DE1503246C3

DE1503246C3 - Reguliereinrichtung für eine Pelton-Turbine

Info

Publication number: DE1503246C3
Application number: DE1503246A
Authority: DE
Inventors: Maurice Genf Seigne (Schweiz)
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1964-02-04
Filing date: 1965-01-26
Publication date: 1975-10-16
Also published as: DE1503246B2; CH412747A; DE1503246A1; AT285482B

Description

Die Erfindung betrifft eine Reguliereinrichtung für eine Pelton-Turbine mit einer einen Servomotor und eine Steuereinrichtung für diesen Servomotor aufweisenden Stellvorrichtung für eine Düsennadel, einer ebenfalls einen Servomotor und eine Steuervorrichtung für diesen Servomotor aufweisende Stellvorrichtung für einen Strahlablenker und mit einem einzigen Regler, an den beide Stellvorrichtungen derart angeschlossen sind, daß die Stellvorrichtung für den Strahlablenker erst dann wirksam wird, wenn das vom Regler gelieferte, die Stellvorrichtung für die Düsennadel steuernde Regelsignal einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

Bekannt ist eine Reguliereinrichtung der vorstehenden Art, bei der zwischen dem Antrieb der Düsennadel und dem Antrieb des Strahlablenker eine Verbindungs- bzw. Koppelungsvorrichtung verwendet wird, die nicht nur zahlreiche Hebel- und Führungselemente aufweist, welche ihren Aufbau kompliziert machen, sondern die auch funktionsmäßige Nachteile mit sich bringt. Wie der Benutzer von Regeleinrichtungen der in Rede stehenden Art nämlich aus Erfahrung weiß, können Fehler in der Koppelungsvorrichtung unerwünschte Beeinflussungen zwischen der Stellvorrichtung für den Strahlablenker und der Stellvorrichtung für die Düsennadel bewirken. Hinzu kommt, daß sich eine Koppelungsvorrichtung häufig ungünstig auf die Stabilität der Gesamteinrichtung auswirkt.

Bekannt ist außerdem eine Reguliereinrichtung, bei der zwischen dem Antrieb der Düsennadel und dem Antrieb des Strahlablenker keine mechanische Koppelung vorgesehen ist. Jeder der beiden Antriebe steht vielmehr mit einem vom anderen unabhängigen Regler in Verbindung. Auch in diesem Falle ist allerdings eine Koppelung der Bewegung der Düsennadel und

ίο der Bewegung des Strahlablenker erforderlich, da der auf die Turbine gerichtete Strahl von beiden Organen dauernd beeinflußt wird und der Strahlablenker dem bei Veränderung der Einstellung der Düsennadel dünner oder stärker werdenden Strahl nachrücken muß. Die gegenseitige Zuordnung der Bewegungen soll bei der bekannten Einrichtung durch eine bestimmte Anpassung der Ungleichförmigkeitsgrade der beiden Drehzahlregler gewährleistet werden. Die Erfahrung hat gelehrt, daß sich die zweite bekannte Konstruktion in der Praxis nicht mit befriedigendem Ergebnis realisieren läßt. Sie wird daher heute nicht mehr benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reguliereinrichtung der zuerst beschriebenen Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und eine einwandfreie Funktion auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl der Servomotor und die Stellvorrichtung für den Strahlablenker als auch der Servomotor und die Stellvorrichtung für die Düsennadel ausschließlich an den Regler angeschlossen sind.

Durch den Verzicht auf Koppelungsvorrichtungen zwischen dem Strahlablenker und der Düsennadel wird einerseits der Konstruktionsaufwand klein gehalten und andererseits eine einwandfreie Regelung erzielt. Bei normalem Betrieb wird einzig und allein die Düsennadel betätigt, während sich der Strahlablenker in der Ruhestellung befindet. Erst wenn das von dem als kombinierten Drehzahl- und Beschleunigungsmesser ausgebildeten Regler gelieferte Steuersignal einen bestimmten Wert überschritten hat, spricht die Stellvorrichtung für den Strahlablenker an, und zwar unabhängig von der Funktion der Stellvorrichtung für die Düsennadel.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel, F i g. 2 ein Funktionsdiagramm der Reguliereinrichtung gemäß Fig. 1 im Falle plötzlicher Entlastung der Turbine und

F i g. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
In F i g. 1 ist 1 das Laufrad einer Pelton-Turbine. Tangential zu diesem Laufrad ist eine Düse 2 angeordnet, die über eine Zuleitung 3 mit Wasser beaufschlagbar ist. Die Auslaßöffnung 4 der Düse wird durch eine Düsennadel 5 gesteuert, die durch eine Stange 6 mit dem Kolben 7 eines Servomotors 8 verbunden ist.

