DE2215009C3

DE2215009C3 - Speed control device for free jet water turbines

Info

Publication number: DE2215009C3
Application number: DE19722215009
Authority: DE
Inventors: Edgar; Herz Ernst; 8770 Lohr; Heindle Dieter 8481 Neuenhammer Haaf
Original assignee: GL Rexroth GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1977-01-20

Description

ne.no.

In den Figuren ist mit 1 das Turbinenlaufrad bezeichnet. Den Schaufeln la des Laufrades 1 strömt über die anstellbare Düse 2 die Arbeitsflüssigkeit in Form eines Wasserstrahles 3 zu. In Richtung des Strahles ist der Strahlablenker 4 mit Hilfe des als Hydrozylinder ausgebildeten Verstellgliedes 5 zu verschieben. Die Anstellung der Düse 2 erfolgt durch das ebenfalls als Hydrozylinder ausgebildete Verstellglied 6. Mit der nicht dargestellten Welle des Turbinenlaufrades 1 ist der Tachogenerator 7 (Fig. I) unmittelbar gekoppelt. Das Ausgangssignal Ta des Tachogenerators 7, das der Ist-Drehzahl des Turbinenlaufrades 1 entspricht, ist dem .Summierglied 8 zugeführt. Gleichzeitig ist dem Summierglied 8 über das Potentiometer 9 das Sollwert-Signal 9a der Drehzahl eingegeben. Das über den Verstärker 10 geführte Ausgangssignal 8a des Summiergliedes 8 entspricht somit der Differenz aus dem Sollwert-Signal 9a und dem Istwert-Signal 7a der Drehzahl der Turbine. Das Ausgangssignal 10a des Verstärkers 10 wird über einenIn the figures, 1 denotes the turbine runner. The working fluid in the form of a water jet 3 flows to the blades 1 a of the impeller 1 via the adjustable nozzle 2. The beam deflector 4 is to be displaced in the direction of the beam with the aid of the adjusting member 5, which is designed as a hydraulic cylinder. The adjustment of the nozzle 2 is effected by the adjusting member 6, which is also designed as a hydraulic cylinder. The tachometer generator 7 (FIG. I) is directly coupled to the shaft of the turbine runner 1 (not shown). The output signal Ta of the tachometer generator 7, which corresponds to the actual speed of the turbine runner 1, is fed to the summing element 8. At the same time, the summing element 8 is inputted via the potentiometer 9 to the setpoint signal 9a of the speed. The output signal 8a of the summing element 8 passed via the amplifier 10 thus corresponds to the difference between the setpoint signal 9a and the actual value signal 7a of the speed of the turbine. The output signal 10a of the amplifier 10 is via a

to Schalter 11 einem weiteren Summierglied 12 zugeführt und dessen Ausgiir gssignal 12a einem weiteren Verstärker 13. Das Ai sgangssignal 13a des Verstärkers führt zu dem Ramper generator 14. dessen oberer und unterer Koordmatenpunkl von den beiden Potentiome tern 15 und 16 einstellbar sind. Ferner ist der obere Koordinatenpunkt (il er den Schalter 48ύ von dem Signal 48a des mit dem Schwimmer 47 gekoppelten PotentiomeK'r 48 festzulegen und damit die maximaleto switch 11 is fed to a further summing element 12 and its output signal 12a to a further amplifier 13. The output signal 13a of the amplifier leads to the ramper generator 14. its upper and lower coordinate points of the two potentioms tern 15 and 16 are adjustable. Further is the upper one Coordinate point (if the switch 48ύ of the Signal 48a of the coupled with the float 47 PotentiomeK'r 48 to set and thus the maximum

