleicher Weise wie bei einer Drehzahländerung die       Laufradschaufeln    verstellt.  



  Die Einregulierung der Turbine auf maximalen  Wirkungsgrad geschieht nun     beim    Ausführungsbei  spiel durch     Speicherung    des augenblicklich gemes  senen Wirkungsgrades, anschliessender geringfügiger  Verstellung der     Laufradschaufeln,    um einen willkür  lichen Winkelbetrag, wobei die     Leitradschaufeln    fest  gehalten werden und wobei die Grösse des Betrages  etwa 1 bis 2  beträgt, bilden den Quotienten<I>d</I>     @/d        T     aus dem Unterschied zwischen den Wirkungsgraden  der Turbine vor und nach der     Laufradschaufelver-          stellung        (Wirkungsgradänderung    A il)

   und der Grösse      der Verstellung der     Laufradschaufeln    (d     T),    Ver  gleich des     Differenzenquotienten   <I>d</I>     27/d        cp        mit    Null und  bei einem von Null abweichenden Ergebnis weitere  Verstellung der     Laufradschaufeln    entsprechend dem  sich ergebenden positiven oder negativen Vorzeichen  des Quotienten<I>d</I>     ii/d        9p    und um Winkelbeträge, die  der Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses  proportional sind. Die Verstellung der     Laufradschau-          feln    erfolgt durch den Motor 25.  



  Ein anderes Ausführungsbeispiel, das nicht in der  Zeichnung dargestellt ist, besteht darin, dass die     Leit-          oder        Laufradschaufeln    immer um konstante Beträge  verstellt werden, sowohl zur jeweiligen Einleitung der  Korrekturregelung als auch während der Korrektur  regelung. Die Verstellung der Schaufeln erfolgt hier  bei durch den Motor 25.  



  Die Mittel     zum    Messen des Wirkungsgrades der  Turbine, nämlich die Messgeräte 86, 92, 88, 90 und  die     Messbrücken        Ml    und     M2,        wurden    bereits beschrie  ben.  



  Zum Speichern des im Augenblick vor der Ver  stellung gemessenen Wirkungsgrades der Turbine ist  mit dem vom     Abgleichmotor    19 der     Messbrücke        M,     bewegten Stellglied 74 des Widerstandes R2 eine  Gewindespindel 64 verbunden, die in einer     Gewinde-          Elektromagnetkupplung,    welche nur schematisch dar  gestellt und mit 20 bezeichnet ist, gleitet. Die Spin  del 64 wird also in Abhängigkeit von dem jeweiligen  Wirkungsgrad der Turbine verstellt, und wird an der  Spindel 64 ein Zeiger 65 befestigt, so kann der jewei  lige Wirkungsgrad auf einer Skala 66 angezeigt wer  den.

   Die     Elektromagnetkupplung    20 ist während des  normalen Betriebes     (Laufradverstellung    nur in Ab  hängigkeit von der Drehzahl der Turbine) geöffnet.  Mit derselben verbunden ist das     Verstellglied    67 eines  Widerstandes     R,    einer dritten     Messbrücke        M3.    Dieses       Verstellglied    wird bei geöffneter Kupplung 20, das  heisst bei normalem Betrieb, durch eine Feder 22 in  einer bestimmten Stellung     (Nullstellung)    festgehalten.

    Vor der willkürlichen Verstellung der     Laufradschau-          feln    wird die Kupplung 20 geschlossen und damit die  Gewindespindel 64     in    der augenblicklichen Lage fest  gehalten. Da die Stellung der Spindel 64 auch die  Grösse des     augenblicklichen    Wirkungsgrades der Tur  bine anzeigt, ist damit     ddr    Wirkungsgrad vor der will  kürlichen Verstellung     gespeichert.     



  Die Einrichtung zur     willkürlichen    Verstellung der       Laufradschaufeln    wurde schon beschrieben. Die  Grösse der     willkürlichen    Verstellung der Laufrad  schaufeln wird nun über die an dem Kolben des  Servomotors 11 angeschlossene Stange 68 auf den  Widerstand     R,    der     Messbrücke        M3    übertragen.

   Dazu  ist die Stange 68 in einer     Elektromagnetkupplung    21  geführt, die nur bei willkürlicher Verstellung der Lauf  radschaufeln 4 geschlossen wird und wobei an dem       einen    Teil der     Elektromagnetkupplung    21 das     Ver-          stellglied    69 des Widerstandes     R6    befestigt ist. Das       Verstellglied    69 wird bei     normalem    Betrieb mittels  der Feder 23     ebenfalls    wie das     Verstellglied    67 in  Nullstellung gehalten.