In der Nähe der Auslaßöffnung 4 der Düse 2 ist ein Strahlablenker 9 auf einer Achse 10 schwenkbar gelagert. Das äußere Endeil eines Armes 12, der den Strahlablenker 9 trägt, ist durch eine Stange 13 mit dem Kolben 14 eines Servomotors 15 verbunden.

Die Servomotoren 8 und 15 können beliebig aufgebaut sein. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, daß sie mit einer Feder 16 bzw. 17 ausgerüstet sind, die dazu bestimmt ist, den Kolben 7 bzw. den Kolben 14 in der Zeichnung nach

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links zu bewegen, sobald der Öldruck in der Kammer zur Einwirkung kommen zu lassen. Auf diese Weise

18 bzw. 19 der Servomotore absinkt oder entfällt. läßt sich eine erhöhte Reguliergeschwindigkeit reali-

Der Servomotor 8 wird durch eine Stellvorrichtung sieren.

20 mit einem Schieber 21 gesteuert. Zwei Gruppen Das in Fig. 2 dargestellte Funktionsdiagramm

von Steuerkanten 22 und 23 am Schieber bzw. am 5 zeigt die Funktionsweise einer Reguliereinrichtung

Gehäuse der Stellvorrichtung 20 sind im gleichen Ab- gemäß F i g. 1 im Falle einer plötzlichen Entlastung

stand voneinander derart angeordnet, daß die Stell- der Turbine. In dem Diagramm stellt die Kurve/4 die

vorrichtung 20 nach Beendigung der unter Druck Rotationsgeschwindigkeit V_R als Funktion der Zeit t,

von einer nicht dargestellten Quelle zum Servo- die Kurve B die Stellung des Schiebers 28 für die

motor 8 erfolgenden ölzufuhr eine Regelung bewir- io Steuerung des Strahlablenker 9 in Abhängigkeit von

ken kann. Die Versorgung der Stellvorrichtung 20 der Zeiti, die Kurve C die Stellung des Strahlablen-

mit öl konstanten Druckes erfolgt von einer Haupt- kers 9 in Abhängigkeit von der Zeit t, die Kurve D

leitung 24 durch eine Zweigleitung 25. Das Ausströ- die Stellung des Schiebers 21 für die Steuerung der

men aus der Stellvorrichtung 20 geschieht durch eine Düsennadel 5 in Abhängigkeit von der Zeit t und die

Abströmleitung 26. 15 Kurve E die Stellung der Düsennadel 5 in Abhängig-

Der Servomotor 15 wird durch eine Stellvorrich- keit von der Zeit t dar.

tung 27, deren Aufbau dem Aufbau der Stellvorrich- Bei der Zeit »0« ist die aus einer Turbine und

tung 20 entspricht, gesteuert, d. h. durch einen Schie- einem Generator gebildete Gruppe einer konstanten

ber 28 mit Steuerkanten 29, die mit Steuerkanten 30 Belastung unterworfen und arbeitet mit konstanter

im Gehäuse der Stellvorrichtung 27 zusammenarbei- 20 Frequenz.

ten. Der Abstand, den die. beiden Steuerkanten 29 Zum Zeitpunkt »1« ist die Gruppe plötzlich ent-

voneinander einnehmen, ist größer als der Abstand lastet. Dies kann beispielsweise durch Abschalten

zwischen den Steuerkanten 30. Die Folge ist, daß die des Generators geschehen. Die Geschwindigkeit V_R

Steuerkanten 29 und 30 während des normalen Laufes der Gruppe wächst entsprechend der Beschleunigung

des Laufrades 1 bei vorschriftsmäßiger Geschwindig- 25 dV_R/dt. Diese Beschleunigung bewirkt unverzüglich

keit einen bestimmten Abstand R voneinander ein- eine Verstellung des Antriebsorgans 34 des Reglers

halten. 35, die gleich zu Anfang durch den Schieber 21 eine

Die Stellvorrichtung 27 wird durch eine Zweig- Schließbewegung der Düsennadel 5 hervorruft,
leitung 31 mit öl konstanten Drucks versorgt. Sie ist Solange das Antriebsorgan 34 nicht wenigstens über eine Leitung 32 mit dem Servomotor 15 zur 30 eine Verstellung bewirkt hat, die gleich dem AbSteuerung des Strahlablenker 9 verbunden. Eine Ab- stand R der Entfernung der Kante 29 und 30 der stromleitung 33 dient zur Entlastung der Stellvor- Stellvorrichtung 27 ist, halt der Strahlablenker 9 seine richtung 27. anfängliche Stellung außerhalb des Strahles. Sobald