Offenstellung der Düse Z Von dort führt das Signal 13a weiter zu dem Zeitglied 17, dessen Zeitkonstanten in beiden Richtungen von den einstellbaren Potentiometern 18 und 19 festlegbar sind. Das Ausgangssignal 17a des Zeitgliedes 17 wird einem weiteren Summierglied 20 zugeführt und dessen Auspingssignal 20a einem Verstärker 21. Das Ausgangssignal 21a des Verstärkers 21 wird schließlich als endgültige Stellgröße über einen Impedanzwandler 44 dem elektro-hydrauüsi hen Servovent:¹ 22 zugeführt. Das elektro-hydraulische Servoventil 22 steuert entsprechend dem eingegebenen Signal den Arbeitsmittelstrom zu dem den Düsenquerschnitt der Düse 2 beeinflussenden Hydrozylinder 6. Der Verstellwep des Hydrozylinders 6 wird über den mit dem Hydrozylinder 6 gekoppelten Potentiometer 23 als elektrisches Signal 23a dem Summierglied 20 zugeleitet. Sobald das Signal 23a dem Signal 17a entspricht, wird das dem Verstärker 21 zugeführte Ausgangssignal 20a des Summiergliedes 20 zu Null und damit das elektro-hydraulische Servoventil 22 in seine Ausgangsstellung zurückgestellt, in de.· der Arbeitsmittelstrom zum bzw. vom Hydrozylinder abgesperrt ist. Das Ausgangssignal 10a des Verstärker 10 wird ferner über die Abzweigstelle 24 und ein Schaltglied 43 einem Inverter 25 und von dort als invertiertes Signal 25a einem Summierglied 26 zugeführt. Das Ausgangssigna! 26a des Summiergliedes 26 führt zu einem Verstärker 27 und dessen Ausgangssignal 27a über den Impedanzwandler 45 zu dem elektro-hydraulischen Servoventil 28, das das zum bzw. vom Hydrozylinder 5 strömende Arbeitsmittel zu dessen Verstellung steuert. Die jeweilige Stellung der Kolbenstange 5a des Hydrozylinders 5 wird von dem mit dem Hydrozylinder 5 gekoppelten Potentiometer 29 in ein elektrisches Signal 29a umgewandelt und dem Summierglied 26, sowie über die Abzweigstelle 30 gleichzeitig dem Summierglied 12 zugeführt. 1st das verstärkte Summensignal 10a aus dem Soll- und Istwert der Turbinendrehzahl kleiner als der Wert der Ansprechempfindlichkeit des dem Inverter 25 vorgeschalteten Schaltgliedes 43, wirkt bei geschlossenem Schalter 11 dieses Signal lediglich in Richtung des elektro-hydraulischen Servoventil 22. Eine Betätigung des elektro-hydraulischen Servoventils 28 findet hierbei nicht statt. Weist hingegen das verstärkte Summensignal 10a einen Wert auf, der größer isi als der Wert der ,, Ansprechempfindlichkeit des Schaltgliedes 43 — beispielsweise bei plötzlichem, eine ruckartige Drehzahler höhung der Turbine bewirkenden Lastabfall im Netz, in das die Turbine arbeitet — wirkt dieses Signal 10a, sowohl in Richtung des elektro-hydraulischen Servoventils 22 als auch in Richtung des elektro-hydraulischen Servoventils 28. Da der Signalfluß ·η Richtung des elektro-hydraulischen Servoventils 22 durch das Zeitglied 17 eine der Einstellung der Potentiometer 18, 19 entsprechende Verzögerung erfährt, spricht zuerst das elektro-hydraulische Servoventil 28 an und bewirkt damit eine Betätigung des Hydrozylinders 5 zur Verstellung des Strahlablenker 4. Die Verstellung des Strahlablenker 4 wird von dem mit der Kolbenstange 5a gekoppelten l\itiniiometer 29 als elektrisches Signal 29a den Sumnnerpikdern 12 und 26 zugeführt Sobald das der Stellung (K ^ Strahlablenker 4 entsprechende Signal 29a einen V\ crt erreicht, der dem Wen des dem Summierglie.l 2d cK-nfalls zugeführten der Differenz aus der Soll und Im Drehzahl der Turbine entsprechenden Signals 25λ entspricht, hat das das Summierglied 25 verlassende Signal 2<i<iden Wert Null. Dies bewirkt eineOpen position of the nozzle Z From there the signal 13a leads on to the timing element 17, the time constants of which can be set in both directions by the adjustable potentiometers 18 and 19. The output signal 17a of the timing element 17 is fed to a further summing element 20 and its output signal 20a to an amplifier 21. The output signal 21a of the amplifier 21 is finally fed as the final manipulated variable via an impedance converter 44 to the electro-hydraulic servo vent: ¹ 22. The electro-hydraulic servo valve 22 controls the working medium flow to the hydraulic cylinder 6, which influences the nozzle cross-section of the nozzle 2, in accordance with the input signal. As soon as the signal 23a corresponds to the signal 17a, the output signal 20a of the summing element 20 fed to the amplifier 21 becomes zero and thus the electro-hydraulic servo valve 22 is reset to its starting position, in which the working medium flow to or from the hydraulic cylinder is shut off. The output signal 10a of the amplifier 10 is also fed via the branch point 24 and a switching element 43 to an inverter 25 and from there as an inverted signal 25a to a summing element 26. The initial signa! 26a of the summing element 26 leads to an amplifier 27 and its output signal 27a via the impedance converter 45 to the electro-hydraulic servo valve 28, which controls the working medium flowing to or from the hydraulic cylinder 5 to adjust it. The respective position of the piston rod 5a of the hydraulic cylinder 5 is converted into an electrical signal 29a by the potentiometer 29 coupled to the hydraulic cylinder 5 and simultaneously fed to the summing element 26 and via the branch point 30 to the summing element 12. If the amplified sum signal 10a from the setpoint and actual value of the turbine speed is less than the value of the sensitivity of the switching element 43 connected upstream of the inverter 25, this signal only acts in the direction of the electro-hydraulic servo valve 22 when the switch 11 is closed Servo valve 28 does not take place here. If, on the other hand, the amplified sum signal 10a has a value which is greater than the value of the sensitivity of the switching element 43 - for example in the case of a sudden drop in load in the network in which the turbine is operating, causing a sudden increase in the speed of the turbine - this signal 10a acts both in the direction of the electro-hydraulic servo valve 22 and in the direction of the electro-hydraulic servo valve 28. Since the signal flow η in the direction of the electro-hydraulic servo valve 22 is delayed by the timing element 17 corresponding to the setting of the potentiometers 18, 19, speaks first the electro-hydraulic servo valve 28 and thus causes an actuation of the hydraulic cylinder 5 to adjust the jet deflector 4. The adjustment of the jet deflector 4 is fed to the buzzers 12 and 26 as an electrical signal 29a by the l \ itiniiometer 29, which is coupled to the piston rod 5a the position (K ^ beam deflector 4 corresponding signal 29a reaches a V \ crt which corresponds to the value of the signal 25λ which is supplied to the summing member 2d cK-nfall of the difference between the setpoint and the speed of the turbine corresponding to the signal, the signal 2 <i <id leaving the summing member 25 has the value zero. This causes a

