DE2204804B2

DE2204804B2 - Water turbine elements regulator - uses common integral circuit producing integral output signal

Info

Publication number: DE2204804B2
Application number: DE19722204804
Authority: DE
Inventors: Kurt 7920 Heidenheim Hasenmaier
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1972-02-02
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS4884237A; DE2204804A1; AT321223B; JPS5730981B2

Abstract

A regulating device is for adjustable elements of water turbines. The elements are driven by individual servo motors and they are positioned together with them in a castor action system, such as guide or running vanes with an electrical primary regulator which influences the castor action system, with each of the latter including a booster, a servo valve and return guide. Each of the castor systems (14 to 18) is in effective operating contact with the output of the primary regulator (5) through a common electrical integral link (22,23) producing an integral output signal and coordinated with limiters located in fron of the integral link to limit the input of either voltage or amperage.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für durch Einzelservomotoren angetriebene und mit diesen jeweils in einem Nachlaufsystem angeordnete verstellbare Organe von Wasserturbinen, z. B. von Leit- und/oder Laufschaufeln, mit einem die Nachlaufsysteme beeinflussenden elektrischen Primärregler, wobei jedes Nachlaufsystem einen Verstärker, ein Servorventil und eine Rückführung aufweist.The invention relates to a control device for individual servomotors driven by and with these adjustable organs of water turbines, each arranged in a follow-up system, e.g. B. of lead and / or rotor blades, with an electrical primary controller influencing the tracking systems, each Follow-up system comprises an amplifier, a servo valve and a feedback.

Bei Francis-Turbinen ist es allgemein bekannt, die Leitschaufeln über einen Regelring zu steuern, der durch einen im Regelkreis des Turbinenreglers (Primärregler) liegenden Führungsservomotor bewegt wird. Dabei ist jede einzelne Leitschaufel mit dem Regelring mechanisch durch ein Reguliergestänge verbunden. Da bei den in Leistung und Dimension immer größer werdenden Anlagen die Übertragung der für die Bewegung der Leitschaufeln erforderlichen hohen Verstellkräfte durch den Regelring zu immer größeren Schwierigkeiten führt, werden in zunehmendem Maße Einzelservomotoren für jede einzelne Leitschaufel verwendet. Der hydraulische Regler betätigt auch hier über einen Führungsservomotor einen als Ringgestänge ausgebildeten Regelring, an dem für jede einzelne Leitschaufel Steuerkurven angebracht sind, die durch Rollen, Hebel und Gestänge abgetastet werden und nachfolgende, jeder Leitschaufel zugeordnete hydraulische Steuerschieber für die Einzelservomotoren beeinflussen. Jede einzelne Leitschaufel-Steuerung stellt also in bezug auf den Regelring ein abgeschlossenes (15 Nachlaufsystem dar.In Francis turbines, it is generally known to control the guide vanes via a control ring, the is moved by a master servo motor located in the control circuit of the turbine controller (primary controller). Each individual guide vane is mechanically connected to the control ring by a control rod. There in the systems, which are becoming ever larger in performance and dimensions, the transmission of the Movement of the guide vanes required high adjustment forces through the control ring to ever larger Difficulties are, to an increasing extent, individual servomotors for each individual guide vane used. Here, too, the hydraulic controller operates a ring linkage via a guide servo motor trained control ring on which control cams are attached for each individual guide vane, which by Rollers, levers and linkages are scanned and the subsequent hydraulic ones assigned to each guide vane Influence the control spool for the individual servomotors. Each individual guide vane control provides with regard to the rule ring a closed (15 Follow-up system.

Bei dieser Ausbildung ist es jedoch noch sehr nachteilig, daß die gesamte Steuerung stark platzgebunden ist und bei großen Anlagen die Unterbringung des Regelringes und seines Antriebes sowie der jeweiligen Leitschaufel-Steuerung in unmittelbarer Nähe der zugehörigen Leitschaufel schwierig und konstruktiv aufwendig ist.In this training, however, it is still very disadvantageous that the entire control is strongly space-bound is and in large systems the accommodation of the control ring and its drive as well as the respective Guide vane control in the immediate vicinity of the associated guide vane difficult and constructive is expensive.