      Die Einrichtung zur Bildung des Quotienten  <I>d</I>     @ld        cp    besteht aus der bereits bekannten     Messbrücke          M3.    In dem Widerstand     RS    dieser     Messbrücke        M,     wird die sich durch die willkürliche Schaufelverstel  lung ergebende positive oder negative Wirkungsgrad  änderung<I>d</I>     l    dargestellt, indem über den     Abgleich-          motor    19 und Gewindespindel 64 das     Verstellglied    67  des Widerstandes     R,    entsprechend verstellt wird.

   In  dem Widerstand     R,    wird die Grösse der willkürlichen  Schaufelverstellung<B>A</B>     (p    dargestellt, indem durch den  Servomotor 11 über die Stange 68 das     Verstellglied     69 des Widerstandes     R..    entsprechend verstellt wird.  Der Widerstand     R8    ist konstant. Durch die Wirkungs  gradänderung und die Schaufelverstellung wird das  Brückengleichgewicht gestört und der     Abgleichmotor     28 durch das Kontaktgalvanometer 270 über den  Verstärker 260 in Betrieb gesetzt.

   Der     Abgleichmotor     28 verstellt das     Verstellglied    70 des Widerstandes     R7     so lange, bis das Brückengleichgewicht wieder her  gestellt und damit der Quotient     J        ri/J        (p    gebildet ist.  Mit dem     Abgleichmotor    28 verbunden ist     ferner    eine  Spindel 71, die um das gleiche Mass wie das Verstell  glied 70 verstellt wird.

   Die Spindel 71 ist mit dem  Stellglied 14 für das Steuerventil 8 des     Laufradservo-          motors    11 verbunden, so dass entsprechend der Be  wegung der Spindel 71 das Steuerventil 8 proportio  nal dem Quotienten     fild        rp    im Sinne einer Korrektur  des     Laufradwinkels    zum Öffnen oder Schliessen der       Laufradschaufeln    verstellt wird.  



  Diese Bildung des Quotienten     J        @7        /'        T    wird nun  so lange wiederholt, bis eine Verstellung der Schau  feln keine Wirkungsgradänderung im positiven oder  negativen Sinne zur Folge hat und damit der maxi  male Wirkungsgrad der Turbine erreicht ist.  



  Die Einschaltung der Brückenschaltungen erfolgt  über den gleichen, hier nicht weiter bezeichneten  Zeitschalter, der die     Betätigung    der     Laufradschaufeln,     das Schliessen der beiden Kupplungen 19 und 21 und  ebenso wieder das Ausschalten der gesamten Regu  liereinrichtung bewirkt.

   Der Zeitschalter wird so ein  gestellt, dass er erst nach einer gewissen Zeit, bei  spielsweise nach 5 bis 10 Minuten Ruhe, der Tur  binenregelung die Korrekturregelung freigibt und in  den gleichen Intervallen die     Laufradschaufelstellung     nachkontrolliert und     nachregelt.    Es ist ohne Schwie  rigkeiten möglich, bei Betätigung der Drehzahlverstel  lung oder     Öffnungsbegrenzung    vom Schaltraum aus  diesen Korrekturregler ausser Betrieb zu setzen, um  eine schwingungsfreie Einstellung der Maschine, z. B.  bei der Parallelschaltung, zu gewährleisten.

   Die eben  erwähnte     Ausserbetriebsetzung    des Korrekturreglers  erfolgt zum Beispiel durch Abschaltung der     Mess-          brücken        M1,        M-        M3    und der Kupplung 19, 21 vom  Stromnetz, so     dass    diese spannungslos werden.  



  Schliesslich kann es bei der Korrekturregelung  vorkommen, dass sich nach Ablauf eines Korrektur  regelvorganges eine der Bestimmungsgrössen, bei  spielsweise das Nutzgefälle, verändert hat und somit  nicht mehr dem Ausgangswert vor der Korrektur-           regelung    entspricht. Eine derartige Veränderung des  Ausgangswertes ist aber nicht immer     erwünscht.     



  So ist es beispielsweise beim Betrieb eines Lauf  kraftwerkes     (Flusskraftwerkes)    notwendig, sowohl auf  die oberhalb als auch die unterhalb des     Flusslaufes     liegenden Wasserkraftanlagen insofern Rücksicht zu  nehmen, als hier der Oberwasserspiegel oder die Dif  ferenz zwischen Ober- und Unterwasserspiegel mög  lichst konstant gehalten werden soll. Daraus ergibt  sich schon im Interesse einer günstigen Ausnützung  der Wasserkraftanlage, dass die sogenannte Wasser  spende eines Flusses jeweils völlig abgearbeitet wird,  sofern     unausgenütztes    Wasser nicht etwa durch über  fliessen des Wehres verlorengehen soll. Die Wasser  spende eines Flusses wird aber bekanntlich gerade  dann verbraucht, wenn der Oberwasserspiegel ständig  auf gleicher Höhe gehalten wird.  