₃o ₃ o

3535

₄₀ Zurückstellung des elektro-hydraulsschei Servoventils 28 in seine Ausgangsstellung und damit eine Festlegung der Verstellung des Hydrozylinders 5. Unabhängig davon wirkt das Signal 29a weiterhin auf das Summierglied 12. ₄₀ Resetting of the electro-hydraulic valve servo valve 28 into its starting position and thus a determination of the adjustment of the hydraulic cylinder 5. Independent of this, the signal 29a continues to act on the summing element 12.

Da durch den Inverter 25 im Gegensatz zum Summierglied 26 beim Summierglied 12 beide Eingangssignale 10a, 29a das gleiche Vorzeichen aufweisen, erfolgt die Ansteuerung des elektro-hydraulischen Servoventils 22 nicht nur über das Signal 10a, sondern auch über das Signal 29a. Dies bewirkt, daß unabhängig von der Größe des Signals 10a die Verstellung der Düse durch den Hydrozylinder 6 so lange durch das Signal 29a erfolgt, bis der Strahlablenker 4 wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat. in der das Signal 29a den Wert Null aufweist.Since, as a result of the inverter 25, in contrast to the summing element 26 in the summing element 12, both input signals 10a, 29a have the same sign, the control of the electro-hydraulic servo valve 22 takes place not only via the signal 10a, but also via the signal 29a. This has the effect that the adjustment of the nozzle is independent of the size of the signal 10a is carried out by the hydraulic cylinder 6 through the signal 29a until the beam deflector 4 is back Has reached the starting position. in which the signal 29a has the value zero.

Die Einstellung der Anstellgeschwindigkeit der Düse 2 in beiden Anstellrichtungen erfolgt über die beiden auf das Zeitglied 17 wirkenden anstellbaren Potentiometer 18 und 19.The adjustment of the adjustment speed of the nozzle 2 in both adjustment directions takes place via the two on the timing element 17 acting adjustable potentiometers 18 and 19.