Es ist ferner bekannt, in einem derartigen Regler im Anschluß an den Primärregler zunächst eine Umwandlung der Regelimpulse durch einen rein mechanischen Steuerhub des Servomotors vorzunehmen. Dabei wird die Servormotorstellung über einen Geber abgegi iffen und in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt (FR-PS 14 74 786). Eine derartige Einrichtung zum Umwandeln unterliegt einem gewissen Verschleiß und ist relativ ungenau.It is also known to first carry out a conversion in such a controller following the primary controller of the control pulses through a purely mechanical control stroke of the servo motor. It will the servo motor position is transmitted via an encoder and converted into an analog electrical signal (FR-PS 14 74 786). Such a device for converting is subject to a certain wear and tear is relatively imprecise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verstell- und Regelmecbanismus noch weiter zu vereinfachen, zu verkleinern und Vorkehrungen zu treffen, welche eine größere Unabhängigkeit bezüglich ihrer räumlichen Anordnung bei großer Genauigkeit zulassen.The invention is based on the task of adjusting and regulating mechanisms even further Simplify, downsize and take precautions, which a greater independence regarding allow their spatial arrangement with great accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsggemäß dadurch gelöst, daß jedes Nachlaufsystem mit dem Ausgang des Primärreglers über ein gemeinsames, ein integrales Ausgangssignal abgebendes elektrisches Integralglied in Wirkverbindung steht, dem zur Begrenzung seiner Eingangsgröße Begrenzungsglieder für Spannung oder Strom vorgeordnet sind. Die bis zu einem Maximalwert veränderbare elektrische Ausgangsgröße dieses Integralgliedes, die das Integral über der Zeit der vom elektrischen Primärregler kommenden elektrischen Eingangsgröße darstellt, dient als Führungsgröße für die Nachlaufsysteme. Durch eine derartige Ausbildung der Regelvorrichtung wird vermieden, daß das elektrische Signal des Reglers erst in eine mechanische Größe, z. B. die Stellung eines Führungsservomotorkolbens, umgewandelt und diese mechanische Größe anschließend wieder durch ein elektrisches Stellglied in ein elektrisches Signal zurückverwandelt werden muß. Führungsservomotor, Rückführungsgeber und elektrisches Stellglied werden eingespart.This object is achieved according to the invention in that each tracking system with the output of the Primary controller via a common electrical integral element which emits an integral output signal is in operative connection, the limiting elements for voltage or limiting its input variable Electricity are upstream. The electrical output variable of this integral term that can be changed up to a maximum value, which is the integral over time of the electrical coming from the electrical primary regulator Represents an input variable, serves as a reference variable for the follow-up systems. Such a training of the Control device is avoided that the electrical The controller's signal is only converted into a mechanical variable, e.g. B. the position of a guide servomotor piston converted and this mechanical variable is then converted back into an electrical one by an electrical actuator Signal must be converted back. Guide servo motor, feedback sensor and electrical actuator are saved.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung besteht darin, daß es in einfachster Weise möglich ist, durch Verändern des Verstärkungsgrades in den Nachlaufsystemen das Regelungsverhalten variieren und damit ein optimales Verhalten einstellen zu können. Bei einem z. B. rein mechanisch-hydraulischen Regler könnte dies nur durch umständliches Verändern der Gestängeübersetzungen erzielt werden.Another advantage of the control device according to the invention is that it is very simple it is possible to vary the control behavior by changing the gain in the follow-up systems and thus to be able to set an optimal behavior. At a z. B. purely mechanical-hydraulic Regulator this could only be achieved by laboriously changing the linkage ratios.

Die elektrische Ausgangsgröße des elektrischen Integralgliedes ist Sollstellungsgröße für die einzelnen Nachlaufsysteme und kann gleichzeitig Rückführgröße für den Primärregler sein. Es werden also ein elektro-hydraulisches Umsetzglied, der Führungsservormotor und Rückführung des Primärreglers sowie das elektrische Stellglied durch das relativ einfache, raumsparende elektrische Integralglied ersetzt. Ein solches elektrisches Integralglied weist das gleiche Integralverhalten wie ein vom Regler über ein Steuerventil gesteuerter Sei omotor auf. Dieser hat bekanntlich ein integrales Zeitverhalten, d. h. bei einer als sprunghaft anzunehmenden, vom Primärregler ausgelösten Auslenkung des den Führungsservomotor steuernden Steuerventils beginnt sich der Servormotorkolben in die vom Steuerventil bestimmte Richtung zu bewegen, und zwar entweder so lange, bis der Servomotorkolben seine Endstellung, d. h. einen mechanischen Anschlag erreicht hat, oder bis schon vorher vom Regler her ein Gegenbefehl erfolgte. DieThe electrical output variable of the electrical integral member is the target position variable for the individual Follow-up systems and can at the same time be a feedback variable for the primary controller. So there will be a electro-hydraulic converting element, the master servomotor and feedback of the primary controller as well as the electrical actuator replaced by the relatively simple, space-saving integral electrical element. A Such an electrical integral term has the same integral behavior as one from the controller via a Control valve controlled Sei omotor. As is well known, this has an integral time behavior, i. H. at a as a sudden deflection of the master servomotor triggered by the primary controller controlling the control valve, the servomotor piston begins to move in the direction determined by the control valve move, either until the servomotor piston reaches its end position, d. H. a mechanical one Has reached the stop, or until a counter-command has already been issued by the controller. the