Die Schieber 21 und 28 der beiden Stellvorrich- jedoch das Antriebsorgan 34 des Regler 35 die Ditungen 20 und 27 werden beide gleichzeitig von dem 35 stanz R zurückgelegt hat, stellt der Schieber 28 der Antriebsorgan 34 des Reglers 35 gesteuert. Dieser Stellvorrichtung 27 den Servomotor 15 auf AusRegler 35, der, wie die in der Zeichnung verwendeten strömen. Die Folge ist, daß der Strahlablenker in Symbole zeigen, als kombinierter Drehzahl- und Be- den aus der Auslaßöffnung 4 der Düse 2 strömenden schleunigungsmesser ausgebildet ist, kann entweder Strahl eintritt. In diesem Augenblick wird der Strahl mechanisch mit dem Laufrad 1 oder elektrisch mit 40 vom Laufrad 1 abgelenkt und das Durchgehen der diesem unter Zwischenschaltung eines von ihm an- Turbine so verhindert.

getriebenen elektrischen Generators verbunden sein. In F i g. 2 ist angenommen worden, daß der Reg-

Die Verbindung ist in F i g. 1 durch die strichpunk- ler eine Verstellung H der Schieber 21 und 28 der

tierte Linie 36 angedeutet. Die Düsennadel 5 ihrer- Stellvorrichtungen 20 und 27 hervorgerufen hat, die

seits steht mit dem Regler 35 über einen Rückführ- 45 größer ist als die Distanz/?.

mechanismus in Verbindung, der durch die strich- Der Strahlablenker 9 lenkt den Strahl bis zum Zeitpunktierte Linie 37 angedeutet ist. . punkt »2« ab. Zu diesem Zeitpunkt hat das Laufrad

Aus der Schemazeichnung geht hervor, daß Kop- seine höchste Geschwindigkeit erreicht, d. h., es wird

pelungsvorrichtungen zwischen dem Antrieb für die nicht weiter beschleunigt. Auf den Wegfall der Be-

Düsennadel 5 und dem Antrieb für den Strahlablen- 50 schleunigung spricht der Regler 35 an. Dies hat zur

ker 9 fehlen. Die genaue Regulierung der Geschwin- Folge, daß die Schieber 28 und 21 zurückgehen. Die

digkeit des Laufrades 1 wird durch die Düsennadel 5 neue Geschwindigkeit, deren Aufrechterhaltung durch

gesteuert, die ihre Befehle über die Stellvorrichtung 20 den Strahlablenker 9 sichergestellt ist, hängt vom

und den Servomotor 8 vom Regler 35 erhält. Maß der Verschiebung des Schiebers 28 der Stellvor-

Der Strahlablenker 9 wird normalerweise im Ab- 55 richtung 27 ab. Vom Zeitpunkt »3« an übernimmt

stand vom Strahl gehalten. Er ist jedoch stets bereit, die Düsennadel 5 wieder die Regelung der Turbine,

im Falle einer plötzlichen Entlastung der Turbine Da die durch den Strahlablenker 9 zwischen den

den zum Antrieb der Turbine dienenden Strahl zu Zeitpunkten »1« und »2« regulierte Geschwindigkeit

hemmen. Der Strahlablenker arbeitet mithin selektiv, oberhalb des nach der Bedienungsvorschrift liegen-

d. h., er unterbricht den Strahl nur dann, wenn ein 60 den Wertes liegt, verfolgt die Düsennadel 5 ihre

durch die Störung erfolgter Befehl zur Berichtigung Schließbahn bis zum Zeitpunkt »4«, von dem an die

einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Bedin- Geschwindigkeit wieder durch die Düsennadel 5 auf

gung ist praktisch verwirklicht durch die Verschie- ihren vorgeschriebenen Wert gehalten wird. Zum

bung der Steuerkante 29 des Schiebers 28 der Stell- Zeitpunkt »3« wird der Strahlablenker 9 wieder aus

vorrichtung 27 des Strahlablenker 9. Es ist bei einer 65 dem Strahl entfernt.

solchen Anordnung außerdem möglich, im Falle In dem Diagramm entspricht der Abschnitt K der

einer plötzlichen Entlastung die auf die Düsennadel5 Kurvet dem Bereich, in dem die Geschwindigkeit

einwirkenden Organe auch auf den Strahlablenker 9 V_R durch den Strahlablenker geregelt wird. Im Be-

reich L erfolgt die Regelung der Geschwindigkeit V_R wieder durch die Düsennadel 5.

