Régulateur automatique de vitesse La présente invention se rapporte à un régula teur automatique de vitesse pour une machine ayant un arbre entraîné en rotation à partir d'une source de puissance à une vitesse angulaire qui doit être maintenue sensiblement égale à une valeur cons tante de réglage,
un détecteur sensible à la valeur de la vitesse angulaire instantanée et donnant un signal si cette vitesse devient différente de la valeur de réglage, ce régulateur détecteur com mandant des moyens agissant sur la source de puis sance dans le sens qui tend à ramener la vitesse vers la valeur de réglage.
Un tel régulateur trouve notamment son application aux turbines hydrauli- ques en vue de maintenir la vitesse de la turbine sen- siblement constante pour l'entraînement en rotation d'un alternateur électrique dans des conditions sta bles déterminées.
C'est en agissant sur le disposi tif de vannage de la turbine, c'est-à-dire sur un dispositif qui permet de modifier le débit d'eau traversant la turbine, que le régulateur remplit son office de maintenir la vitesse. de la turbine constante.
De tels régulateurs présentent généralement le phénomène connu sous le nom de pompage , c'est- à-dire des oscillations à longue période.
La présente invention a pour objet un régula teur automatique de vitesse qui est exempt de cet inconvénient et qui est caractérisé par un dispositif correcteur qui est sensible au sens dans lequel la vitesse angulaire de l'arbre varie et qui coopère avec le régulateur de manière à laisser celui-ci agir normalement tant que lesdits moyens n'ont pas encore eu pour effet d'inverser le sens de variation de la vitesse détectée, et à modifier, en s'y opposant, l'action desdits moyens dès que ledit sens s'inverse.
Une forme d'exécution particulière de l'objet de l'invention est ci-après plus amplement décrite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la fig. 1 est un schéma d'une installation pour la régulation d'une turbine hydraulique équipée de cette forme d'exécution; la fig. 2 est un graphique illustrant les performances de l'installation.
On se référera d'abord à la fig. 1 qui concerne la régulation d'une turbine hydraulique 5 dont on voit en 1 le tachymètre de régulation et en 6 le dis positif de vannage de la turbine ont la commande est reliée au tachymètre 1.
Le tachymètre 1 est entraîné ici par un moteur électrique 2 alimenté par le courant de sortie 3 de l'alternateur 4 calé sur la turbine 5, ce tachymètre pourrait être entraîné de toute autre manière con nue.
Le dispositif de vannage 6 de la turbine est manoeuvré par un cylindre à huile 7, -dont le piston 8 reçoit de l'huile sous pression sur sa face droite ou gauche; suivant la position en: hauteur de la soupape 9, liée au tachymètre 1 par la timonerie 10.
Pour ne demander au tachymètre que des efforts très faibles, on a prévu à titre d'exemple, parmi plusieurs dispositifs utilisables, un servomoteur 11, à piston 15, dont la petite surface reçoit directement l'huile sous pression produite par la pompe 12, tan dis que la grande surface, alimentée par un orifice calibré 13,a un orifice d'évacuation 14 dont le débit est commandé du tachymètre.
On se référera au graphique de la fig.- 2 où l'on a porté en abscisses le temps et en ordonnées les couples et les vitesses. Si, à l'instant t1, le -couple résistant C, diminue brusquement de<I>a</I> en<I>b,</I> la vitesse augmente, l'index du tachymètre monte et découvre l'orifice 14 (fig. 1), ce qui fait tomber la pression sur la face supérieure du piston 15, qui monte et suit le tachymètre avec précision et éner- gie,
soulevant le point A de la timonerie 10 et abais sant par suite la soupape 9.
L'huile sous pression est envoyée, par cette sou pape abaissée, sur la face droite du piston 8. Le piston 8 se déplace donc vers la gauche et ferme progressivement le dispositif de vannage.
Le couple moteur C,n diminue suivant la droite acew (fig. 2) dont la pente ou vitesse de fermeture est limitée par le débit de la pompe 12, pour éviter des coups de bélier.
A l'instant t2, le couple moteur Cm devient égal, au couple résistant C,. (point c de la fig. 2). Il fau drait là arrêter la manoeuvre du vannage, mais la vitesse N est trop grande; (point Y de la fig. 2).
Le tachymètre continue donc à commander la ferme ture du vannage, jusqu'au point W où la vitesse retrouve sa valeur normale N,. La manaeuvre du vannage va donc deux fois trop loin, le couple moteur est trop petit de wwl, le tachymètre va com- mander l'ouverture, ce qui se traduit par des oscil lations à longue période ou pompage.
Pour amortir ces oscillations, un appareil d'ac tion, correctrice détecte le signe de l'accélération et interdit la fermeture quand la vitesse diminue et l'ouverture quand la vitesse augmente.