SteUgeschwindigkeit des Servomotorkolbens hängt dabei von der Größe der Auslenkung des Steuerventils ab, d. h. von der Eingangsgröße. Das gleiche Verhalten zeigt ein entsprechend geschaltetes elektrisches Integralglied. Control speed of the servomotor piston depends on the size of the deflection of the control valve, d. H. on the input variable. Same behavior shows a correspondingly switched electrical integral element.

Zur Erzielung eines Synchronlaufes der zu verstellenden Organe in den Nachlaufsystemen ist es erforderlich, daß deren maximal möglichen Stellgeschwindigkeiten wenigstens glehh, vorzugsweise größer als diejenige des die Nachlaufsysteme steuernden Reglerteiles, z. B. bei mechanisch-hydraulischem Steuerglied des Führungsservomotors, sind. Zu diesem Zweck ist es bei derartigen mechanisch-hydraulischen Einrichtungen bekannt, in den Steuerleitungen Drosseln vorzusehen, durch welche die maximale Stellgeschwindigkeit des Führungsservomotors auf ein Maß unterhalb der maximalen Stellgeschwindigkeit der Nachlaufsysteme begrenzt wird. Dem gleichen Zweck dienen die erfindungsgemäß dem elektrischen Integralglied vorgeordneten Begrenzungsglieder für Spannung oder Strom. Als Begrenzungsglieder können z. B. sogenannte Zenerdioden vtrwendet werden. Mit weiteren Zenerdioden, die bei Erreichen einer vorgegebenen Stellung des zu verstellenden Organs bzw. bei Erreichen einer bestimmten elektrischen Ausgangsgröße des Integralgliedes durch Schließen entsprechender Kontakte wirksam werden, ist es möglich, die maximale Stellgeschwindigkeit der Ausgangsgröße des Integralgliedes über den Weg zu ändern und ein gestuftes Schließgesetz zu verwirklichen.To achieve synchronous running of the organs to be adjusted in the tracking systems, it is necessary to that their maximum possible adjusting speeds at least equal, preferably greater than that of the controller part controlling the follow-up systems, e.g. B. with mechanical-hydraulic control element of the guide servo motor, are. For this purpose, it is known in such mechanical-hydraulic devices, to provide throttles in the control lines through which the maximum actuating speed of the Guide servomotor to a level below the maximum actuating speed of the follow-up systems is limited. The elements arranged upstream of the electrical integral element according to the invention serve the same purpose Limiting elements for voltage or current. As limiting members, for. B. so-called Zener diodes are used. With further Zener diodes, which are activated when a specified position is reached of the organ to be adjusted or when a certain electrical output variable of the integral member is reached by closing appropriate contacts take effect, it is possible to increase the maximum Adjusting speed of the output variable of the integral term over the way to change and a stepped Realize closing law.

Für die Merkmale der Unteransprüche wird kein selbständiger Schutz beansprucht.No independent protection is claimed for the features of the subclaims.

Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher er'.äutert. Es zeigtEmbodiments Embodiments of the invention are shown in the drawing and are in following in more detail. It shows

Fig. 1 schematisch eine Regelvorrichtung für durch Einzelservomotoren angetriebene Leitschaufeln mit einem elektrischen Primärregler und elektrischen Integralglied undFig. 1 schematically a control device for through Single servo motor driven guide vanes with an electrical primary regulator and electrical Integral term and

F i g. 2 schematisch eine weitere Alternative der Regelvorrichtung mit einem elektrischen Regler.F i g. 2 schematically shows a further alternative of the control device with an electrical controller.

