Einrichtung zur Erzeugung eines in seiner Grösse von der Drehzahl einer Welle abhängigen Flüssigkeitsdruckes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines in seiner Grösse von der Drehzahl einer Welle abhängigen Flüssigkeitsdruckes, bei welcher eine von dieser Welle angetriebene Pumpe der Verdrängerbauart die Flüssigkeit in eine mit einer Drosselstelle versehene Leitung fördert.
Solche Einrichtungen werden vorzugsweise zur Messung der Drehzahl für die Regelung von Kraftmaschinen verwendet. Es wird hierbei ein sich mit der Drehzahl der Welle verändernder Flüssigkeitsdruck erzeugt, und dieser Flüssigkeitsdruck lässt sich dann leicht auf eine von der Welle entfernt stehende Regeleinrichtung übertragen, welche auf die Arbeitsmittelzufuhr zur Kraftmaschine einwirkt. Als Pumpe kann hierbei beispielsweise eine Zahnradpumpe oder ähnliche, mit einem Kolbensystem arbeitende Pumpe verwendet werden. Man lässt die geförderte Flüssigkeit beispielsweise durch eine in der Druckleitung angeordnete Blende fliessen. Es entsteht dann vor der Blende ein Druck, der dem Quadrat der dem Quadrat der Drehzahl proportional ist. Bei Drehzahl änderungen ergeben sich also beträchtliche Druck änderungen, die für die Zwecke der Drehzahlregelung benützt werden können.
Da es sich im allgemeinen um nicht kompressible Flüssigkeiten, vorzugsweise Ö1, handelt, kann der Drehzahlmesswert auf beträchtliche Entfernungen trägheitslos übertragen werden.
Die bekannten Einrichtungen dieser Art besitzen indessen den Nachteil, dass der Messdruck nicht nur von der Drehzahl, sondern auch von der Zähigkeit der Flüssigkeit abhängt. Dies rührt einerseits davon her, dass die Fördermenge der Messpumpe sich in Abhängigkeit von der Zähigkeit der Förderflüssigkeit ändert, indem die Leckverluste bei abnehmen ter Zähigkeit zunehmen. Anderseits ist aber auch der Druckabfall in der Blende von der Grösse der Zähigkeit der Flüssigkeit abhängig.
Es gibt allerdings Flüssigkeiten, bei denen sich auch bei Veränderung der Betriebstemperatur die Zähigkeit nur wenig ändert. Die Anforderungen an die Regeleinrichtungen sind aber heute so hoch, dass man darnach trachten muss, auch kleine Fehlerquellen auszuschalten.
Bei einer Einrichtung zur Erzeugung eines in seiner Grösse von der Drehzahl einer Welle abhängigen Flüssigkeitsdruckes, bei welcher eine von dieser Welle angetriebene Pumpe der Verdrängerb au art die Flüssigkeit in eine mit einer Drosselstelle versehene Leitung fördert, wird dieses Ziel gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass Mittel vorgesehen sind, welche durch änderung der Zähigkeit der Flüssigkeit bedingten Änderungen in der Zuordnung zwischen Drehzahl und Druckabfall an der Drosselstelle selbsttätig entgegenwirken.
Eine zweckmässige Ausführungsform der Einrichtung besteht darin, dass der Drosselstelle, in der der von der Drehzahl der Welle abhängige Druckunterschied erzeugt wird, ein Drosselorgan vorgeschaltet ist, dessen Drosselwirkung sich mit steigender Zähigkeit der Flüssigkeit erhöht. Dieses Drosselorgan wird zweckmässig als Rohrstrecke mit laminarer Strömung der durchtretenden Flüssigkeit ausgebildet. Es kann auch mit Mitteln versehen sein, die den Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit selbsttätig verändern.