Ainsi (fig. 2), lorsque la vitesse N diminue à partir de Y, l'appa- reil arrête la fermeture du vannage en, Z (temps t3), un peu après le maximum d'écart de vitesse. Le pompage est donc stoppé pour ainsi dire à sa nais sance, et la vitesse diminue ensuite lentement pour retrouver sa valeur dé régime.
L'appareil peut être de tout type approprié: à inertie, à mesure de la vitesse de déplacement de l'index du tachymètre, ou encore comporter un gal vanomètre 16 mesurant l'inertie du tachymètre et actionnant deux relais 17 et 18. A la fig. 1, on a représenté à titre d'exemple un appareil détectant le sens de déplacement de l'index du tachymètre 1 et plus exactement de son servomoteur 15.
La tige AF du piston 15 entraîne, par friction, un cavalier 19 attaché en E à une timonerie 20 et prolongé vers le bas- par un taquet 21 ayant une course h très faible entre les butoirs 22 et 23.
En variante, l'entraînement par friction du cavalier 19 par la tige AF peut être remplacé par tous autres moyens appropriés, notamment un dis- positif de dash-pot, et de préférence un tel dispo sitif comportant un cylindre lié à l'un des éléments et un piston se mouvant dans ce cylindre et lié à l'autre élément,
deux clapets à ressorts s'ouvrant en sens inverse et destinés à faire communiquer les deux chambres du cylindre étant prévus dans ledit piston.
Ce dispositif de dash-pot présente l'avantage d'un fonctionnement stable et fidèle exempt dés, aléas que peut présenter un entraînement par friction. La timonerie 20 porte en D une came 24 dont la pente p est réglable. Cette came obture le gicleur 25 d'un servomoteur 26. Dans l'exemple représenté, le servomoteur 26 comporte deux membranes toroïdales 27 et 28.
L'huile sous pression arrive entre les deux membranes après avoir traversé un gicleur d'entrée 29, la pression agit sur toute la surface de la grande membrane, puis s'échappe par le gicleur de sortie 25 plus ou moins obturé par la came 24.
Si la vitesse N diminue à partir d'Y (fig. 2), le tachymètre descend, abaisse F et E, donc aussi D. La came 24, qui ferme l'orifice 25, fait monter la pression qui repousse vers la droite la membrane 27 et la tige 30 portant le gicleur 25, jusqu'à ce que le jeu j2 d'équilibre soit rétabli.
Si la pente p est 10 % par exemple, le déplacement horizontal de 25-27-30 sera dix fois le déplacement vertical de D.
Cette tige 30 entraîne le tiroir 31 qui .par son déplacement dans le corps 32 ferme le conduit 33. Si le tachymètre descend légèrement, la ferme ture du vannage est rendue impossible, l'ouverture restant libre. Si, au contraire, le tachymètre monte de quelques centièmes de millimètre, le tiroir 31 est poussé vers la gauche et interdit l'ouverture du vannage, la fermeture restant libre.
L'appareil pourrait être réalisé de beaucoup d'autres manières par encliquetages mécaniques, par dash-,pot à cla pets de verrouillage sur la commande du vannage, par leviers empêchant la soupape 9 de monter ou de descendre par rapport à sa position d'équilibre, etc...
The present invention relates to an automatic speed regulator for a machine having a shaft rotated from a power source at an angular speed which must be kept substantially equal to a constant value of adjustment. ,
a detector sensitive to the value of the instantaneous angular speed and giving a signal if this speed becomes different from the setting value, this detector regulator controlling means acting on the power source in the direction which tends to reduce the speed towards the setting value.
Such a regulator finds its application in particular to hydraulic turbines with a view to maintaining the speed of the turbine substantially constant for driving an electric alternator in rotation under determined stable conditions.
It is by acting on the valve tif device of the turbine, that is to say on a device which makes it possible to modify the flow of water passing through the turbine, that the regulator fulfills its function of maintaining the speed. of the constant turbine.
Such regulators generally exhibit the phenomenon known as pumping, i.e. long period oscillations.
The present invention relates to an automatic speed regulator which is free from this drawback and which is characterized by a correcting device which is sensitive to the direction in which the angular speed of the shaft varies and which cooperates with the regulator so as to leave it to act normally as long as said means have not yet had the effect of reversing the direction of variation of the speed detected, and to modify, by opposing it, the action of said means as soon as said direction s 'reverse.
A particular embodiment of the object of the invention is hereinafter more fully described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a diagram of an installation for regulating a hydraulic turbine equipped with this embodiment; fig. 2 is a graph illustrating the performance of the installation.