Die elektrischen Regelsignale des elektrischen Primärreglers 5 werden dem aus Verstärker 22 und Kapazität 23 bestehenden elektrischen Integralglied zugeführt. Die elektrische Ausgangsgröße des elektrisehen Integralgliedes 22/23 ist gleichzeitig die Rückführgröße für den Primärregler über Rückführleitung 24 und Sollstellungsgröße für die Nachlaufsysteme. Zwischen dem Primärregler 5 und dem integralglied 22/23 ist ein aus Widerständen 25 und Zenerdioden 26The electrical control signals of the electrical primary controller 5 are derived from the amplifier 22 and Capacity 23 existing electrical integral member supplied. The electrical output of the electrical power Integral element 22/23 is at the same time the feedback variable for the primary controller via feedback line 24 and target position size for the tracking systems. Between the primary regulator 5 and the integral member 22/23 is one of resistors 25 and zener diodes 26

ίο bestehendes Begrenzungsglied angeordnet, durch welches die Stellgeschwindigkeit, d.h. die Steilheit der Kennlinie des Integralgliedes 22/23 begrenzt wird.ίο existing limiting member arranged through which the actuating speed, i.e. the steepness of the characteristic curve of the integral element 22/23 is limited.

Die elektrische Ausgangsgröße des elektrischen Integralgliedes 22/23 steuert über einen elektrischen Verstärker 14 die jeweils aus Tauchspulenverstärker 15, Leitschaufelservomotor 16 und Rückführungskurve 17 mit elektrischem Rückführgeber 18 bestehenden über die Leitung 20 miteinander verbundenen Nachlaufsysteme für die Leitschaufeln 19. Mit 21 ist ein Schnellschluß-The electrical output variable of the electrical integral element 22/23 controls via an electrical Amplifier 14, each comprising plunger coil amplifier 15, guide vane servo motor 16 and feedback curve 17 with electrical feedback sensor 18 existing follow-up systems connected to one another via line 20 for the guide vanes 19. With 21 is a quick-closing

2c Relaiskontakt bezeichnet, mittels welchem die Nachlaufsysteme vom Primärregler getrennt und sofort auf »Schließen« gesteuert werden können.2c designates relay contact by means of which the overrun systems can be disconnected from the primary controller and immediately controlled to »close«.

In der in F i g. 2 dargestellten alternativen Ausführungsform mit einem elektrischen Primärregler 5' mitIn the in F i g. 2 shown alternative embodiment with an electrical primary regulator 5 'with

2s eigener, hier nicht dargestellter Rückführung innerhalb des Primärreglers ist vor dem Begrenzungsglied 25/26 und dem Integralglied 22/23 ein Verstärker 27 angeordnet. Wie durch die strichpunktierte Linie 28 angedeutet, bilden der Verstärker 27, Begrenzungsglied2s own, not shown here return within of the primary controller is an amplifier 27 before the limiting element 25/26 and the integral element 22/23 arranged. As indicated by the dash-dotted line 28, the amplifier 27 form the limiting element

jo 25/26 und Integralglied 22/23 eine bauliche Einheit, die eine eigene zwischen Widerständen 29 angeschlossene Rückführung (Gegenkoppelung) 30 aufweist. Mit dem Schalter 31 kann die Handbedienung 32 eingeschaltet werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Nachlaufsysteme in gleicher Weise wie bei den vorhergehenden Beispielen ausgebildet.jo 25/26 and integral link 22/23 a structural unit that has its own feedback (negative coupling) 30 connected between resistors 29. With the Switch 31, the manual control 32 can be switched on. Also in this embodiment are the Follow-up systems designed in the same way as in the previous examples.

Die Erfindung ist in gleicher Weise z. B. auch verwendbar zur Regelung der Verstellung von Leit- und Laufschaufeln von Kaplanturbinen oder zur Düsen- und Ablenksteuerung von Freistrahlturbinen.The invention is applied in the same way, for. B. can also be used to regulate the adjustment of control and Rotary blades of Kaplan turbines or for nozzle and deflection control of free jet turbines.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

L Patent claims:

1. Control device for driven by individual servomotors and each in an S After-running system arranged adjustable organs of water turbines, z. B. of Leit- and / or Rotary blades, with an electrical primary regulator influencing the follow-up systems, wherein each tracking system has an amplifier, a servo valve and a feedback, thereby characterized in that each follow-up system (14 to 18) with the output of the primary controller (5.5 ') via a common electrical integral element (22/23) emitting an integral output signal in Active connection Eteht, the limiting elements (25/26) for limiting its input size Voltage or current are upstream.

2. Control device according to claim I, characterized in that between the electrical Primary regulator (5 ') and the electrical integral element consisting of amplifier (22) and capacitance (23) a limiting element consisting of resistors (25) and Zener diodes (26) is arranged.

3. Control device according to claim 2, characterized in that the limiting member (22/23) an amplifier (27) is arranged upstream and the electrical integral element (22/23) is a resistor {29) containing feedback (30) to the input of the amplifier (27) and that amplifier (27). Limiting member (25/26), electrical integral member (22/23) and feedback (30) a structural Form unit (28) (Fig. 2).