DE1208631B

DE1208631B - Hydraulic regulator for power machines

Info

Publication number: DE1208631B
Application number: DEF30275A
Authority: DE
Inventors: Ryozo Nishioka
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1959-01-14
Filing date: 1960-01-12
Publication date: 1966-01-05

Description

Hydraulischer Regler für Kraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Regler für Kraftmaschinen mit einer Kreiselpumpe zur Erzeugung eines sich mit der Drehzahl ändernden Druckes als Regelimpuls, bei welchem der Impulsdruck mittels einer in einen rotierenden Flüssigkeitsring ragenden, radial beweglichen Leitung aus dem Regler abgeleitet wird.Hydraulic governor for power machines The invention relates to a hydraulic governor for prime movers with a centrifugal pump for generating a pressure that changes with the speed as a control pulse, at which the pulse pressure by means of a radially movable one protruding into a rotating liquid ring Line is derived from the controller.

Der Grundgedanke derartiger Regler besteht darin, daß sich beim Umlaufen des Kreiselrades der mit der zu regelnden Maschine gekuppelten Kreiselpumpe der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Pumpenraumes im Verhältnis zum Quadrat der Drehzahl ändert und die sich bei einer Drehzahländerung einstellendenÄnderungen der Druckhöhe zur Abgabe von Regelimpulsen verwendet werden. Dieser Regler hat gegenüber dem bisherigen mechanischen Regler den Vorteil, daß er Laständerungen schneller folgt und empfindlicher ist. Im übrigen hat er noch den Vorteil, daß er unmittelbar mit der umlaufenden Maschinenwelle gekuppelt werden kann, so daß der abgenommene Flüssigkeitsdruck ohne weiteres verwendet werden kann. Die Erfindung geht nun von der Tatsache aus, daß bei Regeleinrichtungen für Kraftmaschinen von Kraftwerken die Drehzahlschwankungen nur sehr klein sind und nur wenige Prozent betragen. Unter diesen Umständen ergibt sich, daß die in dem Regler auftretenden Flüssigkeitsdruckänderungen nur verhältnismäßig gering sind, was zur Folge hat, daß zum Regeln der Maschinenleistung mittels Servomotoren häufig noch zusätzliche Verstärkungselemente benutzt werden müssen.The basic idea of such a controller is that when rotating of the impeller of the centrifugal pump coupled to the machine to be controlled Fluid pressure within the pump chamber in relation to the square of the speed changes and the changes in the pressure altitude that occur when the speed changes can be used to deliver control pulses. This regulator has compared to the previous mechanical controller has the advantage that it follows load changes more quickly and more sensitively is. In addition, it has the advantage that it is directly connected to the circulating Machine shaft can be coupled so that the fluid pressure is removed without further can be used. The invention is based on the fact that the fluctuations in speed in the case of control devices for prime movers in power plants are only very small and only amount to a few percent. In these circumstances it results that the fluid pressure changes occurring in the regulator are only proportionate are low, which has the consequence that to regulate the machine power by means of servomotors often additional reinforcement elements have to be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes hydraulisches Regelsystem zu schaffen, das die Möglichkeit bietet, bereits bei verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeitsänderungen große Flüssigkeitsdruckänderungen zu erzielen.The invention is based on the object of an improved hydraulic To create a control system that offers the possibility of already being relatively small changes in speed to achieve large changes in fluid pressure.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das den Impulsdruck abführende Leitungsende selbsttätig durch eine druckabhängige Vorrichtung in Abhängigkeit von sich bei einer Drehzahländerung einstellenden .Änderungen des Impulsdruckes in radialer Richtung verschoben wird. Wie ohne weiteres ersichtlich, bietet die auf dem angegebenen Wege erzielte druckabhängige Verlegung der Entnahmestelle, von welcher der Regelimpuls abgeleitet wird, die Möglichkeit, abhängig von den Geschwindigkeitsänderungen, wesentlich größere Druckveränderungen zu erzielen, als dies bei den bisher bekannten hydraulischen Regeleinrichtungen der Fall ist.According to the invention this is achieved in that the pulse pressure outgoing line end automatically by a pressure-dependent device depending on of changes in the pulse pressure that occur when the speed changes is shifted in the radial direction. As can be seen without further ado, the Pressure-dependent relocation of the tapping point achieved in the specified way, from which control pulse is derived, the possibility, depending on the speed changes, to achieve significantly greater pressure changes than with the previously known hydraulic control equipment is the case.