In der Kurve C entspricht der Bereich M der Stellung des Strahlablenker 9 während des Leerlaufs der Turbine.

Am Punkt P der Kurve E wird die Regulierung der Turbine wieder von der Düsennadel 5 übernommen. Der Bereich N der Kurve £ zeigt die Leerlaufstellung der Düsennadel 5 an.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform ähnelt der in Fig. 1 gezeigten und umfaßt die gleichen Hauptorgane, die zur Vereinfachung mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die Stellvorrichtungen 20 und 27 in ein und demselben Gehäuse angeordnet. Dies ist ohne weiteres möglich, da ihre Schieber 21 und 28 identischen und gleichzeitigen Verlagerungen von Seiten des Antriebsorgans 34 des Reglers 35 unterworfen werden.

Dagegen ist eine Rückführeinrichtung vorgesehen, die es gestattet, sowohl eine Rückführung zwischen dem Strahlenablenker 9 und dem Regler 35 als auch zwischen der Düsennadel 5 und dem Regler 35 zu bewerkstelligen.

Mit der Düsennadel 5 steht eine Stange 38 und mit dem.Strahlablenker9 eine Stange39 in Verbindung. Die Stangen haben an ihren Enden Anschläge 40 bzw. 41, die auf eine Scheibe 42 einwirken können, welche am Ende einer Stange 43 sitzt. Die Stange 43 ist gelenkig mit einem Hebel 44 verbunden, der mit dem Regler 35 in Verbindung steht. Ein Gegengewicht 45 stellt sicher, daß die Scheibe 42 stets gegen einen der Anschläge 40 bzw. 41 anliegt. Bei der beschriebenen Anordnung betätigen die Servomotoren 8 und 15 für die Steuerung des Strahlablenkers 9 bzw. der Düsennadel 5 die Rückführeinrichtung 42 bis 45, während das eine oder andere

ίο der Organe 5 und 9 die Regulierung bewerkstelligt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß der Gruppe selbst im Falle des Wirksamwerdens des Strahlablenkers 9 ihr Leistungs-Geschwindigkeitsgleichgewicht (d. h. das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Gruppe und ihrer Leistung) erhalten bleibt.

Zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Reguliereinrichtungen sind denkbar.

So könnte der mechanische und hydraulische Antrieb der Düsennadel 5 bzw. des Strahlablenker 9 durch den Regler 35 teilweise oder ganz elektrisch erfolgen.

Abschließend darf bemerkt werden, daß es mit der beschriebenen Reguliereinrichtung möglich ist, bei (, einer Pelton-Turbine mit mehreren Düsen eine beliebige Anzahl von Strahlablenkern, von denen jeder seinen eigenen Servomotor besitzt, von einer einzigen Stellvorrichtung ohne jede mechanische Verbindung untereinander zu steuern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reguliereinrichtung für eine Pelton-Turbine mit einer einen Servomotor und eine Steuereinrichtung für diesen Servomotor aufweisenden Stellvorrichtung für eine Düsennadel, einer ebenfalls einen Servomotor und eine Steuervorrichtung für diesen Servomotor aufweisende Stellvorrichtung für einen Strahlablenker und mit einem einzigen Regler, an den beide Stellvorrichtungen derart angeschlossen sind, daß die Stellvorrichtung für den Strahlablenker erst dann wirksam wird, wenn das vom Regler gelieferte, die Stellvorrichtung für die Düsennadel steuernde Regelsignal einen bestimmten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Servomotor (15) und die Stellvorrichtung (27) für den Strahlablenker (9) als auch der Servomotor (8) und die Stellvorrichtung (20) für die Düsennadel (5) auschließlich an den Regler (35) angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (27) für den Strahlablenker (9) von einem Schieber (28) gebildet wird, der vor dem Wirksamwerden des Strahlablenker eine bestimmte Ansprechdistanz (R) zurücklegen muß.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Strahlablenker (9) zugeordnete Servomotor (15) oder der der Düsennadel (5) zugeordnete Servomotor (8) alternativ mit einer Rückführeinrichtung (42 bis 45) kuppelbar ist, je nachdem ob die Regulierung der Turbine (1) durch den Strahlablenker (9) oder die Düsennadel (5) erfolgt.