Dem dem elektro-hydraulischen Servoventil 22 vorgeordneten Summierglied 20 ist ein Summierglied 31 und dem dem elektro-hydraulischen 5>ervoventil 28 vorgeoi dneten Summierglied 26 ist ein Summierglied 32 parallel geschaltet. Das Ausgangssignal 31a des Surnmiergliedes 31 ist über den Verstärker 33 den beiden Relais 34 und 35 zugeführt, wobei das Relais 34 auf ein positives Signal und das Relais 35 auf ein negatives Signal anspricht Die beiden Relais wirken über die Steuerleitungen 34a, 35a auf ein dem elektro hydraulischen Servoventil 22 parallel geschalte tes Steuerventil 36 ( F i g. 2).The summing element 20 arranged upstream of the electro-hydraulic servo valve 22 is a summing element 31 and the summing element 26 pre-arranged for the electro-hydraulic valve 28 is a summing element 32 connected in parallel. The output signal 31a of the summing member 31 is through the amplifier 33 the both relays 34 and 35 supplied, the relay 34 on a positive signal and the relay 35 on negative signal responds The two relays act on one of the control lines 34a, 35a electro-hydraulic servo valve 22 parallel-connected control valve 36 (FIG. 2).

Das Ausgangssignal 32a des Summiergliedes 32 ist über den Verstärker 37 den beiden Relais 38 und 39 zugeführt, wobei das Relais 38 ebenfalls auf ein positives und das Relais 39 auf ein entsprechend großes negatives Signal anspricht. Diese beiden Relais betätigen über die beiden Steuerleitungen 38a, 39a das elektro-magnetische Steuerventil (40) (Fig. 2), das dem elektro-hydraulischen Servoventil 28 parallel geschaltet ist. Die Einstellung der Ansprechempfindlichkeit der Relais 34 und 35 erfolgt mittels des Potentiometers 41 und die Einstellung der Ansprechempfindlichkeit der Relais 38 und 39 erfolgt mittels des Potentiometers 42. Die Ansprechempfindlichkeit der Relais wird in der Regel derart gewählt, daß die Relais dann sprechen, wenn die Ist- Drehzahl mehr als 10 % von der am Potentiometer 9 eingestellten Soll-Drehzahl abweicht. Unter diesem Wert erfolgt die Regelung der Düse bzw. des Strahlablenker ausschließlich über die elektro-hydraulischen Servoventile 22, 28. Dadurch ergibt sich eine hesonders schnelle und trotzdem genaue Ausregelung jer Wasserturbine bei großen Belastungsschwankungen. The output signal 32a of the summing element 32 is via the amplifier 37 to the two relays 38 and 39 fed, the relay 38 also on a positive and the relay 39 on a correspondingly large negative Signal responds. These two relays operate the electromagnetic one via the two control lines 38a, 39a Control valve (40) (Fig. 2), the electro-hydraulic Servo valve 28 is connected in parallel. Setting the sensitivity of the relay 34 and 35 takes place by means of the potentiometer 41 and the setting of the response sensitivity of the relays 38 and 39 takes place by means of the potentiometer 42. The sensitivity of the relay is usually selected in such a way that the relays speak when the actual speed is more than 10% of that on potentiometer 9 set target speed deviates. The control of the nozzle or the takes place below this value Beam deflector exclusively via the electro-hydraulic servo valves 22, 28. This results in a Particularly fast and yet precise regulation of each water turbine in the event of large load fluctuations.

Bei Regelung der Turbine in Abhängigkeit des Wasserstandes 46 des Oberwassers wird ein einstellbarer Potentiometer 48 mit einem Schwimmer 47 gekoppelt, dessen elektrisches Signal 48a über den Schalter 49 dem Summierglied 12 und damit dem Regelkreis für die Einstellung der Düse 2 zugeführt wird. Der Schalter 11 ist hierbei in der gezeigten Offenstellung, so daß das Signal 48a ausschließlich eine Verstellung des Verstellgliedes 6 für die Düse 2 bewirkt. Außerdem findet hierbei auch das vom Tachogenerator 7 abgegebene Istwert-Signal 7a der Drehzahl der Turbine keine Berücksichtigung. In diesem Falle findet eine reine Leistungsregelung statt.When regulating the turbine as a function of the water level 46 of the headwater, an adjustable one becomes Potentiometer 48 coupled to a float 47, the electrical signal 48a of which via the Switch 49 is fed to the summing element 12 and thus to the control circuit for setting the nozzle 2 will. The switch 11 is here in the open position shown, so that the signal 48a only one Adjustment of the adjusting member 6 for the nozzle 2 causes. In addition, the actual value signal 7a output by the tachometer generator 7 for the speed of the Turbine no consideration. In this case, a pure power control takes place.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims: valves (36, 40) switching relays (34, 35, 38, 39) act.