Flüssigkeitsregler mit einem umlaufenden Flüssigkeitsring und einem in diesen eintauchenden, den Regeldruck ableitenden Tauchrohr sind an sich bereits bekannt. Ebenso ist es bekannt, bei derartigen Reglern das Tauchrohr radial verstellbar anzuordnen, um eine Einstellung des Reglers zu ermöglichen. Eine betriebsmäßige, selbsttätige Verstellung des Tauchrohres durch eine besondere druckabhängige Einrichtung, die es ermöglicht, die geschwindigkeitsabhängigen Regelimpulse zu verstärken, ist jedoch bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen.Liquid regulator with a rotating liquid ring and a in this immersed, the control pressure dissipating immersion tube are already known. It is also known to radially adjust the immersion tube in such regulators to be arranged to enable adjustment of the controller. An operational, automatic adjustment of the immersion tube through a special pressure-dependent device, which makes it possible to amplify the speed-dependent control pulses but not provided in this known device.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung dient zur Verschiebung des Leitungsendes ein der Flüssigkeitsleitung zugeordneter Balg. Ein solcher Balg kann mit einer Federkraft im Gleichgewicht stehen. Ferner kann ein statischer und/oder dynamischer Druck Verwendung finden.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention is used to move the end of the line associated with the liquid line Bellows. Such a bellows can be in equilibrium with a spring force. Further static and / or dynamic pressure can be used.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert werden. Diese Ausführungsbeispiele sind in den. F i g. 1, 2 bzw. 4, 5 wiedergegeben. Die F i g. 3 und 6 geben die entsprechenden Reglerkennlinien wieder.In the following, the invention will be described in more detail on the basis of two exemplary embodiments explained. These embodiments are shown in. F i g. 1, 2 or 4, 5 reproduced. The F i g. 3 and 6 show the corresponding controller characteristics.

In den F i g. 1 und 2 ist mit 1 das Gehäuse der als Regelorgan verwendeten Kreiselpumpe bezeichnet. 3 ist das Kreiselrad. Die Radwelle 7 ist mit der Welle der zu regelnden Maschine (nicht dargestellt) gekuppelt. Steigt die Drehzahl an, so wird der Druck P,, innerhalb des Pumpenraumes vergrößert, so daß er auf den Balg 4 wirkt und die innerhalb dessen angeordnete Feder 5 zusammendrückt. Infolgedessen wird die, mit dem Balg 4. verbundene Leitung 6 zur Erfassung des Flüssigkeitsdruckes, die in den Pumpenrauen bzw. eine Aussparung innerhalb der Schaufeln des Kreiselrades einmündet, und damit das offene, dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Leitungsende in radialer Richtung nach außen verschoben. Infolgedessen kann der Eingangsflüssigkeitsdruck in der Leitung 6 vergrößert werden. 8 bedeutet noch eine Zuleitung für die Reglerflüssigkeit, z. B. Öl. Man erkennt, daß -bei einer Verringerung der Drehzahl grundsätzlich die umgekehrte Wirkungsweise eintritt wie bei Zunahme der Drehzahl.In the F i g. 1 and 2 is with 1 the housing of the used as a control element Centrifugal pump called. 3 is the rotor. The wheel shaft 7 is with the shaft the machine to be controlled (not shown) coupled. If the speed increases, so the pressure P ,, is increased within the pump chamber, so that it is on the bellows 4 acts and compresses the spring 5 arranged within it. Consequently the line 6 connected to the bellows 4. is used to record the fluid pressure, those in the pumps women or a recess within the blades of the impeller opens, and thus the open, exposed to the fluid pressure Line end shifted outward in the radial direction. As a result, the Inlet liquid pressure in line 6 can be increased. 8 means another one Feed line for the regulator fluid, e.g. B. Oil. It can be seen that with a reduction of the speed, the opposite effect occurs as with an increase the speed.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der beschriebenen Reglereinrichtung an Hand einer kurzen rechnerischen Untersuchung näher dargelegt.The following is the mode of operation of the regulator device described explained in more detail on the basis of a short computational examination.