Anderseits können aber auch Mittel vorgesehen sein, welche den Querschnitt der Drosselstelle, an der der in Abhängigkeit von der Drehzahl sich ändernde Druck erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Flüssigkeitstemperatur in dem Sinne selbsttätig ver ändern, dass dem Einfluss einer Veränderung der Zähigkeit der Flüssigkeit auf den an der Drosselstelle erzeugten Druckabfall entgegengewirkt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung vereinfacht dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema für die Anordnung der einzelnen Teile der Einrichtung und
Fig. 2 eine konstruktive Einzelheit.
Gemäss Fig. 1 wird von einer Turbinenwelle 1 aus eine Pumpe 2 der Verdrängerbauart angetrieben.
Mit der Förderseite der Pumpe ist eine Druckleitung 3 verbunden, die zu einer Kammer 4 führt, an deren Austritt eine Blende 5 angeordnet ist.
Diese Blende 5 dient als Drosselstelle für die geförderte Flüssigkeit. Der aus der Blende 5 austretende Flüssigkeitsstrom wird von einer als Diffusor ausgebildeten Leitung 6 aufgenommen, welche die Flüssigkeit zur Saugseite 7 der Pumpe 2 zurückführt. Mit 8 ist ein unter Atmosphärendruck stehender Reserveflüssigkeitsbehälter bezeichnet, der mit -der -Austrittseite der Blende 5 in Verbindung steht.
Da die Fördermenge der Pumpe sich etwa proportional zur Drehzahl der Welle 1 ändert, wird infolge der Drosselung der Flüssigkeit durch die Blende 5 in der Kammer 4 ein sich in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 1 ändernder Flüssigkeitsdruck erzeugt. Dieser wird über eine Leitung 9 einerseits auf ein Manometer 10, anderseits auf eine Membran 11 übertragen, welche je nach der Anderung des Flüssigkeitsdruckes über eine Stange 12 und einem Balken 13 auf die nicht gezeigte Regeleinrichtung der Turbine einwirkt.
Da bei der Pumpe 2 indessen stets gewisse Leckverluste auftreten, die bei einem vorgegebenen Förderdruck im wesentlichen umgekehrt proportional zur Zähigkeit der Flüssigkeit sind, ändert sich auch bei konstanter Drehzahl und konstantem Förderdruel: die in die Leitung 3 in der Zeiteinheit übertretende Flüssigkeitsmenge. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, ist nun in der Leitung 3 der Kammer 4 bzw. der Blende 5 ein Drosselorgan 14 vorgeschaltet, welches als Rohrstrecke mit laminarer Strömung der durchtretenden Flüssigkeit ausgebildet ist.
Dadurch ergibt sich die folgende Wirkung:
Der im Drosselorgan 14 erzeugte Druckabfall ist proportional zur Zähigkeit der durchtretenden Flüssigkeit. Erhöht sich also beispielsweise die Zähigkeit der Flüssigkeit infolge sinkender Betriebstemperatur, so ergibt sich ein erhöhter Stau der Flüssigkeit vor der Drosselstelle 14. Der Förderdruck der Pumpe 2 wird somit gesteigert, und diese Steigerung des Förderdruckes wirkt sich in einer Erhöhung der Leckverluste in der Pumpe aus, d. h. sie wirkt der Verminderung der Leckverluste infolge der Erhöhung der Zähigkeit entgegen. Bei Verminderung der Zähigkeit infolge steigender Betriebstemperatur verIaufen die Vorgänge sinngemäss in der umgekehrten Richtung.
Das Drosselorgan 14 dient somit dem Bestreben, die Fördermenge der Pumpe bei einer bestimmten Drehzahl unabhängig von der Zähigkeit der geförderten Flüssigkeit auf einem festen Wert zu halten. Die Nachschaltung des Diffusors 6 zur Blende 5 erlaubt, dem Drosselorgan 14 ein verhältnismässig hohes Druckgefälle zuzuweisen und damit seine günstige Wirkung zu verstärken.