  Weiter kann auch eine Veränderung des     Lei-          stungs-Ausgangswertes    einer Turbine     unerwünscht     sein. So kommt es beispielsweise vor, dass in einem  Wasserkraftwerk mehrere Turbinen laufen und von  diesem Kraftwerk zwei oder mehrere Netze versorgt  werden, wobei in einem dieser Netze eine     vertraglich     festgelegte Leistung konstant     gehalten    werden muss.

    In diesem Falle ist es zwar von grossem     Vorteil,    wenn  der Korrekturregler den     relativ        optimalen    Wirkungs  grad für die betreffende Turbine     einregelt.    Eine durch  die     Korrekturregeloperation    eingetretene, wenn auch  geringe Leistungsänderung gegenüber einem bestimm  ten Ausgangswert, will man hier jedoch vermeiden.  



  Im besonderen wird nun hierzu der Vorschlag  gemacht, die durch die Korrekturregelung herbei  geführten und in manchen Fällen nicht immer ge  wünschten Änderungen der Bestimmungsgrössen zu  vermeiden.  



  Es wird dann selbsttätig, etwa durch einen Zeit  schalter, ausgelöst, in den Pausen zwischen je zwei  vorstehend beschriebenen     Korrekturregeloperationen,     beispielsweise über einen Zusatzregler, eine der Be  stimmungsgrössen<I>(Q, H, N)</I> mit einem     bestimmten     Ausgangswert verglichen und bei Abweichungen hier  von wieder auf diesen     Ausgangswert    einreguliert.

       Ein     solches Einregeln auf den Ausgangswert kann am  besten durch Verändern der Öffnungsbegrenzung des  Drehzahlreglers erreicht werden, wobei der hier ver  wendete Zusatzregler aus einer elektrischen     Mess-          brücke    bestehen kann, die ähnlich wie die bereits  im Korrekturregler verwendeten     Messbrücken    arbeitet.

    Auch hier könnte zur Herstellung des     beispielsweise     auf konstantes Nutzgefälle eingestellten Brücken  gleichgewichtes über ein Kontaktgalvanometer und  einen von diesem gesteuerten     Abgleichmotor    eine Ver  stellung der Öffnungsbegrenzung um ein dem Aus  gangswert der Bestimmungsgrösse entsprechendes Mass       durchgeführt    werden.  



  Ebenso könnte durch eine solche zusätzliche     Mess-          brücke    die Turbinenleistung auf konstantem     Wert    ge  halten werden.  



  In diesem Falle würde dann die     öffnungsbegren-          zung    des Turbinenreglers durch die zusätzliche Mess-    Brücke derart     beeinflusst    werden, dass alle durch die       Messbrückenwiderstände    dargestellten und die Lei  stung der     Turbine    bestimmenden Betriebswerte, näm  lich das     Nutzgefälle        (H)    bzw. die     Differenz    zwischen  Ober- und Unterwasserspiegel, und die Wassermenge  (Q) mit ihrem Ausgangswert     verglichen    und im Falle  einer Abweichung gegenüber dem Ausgangswert auf  diesen     Wert    wieder eingeregelt werden.