Bezeichnet man bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g: 1 und 2 mit r, den bestimmten Radius innerhalb des Pumpenraumes und mit r2 den Innenhalbmesser des Kreiselrades, so gilt für den Flüssigkeitsdruck Pl (statischer Druck) am Radius r, die Beziehung wobei y das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist, g die Erdbeschleunigung und co die Winkelgeschwindigkeit gleich bedeutet.If, in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, r, the specific radius within the pump chamber, and r2 the inner radius of the impeller, then the relationship applies to the fluid pressure Pl (static pressure) at the radius r where y is the specific gravity of the liquid, g is the acceleration due to gravity and co is the angular velocity.

Steht das Leitungsende am Radius r; so ist der Flüssigkeitsdruck P (statischer Druck) an diesem Punktgegeben durch Für den Fall, daß Aa) (Änderung der Winkelgeschwindigkeit) im Vergleich zu co genügend klein ist, ergibt sich aus Gleichung (1) Ist auch Ar (Änderung des Radius r) im Vergleich zu r genügend klein,. so ergibt sich aus Gleichung (2) Angenommen, daß Ar (Änderung von r) im Verhältnis zu APl (Änderung von P,) steht, ergibt sich Ar = KA P, , (5) wobei mit K eine Proportionalitätskonstante bezeichnet ist. Aus Gleichung (3), (4). und (5) ist dann die Änderung des Flüssigkeitsdruckes gegeben durch Wird nun zur Vereinfachung r = r, gesetzt, ergibt sich aus Gleichung (6) Hierbei ist a der Vergrößerungskoeffizient oder mit Rücksicht auf Gleichung (5) Setzt man darin Gleichung (3) ein, so ergibt sich Wie die angeführten Gleichungen erkennen lassen, wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung bei jeder Änderung des Flüssigkeitsdruckes infolge Änderung der Drehzahl eine zusätzliche Druckänderung infolge Änderung des Radius der Druckentnahmestelle herbeigeführt. Aus der Gleichung (7) ergibt sich auch, daß der Vergrößerungskoeffizient um so größer wird, je größer die Verschiebung des Druckentnahmerohres in Richtung des Radius durch die Änderung des Flüssigkeitsdruckes ist, also je größer der Faktor K wird. F i g. 3 veranschaulicht in einem Diagramm noch ausführlicher die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.Is the end of the line at radius r; so the fluid pressure P (static pressure) at that point is given by In the event that Aa) (change in angular velocity) is sufficiently small compared to co, equation (1) gives If Ar (change in radius r) is also sufficiently small compared to r. so from equation (2) Assuming that Ar (change from r) is proportional to APL (change of P) results in Ar = KA P, (5) where a proportional constant is denoted by K. From equation (3), (4). and (5) the change in fluid pressure is then given by If r = r, is now set for the sake of simplicity, equation (6) yields Here, a is the enlargement coefficient or with regard to equation (5) If equation (3) is inserted into it, the result is As can be seen from the equations given, in the case of the control device designed according to the invention, an additional pressure change is brought about as a result of a change in the radius of the pressure tapping point with every change in the fluid pressure as a result of a change in the speed. Equation (7) also shows that the enlargement coefficient becomes greater, the greater the displacement of the pressure tapping tube in the direction of the radius due to the change in the fluid pressure, i.e. the greater the factor K becomes. F i g. 3 illustrates the mode of operation of the device according to the invention in even greater detail in a diagram.

Die neue Regeleinrichtung kann auch in der Weise abgeändert werden; daß der Flüssigkeitsdruck bei ansteigender Drehzahl sinkt, also kleiner als Null wird. In diesem Falle ist es erforderlich, die Anordnung so zu treffen, daß sich die Leitung 6 beim Ansteigen der Drehzahl nach innen verschiebt.The new control device can also be modified in this way; that the liquid pressure decreases with increasing speed, so less than zero will. In this case, it is necessary to make the arrangement so that the line 6 moves inward when the speed increases.