1. Speed control device for free-jet water turbines with hydraulic actuators, such as Hydraulic cylinders and / or hydraulic motors for adjusting the nozzle and the jet deflector below Use of a tachometer generator coupled with the free-jet water turbine to determine its 'Actual speed as an electrical signal, with a summing element the electrical Signal and the specified number of setpoints corresponding electrical signal is entered, the output signal of which is a manipulated variable for the hydraulic actuators of the nozzle and jet deflector, characterized in that that the output signal (8a, 10a) of the summing element which forms the manipulated variable for the steep elements (5, 6) (8) next to the control element (22) for the actuator (6) of the nozzle (2) the control element (28) for the Actuator (5) of the beam deflector (4) is supplied as an inverted Soüwert signal (25a) and the position of the adjusting element (5) for the beam deflector (4) as an actual value signal (29a) in addition to that of the control element (28) for the adjusting element (5) of the beam deflector? (4) upstream summing element (26) an additional one Summing element (12) is fed between the summing element (8) for the setpoint and actual speed and the summing element (20) for the setpoint and actual adjustment of the adjusting element (6) for the nozzle (2) is arranged, its (12) other input signal (10a) being the output signal of the upstream Summing element {8) fut is the speed and its output signal (12a) to the control element (22) of the actuator (6) for the nozzle adjustment leads.

2. Speed control device for free-jet water turbines according to claim 1, characterized in that the manipulated variable for the adjustment of the or the adjusting members (5, 6) forming electrical Signal (8a, 10a) is passed through a signal limiter (14).

3. speed control device for free jet water turbines according to claims 1 and 2. thereby characterized in that the manipulated variable for the adjustment of one of the adjusting members (5, 6) forming electrical signal (8a, 10a) via a timing element (17) which determines the adjustment speed is led.

4. Speed control device for free jet water turbines according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the Control members (22, 28, 52, 55) electro-magnetically operated Control valves (36, 40) are connected in parallel, which when there is a large deviation between the target and Actual speed of the turbine can be actuated.

5. Speed control device for free jet water turbines according to claim 4, characterized in that that the setpoint and actual value signals (17a, 23a; 25a, 29a, 58a, 51a, 59, -i). which the control members (22, 28, 52, 55) vorgeotdneten summing elements (20, 32, 56, 57) are fed, at the same time to one further parallel / u the control elements (22, 28, 52, 55) arranged solenoid-operated control valves (36, 40) associated with a summing element (Jl. 32, Fig. 1) are fed, the output signals of these summing elements on the solenoid-operated control die The invention relates to a speed control device for free jet water turbines with hydraulic actuators, like hydraulic cylinder and hydraulic motor, for adjusting the nozzle and the jet deflector according to the preamble of claim 1. In the known case (IFR-PS 20 73 756) the signal for the target speed two summation points supplied, one of which is part of a control loop for adjusting the Beam deflector and the other sum point is part of a control loop for adjusting the nozzle. With the A control circuit for adjusting the nozzle is integrated into a further control circuit in which the required maximum Nozzle opening is entered as a setpoint signal. This integrated control loop ensures that regardless of the difference signal from the target and actual speed in the control loop for the nozzle through the latter the integrated control circuit is to be adjusted back to the entered maximum opening.

The invention is based on the object of creating a speed control device for free-jet water turbines, in which the adjustment of the nozzle to its entered maximum opening cross-section can be carried out independently of a difference signal from the target and actual speed of the turbine without an additional integrated control loop
According to the invention, this is achieved with the characterizing features of claim 1.

Further features within the scope of the invention are characterized in the subclaims.

In the drawing is an embodiment of the Invention shown.

i ^: i g. 1 shows the electrical and
F i g. 2 the associated hydraulic circuit diagram of a control device for a free-jet water turbine