       Schliesslich     kann auch im Bedarfsfalle die Zuordnung beider     Tur-          binenregelorgane,        nämlich    die     Leit-    und Laufrad  schaufelverstellung,     verändert    werden. In diesem Falle  würde das bisher durch eine Gewindespindel und ein       Handrad    in seiner Länge veränderbare Verbindungs  gestänge zwischen dem     Leitschaufelservomotor    und  dem im Wirkungsbereich des Korrekturreglers liegen  den     Laufradsteuerventil    nunmehr durch die zusätz  liche     Messbrücke    verstellt werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur selbsttätigen Regelung von doppelt regulierten Kaplanturbinen, bei dem die während des Betriebes verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln über eine Kurvenscheibe in einem bestimmten Ver hältnis einander zugeordnet sind und bei dem in be stimmten Zeitabständen die pro Zeiteinheit durch die Turbine fliessende Wassermenge Q,
    die pro Zeitein heit von der Turbine abgegebene Leistung N und die jeweilige nutzbare Gefällhöhe H gemessen und diese Messwerte in darstellbare und miteinander vergleich bare Messgrössen umgeformt werden, und bei dem ferner aus diesen Messgrössen ein Wert bestimmt wird,
    der proportional dem momentanen Wirkungsgrad EMI0005.0064 der Turbine ist und dieser dem Wirkungsgrad propor tionale Wert in eine darstell- und speicherbare Mess- grösse umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Art von Schaufeln bei gleichzeitigem Fest halten der anderen Art von Schaufeln in gewissen Zeitabständen geringfügig verstellt wird,
    und dass mit der aus der Schaufelverstellung sich ergebenden Wirkungsgradänderung <I>d</I> 17 und der Schaufelverstel lung<I>d</I> q' der Differenzenquotient <I>d</I> y7/,d q@ gebildet und mit Null verglichen wird, und dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die verstellten Schaufeln um konstante Beträge bzw. um der Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses proportionale Beträge weiterbewegt werden, bis sich bei einem Vergleich Null ergibt.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitschaufeln bei gleichzeitigem Festhalten der zugeordneten Laufradschaufeln in be stimmten Zeitabständen geringfügig verstellt werden.
    2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln bei gleich zeitigem Festhalten der zugeordneten Leitschaufeln in bestimmten Zeitabständen geringfügig verstellt wer den. 3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die Leitschaufeln um ungleichmässige, der Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses pro portionale Beträge weiterbewegt werden, bis sich bei einem Vergleich Null ergibt. 4.
    Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die Laufradschaufeln um ungleichmässige, der Grösse des von Null abweichenden Ergebnisses proportionale Beträge weiterbewegt werden, bis sich bei einem Vergleich Null ergibt. 5. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die Leitschaufeln um jeweils konstante Be träge bewegt werden, bis sich bei einem Vergleich Null ergibt. 6. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem von Null abweichenden Ergebnis die Laufradschaufeln um jeweils konstante Beträge bewegt werden, bis sich bei einem Vergleich Null ergibt. 7.
    Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen den Messungen des Wir kungsgrades der Turbine eine der den Wirkungsgrad bestimmenden, konstant zu haltenden Grössen<I>(Q, H,</I> N) über einen Zusatzregler mit einem vorgegebenen Ausgangswert verglichen wird und bei einer Abwei chung von dem Ausgangswert selbsttätig auf den Aus gangswert wieder einreguliert wird. B. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Einregulierung auf den Aus gangswert durch Verändern der Öffnungsbegrenzung des Steuerreglers der Turbine erfolgt.
    9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Bestimmung des maximalen Wirkungsgrades der Turbine und die entsprechende Einregulierung der Schaufelwinkel auf maximalen Wirkungsgrad in einer sich selbst abgleichenden Mess- brücke (M3) erfolgt. 10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je nach der Wassermenge auf einen vorgegebenen Wert des Wirkungsgrades der Turbine einreguliert wird, der in einer durch eine Kurvenscheibe vorgegebenen Programmsteuerung fest gelegt ist. 11.
    Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss einer der Bestim mungsgrössen<I>(Q, H, N)</I> zeitweise ausgeschaltet wird. PATENTANSPRUCH 11 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch Steuer und Verstellorgane, durch welche die Messwerte der Bestimmungsgrössen auf die veränderlichen Wider stände der Messbrücken übertragen werden, um die Bestimmung des Wirkungsgrades der Turbine herbei zuführen, dass Mittel vorgesehen sind, um die Ände rung eines der beiden Schaufelwinkel herbeizuführen,
    die hierbei eintretende Wirkungsgradänderung zu be stimmen und danach die endgültige Regelung des ge nannten Schaufelwinkels bis zur Erreichung des maxi malen Wirkungsgrades durchzuführen. UNTERANSPRACHE 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, gekenn zeichnet durch Abgleichmotoren (18, 19) zur Herstel lung des Brückengleichgewichtes der Messbrücken (Ml, M.,), welche Abgleichmotoren (18, 19) von Kon taktgalvanometern (17 bzw. 170) der Messbrücken (M1 bzw. Mz) gesteuert werden. 13.
    Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des maximalen Wirkungsgrades der Turbine und die Einregulierung des Laufschaufelwinkels durch einen vom Kontakt galvanometer (270) der Messbrücke (M3) gesteuerten Verstellmotor (28) erfolgt.
CH350622D 1953-04-23 1954-04-22 Verfahren zur selbsttätigen Regelung von doppeltgeregelten Kaplanturbinen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens CH350622A (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1257070B (de) * 1962-05-02 1967-12-21 Escher Wyss Gmbh Verfahren zur Vermeidung von Sunk und Schwall bei Flusskraftwerken
EP0644331A1 (de) * 1993-09-22 1995-03-22 Sulzer - Escher Wyss AG Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades einer Wasserturbine

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