Im Fall, daß K eine negative Größe ist, sinkt der Flüssigkeitsdruck mit der Vergrößerung der Drehzahl herab, was gegebenenfalls sehr vorteilhafte Senutzungsmöglichkeiten bietet, beispielsweise bei größerem Belastungsabfall der Kraftmaschine. Auch kann die neue Einrichtung benutzt werden, bei einer Sperrung oder Unterbrechung der Flüssigkeitslieferung in das Kreiselrad der Pumpe wegen irgendeiner Störung die Maschine abzuschalten bzw. den Stillstand herbeizuführen; wobei der Regler infolge sinkenden Flüssigkeitsdruckes innerhalb des Pumpenraumes anspricht und die erforderlichen Schaltvorgänge herbeiführt.In the event that K is a negative quantity, the liquid pressure decreases with the increase in speed, which may be very advantageous usage options offers, for example, in the event of a greater drop in load on the engine. Also can the new facility can be used in the event of a blockage or interruption in the supply of liquids switch off the machine in the pump impeller due to any malfunction or bring about a standstill; the regulator as a result of falling fluid pressure responds within the pump room and brings about the necessary switching operations.

Die F i g. 4 und 5 geben ein weiteres Ausführungsbeispiel wieder. In diesen Figuren bedeutet 12 das Gehäuse der Pumpe und 13 das Kreiselrad. 16 ist eine Leitung, an deren Öffnung der Gesamtdruck der rotierenden Flüssigkeit auftritt. Dieser Druck steht im Gleichgewicht mit der Kraft einer Feder 10, die an dem verschwenkbar angeordneten Leitungsrohr 16 angreift. Außerdem greift an dem Leitungsrohr 16 noch ein Balg 14 an, auf welchen der dem Kreiselrad entnommene Flüssigkeitsdruck P einwirkt. Ändert sich die Drehzahl des Kreiselrades 13, so ändert sich auch der Gesamtdruck der Flüssigkeit. Dieser veränderte, auf den Balg 14 einwirkende Druck bewirkt, daß die Leitung 16 gegen die Kraft,der Feder 10 verschoben wird. Infolgedessen wird die Leitung 16 um den Drehpunkt 19 verschwenkt, d. h., das Leitungsende wird nach außen verschoben und damit der Flüssigkeitsdruck vergrößert. Bei diesem Beispiel wurde der Gesamtdruck verwendet. Das gleiche gilt aber auch für den Fall, daB nur der statische Druck verwendet wird.The F i g. 4 and 5 show a further embodiment. In these figures, 12 denotes the housing of the pump and 13 denotes the impeller. 16 is a pipe at the opening of which the total pressure of the rotating liquid appears. This pressure is in equilibrium with the force of a spring 10 which acts on the pivotably arranged conduit pipe 16. In addition, a bellows 14 , on which the fluid pressure P taken from the impeller acts, acts on the pipe 16. If the speed of rotation of the impeller 13 changes, the total pressure of the liquid also changes. This changed pressure acting on the bellows 14 causes the line 16 to be displaced against the force of the spring 10. As a result, the line 16 is pivoted about the pivot point 19, that is, the end of the line is displaced outwards and thus the fluid pressure is increased. Total pressure was used in this example. But the same also applies in the event that only the static pressure is used.

F i g. 6 veranschaulicht die Wirkungsweise der Anordnung gemäß F i g. 4 und 5 in einem Diagramm. Erwähnt sei, daB auch im Falle des Ausführungsbeispiels der F i g.1 und 2, bei dessen Erläuterung nur von den statischen Drücken die Rede war, der dynamische Druck für Zwecke der Regelung ausgenutzt werden kann.F i g. 6 illustrates the mode of operation of the arrangement according to FIG G. 4 and 5 in one diagram. It should be mentioned that also in the case of the exemplary embodiment Figs. 1 and 2, in the explanation of which only the static pressures are mentioned was, the dynamic pressure can be used for control purposes.

Claims

Claims: 1. Hydraulic regulator for prime movers with a Centrifugal pump to generate a pressure that changes with the speed as a control pulse, at which the pulse pressure by means of a rotating liquid ring protruding, radially movable line is derived from the regulator, characterized in that, that the end of the line dissipating the pulse pressure is automatically controlled by a pressure-dependent Device as a function of changes that occur when the speed changes of the pulse pressure is shifted in the radial direction.

2. Hydraulic regulator according to claim 1, characterized in that for the displacement of the line end a bellows assigned to or supporting the liquid line is used.

3. Hydraulic Regulator according to Claims 1 and 2, characterized in that for shifting the end of the line a bellows connected to the liquid line, which is in> equilibrium with a spring force is, serves.

4. Hydraulic regulator according to claim 1 to 3, characterized in that that a static and / or dynamic pressure is used. Considered Publications: 2o Swiss patent specification no.110177.