Reference will first be made to FIG. 1 which concerns the regulation of a hydraulic turbine 5 of which we see in 1 the regulating tachometer and in 6 the positive valve of the turbine have the control is connected to the tachometer 1.
The tachometer 1 is driven here by an electric motor 2 supplied by the output current 3 of the alternator 4 wedged on the turbine 5, this tachometer could be driven in any other known way.
The turbine valve 6 is operated by an oil cylinder 7, the piston 8 of which receives pressurized oil on its right or left face; according to the position in: height of the valve 9, linked to the tachometer 1 by the linkage 10.
In order to require only very low forces from the tachometer, there is provided by way of example, among several usable devices, a servomotor 11, with piston 15, the small surface of which directly receives the pressurized oil produced by the pump 12, tan say that the large surface, supplied by a calibrated orifice 13, has an evacuation orifice 14 whose flow rate is controlled by the tachometer.
Reference will be made to the graph in fig. 2, where the time has been plotted on the abscissa and the torques and speeds on the ordinate. If, at the instant t1, the resisting torque C, suddenly decreases from <I> a </I> to <I> b, </I> the speed increases, the tachometer index rises and discovers the orifice 14 (fig. 1), which releases the pressure on the upper face of the piston 15, which moves up and follows the tachometer with precision and energy,
lifting point A of the wheelhouse 10 and consequently lowering valve 9.
The pressurized oil is sent, via this lowered valve, to the right face of the piston 8. The piston 8 therefore moves to the left and gradually closes the valve device.
The motor torque C, n decreases along the line acew (fig. 2), the slope or closing speed of which is limited by the flow rate of the pump 12, to avoid water hammer.
At the instant t2, the motor torque Cm becomes equal to the resistive torque C i. (point c in fig. 2). The winnowing maneuver should be stopped there, but the speed N is too high; (point Y in fig. 2).
The tachometer therefore continues to control the closure of the valve, up to point W where the speed returns to its normal value N i. The valve maneuver therefore goes twice too far, the engine torque is too small by wwl, the tachometer will command opening, which results in long-period oscillations or pumping.
To damp these oscillations, a corrective action device detects the sign of acceleration and prohibits closing when speed decreases and opening when speed increases.
Thus (fig. 2), when the speed N decreases from Y, the device stops the valve closing at, Z (time t3), a little after the maximum speed difference. The pumping is therefore stopped, so to speak, when it is started, and the speed then slowly decreases to regain its rev value.
The device can be of any suitable type: inertia, measuring the speed of movement of the tachometer index, or even include a vanometer gal 16 measuring the inertia of the tachometer and actuating two relays 17 and 18. fig. 1, there is shown by way of example an apparatus detecting the direction of movement of the index of the tachometer 1 and more precisely of its servomotor 15.
The rod AF of the piston 15 drives, by friction, a jumper 19 attached at E to a linkage 20 and extended downwards by a cleat 21 having a very short stroke h between the stops 22 and 23.
As a variant, the friction drive of the rider 19 by the rod AF can be replaced by any other suitable means, in particular a dash-pot device, and preferably such a device comprising a cylinder linked to one of the devices. elements and a piston moving in this cylinder and linked to the other element,
two spring loaded valves opening in the opposite direction and intended to communicate the two chambers of the cylinder being provided in said piston.
This dash-pot device has the advantage of stable and reliable operation free of the dice, hazards that friction drive can present. The linkage 20 carries at D a cam 24 whose slope p is adjustable. This cam closes the nozzle 25 of a booster 26. In the example shown, the booster 26 comprises two toroidal membranes 27 and 28.
The pressurized oil arrives between the two membranes after passing through an inlet nozzle 29, the pressure acts on the entire surface of the large diaphragm, then escapes through the outlet nozzle 25 more or less blocked by the cam 24 .
If the speed N decreases from Y (fig. 2), the tachometer goes down, lowers F and E, so also D. The cam 24, which closes the orifice 25, increases the pressure which pushes the pressure to the right. membrane 27 and the rod 30 carrying the nozzle 25, until the balance j2 play is restored.
If the slope p is 10% for example, the horizontal displacement of 25-27-30 will be ten times the vertical displacement of D.
This rod 30 drives the spool 31 which. By its movement in the body 32 closes the duct 33. If the tachometer goes down slightly, the closing of the valve is made impossible, the opening remaining free. If, on the contrary, the tachometer rises by a few hundredths of a millimeter, the slide 31 is pushed to the left and prevents the opening of the valve, the closure remaining free.
The apparatus could be realized in many other ways by mechanical snap-fastenings, by dash-, locking valve on the valve control, by levers preventing the valve 9 from rising or falling from its position of. balance, etc ...