Statt des beschriebenen Drosselorgans 14, oder zusätzlich zu diesem, könnte auch in der Leitung 3 ein Drosselorgan eingebaut werden, welches mit Mitteln versehen ist, die den Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit selbsttätig verändern, d. h. der Durchflussquerschnitt müsste bei steigender Zähigkeit bzw. bei abnehmender Temperatur der Flüssgikeit vermindert, bei abnehmender Zähigkeit und steigender Temperatur der Flüssigkeit dagegen vergrössert werden. Auch durch diese Massnahme würde bei zunehmender Zähigkeit der Flüssigkeit der Gegendruck an der Pumpe vergrössert und so der durch Veränderung der Zähigkeit der Flüssigkeit bedingten Veränderung der Fördermenge entgegengewirkt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind überdies Mittel vorgesehen, welche den Querschnitt der Drosselstelle, an der der in Abhängigkeit von der Drehzahl sich ändernde Druck erzeugt wird, d. h. der Blende 5, in Abhängigkeit von der Flüssigkeitstemperatur in dem Sinne selbsttätig verändern, dass dem Einfluss einer Veränderung der Zähigkeit auf den an der Drosselstelle erzeugten Druckabfall entgegengewirkt wird. Diese Mittel bestehen in einem in der Kammer 4 angeordneten Stift 15, der aus einem Werkstoff mit höherem Wärmedehnungsbeiwert besteht als die Wandung der Kammer 4. Unter dem Einfluss einer Temperaturerhöhung der durchströmenden Flüssigkeit verlängert sich dieser Stift 15, wobei sein konisches, in die Blende 5 eingreifendes Ende deren Durchflussquerschnitt vermindert.
Damit wird einer Verminderung des Druckabfalles in der Blende infolge abnehmender Zähigkeit der Flüssigkeit entgegengewirkt. Ein entsprechendes Gerät, nur mit umgekehrter Wirkung, d. h. z. B. mit konischer Erweiterung des Stiftendes, kann auch an Stelle des Drosselorgans 14, oder zusätzlich zu diesem, in der Leitung 3 angeordnet werden. Es können aber auch die Mittel zur Veränderung des Querschnittes der Drosselstelle 5 mit so starker Wirkung ausgeführt werden, dass sie sowohl die Wirkung der Veränderung der Fördermenge der Pumpe 2, als auch jene der Veränderung der Drosselwirkung der Drosselstelle 5 infolge variabler Zähigkeit kompensieren, so dass sich die Anordnung des zusätzli chen Drosselorganes 14 erübrigen würde.
Im weiteren ist es auch möglich, die Pumpe 2 als an sich bekannte Steuerpumpe mit einem aus der neutralen Lage verschiebbaren Organ auszubilden, dessen Verschiebungsbetrag die Fördermenge der Pumpe bestimmt. In der Fig. 1 ist eine solche Veränderbarkeit der Fördermenge der Pumpe durch ein vermittels einer Schraube 16 zu betätigendes, um eine Achse 17 schwenkbares Verstellglied 18 angedeutet. Ein Schwenken dieses Verstellgliedes 18 erlaubt in bekannter Weise, die kreisförmige Bahn von nicht dargestellten, mit dem Pumpenrotor umlaufenden Kugel- oder Rollenkolben in exzentrische Lage zur Drehachse des Pumpenrotors zu bringen. Dies gestattet nicht nur eine Einstellung bzw.
Nachstellung des auf die Membran 11 übertragenen Messdruckes, sondern es ist auch möglich, das Verstellglied unter den Einfluss eines auf Temperaturänderung der Förderflüssigkeit ansprechenden Gerätes zu bringen, das dieses Verstellglied bei steigender Temperatur im Sinne einer Vergrösserung der Fördermenge verstellt und dabei den Einfluss einer Temperatur- bzw. Zähigkeitsänderung der Flüssigkeit auf den auf die Membran 11 übertragenden Druck kompensiert. So könnte beispielsweise das Verstellglied 18 der Wirkung eines sich unter dem Einfluss einer Temperaturerhöhung der Förderflüssig- keit der Pumpe 2 ausdehnenden festen oder flüssigen Stoffes unterstellt werden.